CPU核心類型的詳細(xì)介紹

2020-07-16 13:11:00

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供稿：網(wǎng)友

核心（Die）又稱為內(nèi)核，是CPU最重要的組成部分。CPU中心那塊隆起的芯片就是核心，是由單晶硅以一定的生產(chǎn)工藝制造出來(lái)的，CPU所有的計(jì)算、接受/存儲(chǔ)命令、處理數(shù)據(jù)都由核心執(zhí)行。各種CPU核心都具有固定的邏輯結(jié)構(gòu)，一級(jí)緩存、二級(jí)緩存、執(zhí)行單元、指令級(jí)單元和總線接口等邏輯單元都會(huì)有科學(xué)的布局。
為了便于CPU設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售的管理，CPU制造商會(huì)對(duì)各種CPU核心給出相應(yīng)的代號(hào)，這也就是所謂的CPU核心類型。
不同的CPU（不同系列或同一系列）都會(huì)有不同的核心類型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一種核心都會(huì)有不同版本的類型（例如Northwood核心就分為B0和C1等版本），核心版本的變更是為了修正上一版存在的一些錯(cuò)誤，并提升一定的性能，而這些變化普通消費(fèi)者是很少去注意的。每一種核心類型都有其相應(yīng)的制造工藝（例如0.25um、0.18um、0.13um以及0.09um等）、核心面積（這是決定CPU成本的關(guān)鍵因素，成本與核心面積基本上成正比）、核心電壓、電流大小、晶體管數(shù)量、各級(jí)緩存的大小、主頻范圍、流水線架構(gòu)和支持的指令集（這兩點(diǎn)是決定CPU實(shí)際性能和工作效率的關(guān)鍵因素）、功耗和發(fā)熱量的大小、封裝方式（例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口類型（例如Socket 370，Socket A，Socket 478，Socket T，Slot 1、Socket 940等等）、前端總線頻率（FSB）等等。因此，核心類型在某種程度上決定了CPU的工作性能。
一般說(shuō)來(lái)，新的核心類型往往比老的核心類型具有更好的性能（例如同頻的Northwood核心Pentium 4 1.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 1.8GHz性能要高），但這也不是絕對(duì)的，這種情況一般發(fā)生在新核心類型剛推出時(shí)，由于技術(shù)不完善或新的架構(gòu)和制造工藝不成熟等原因，可能會(huì)導(dǎo)致新的核心類型的性能反而還不如老的核心類型的性能。例如，早期Willamette核心Socket 423接口的Pentium 4的實(shí)際性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和賽揚(yáng)，現(xiàn)在的低頻Prescott核心Pentium 4的實(shí)際性能不如同頻的Northwood核心Pentium 4等等，但隨著技術(shù)的進(jìn)步以及CPU制造商對(duì)新核心的不斷改進(jìn)和完善，新核心的中后期產(chǎn)品的性能必然會(huì)超越老核心產(chǎn)品。
CPU核心的發(fā)展方向是更低的電壓、更低的功耗、更先進(jìn)的制造工藝、集成更多的晶體管、更小的核心面積（這會(huì)降低CPU的生產(chǎn)成本從而最終會(huì)降低CPU的銷售價(jià)格）、更先進(jìn)的流水線架構(gòu)和更多的指令集、更高的前端總線頻率、集成更多的功能（例如集成內(nèi)存控制器等等）以及雙核心和多核心（也就是1個(gè)CPU內(nèi)部有2個(gè)或更多個(gè)核心）等。CPU核心的進(jìn)步對(duì)普通消費(fèi)者而言，最有意義的就是能以更低的價(jià)格買(mǎi)到性能更強(qiáng)的CPU。
在CPU漫長(zhǎng)的歷史中伴隨著紛繁復(fù)雜的CPU核心類型，以下分別就Intel CPU和AMD CPU的主流核心類型作一個(gè)簡(jiǎn)介。主流核心類型介紹（僅限于臺(tái)式機(jī)CPU，不包括筆記本CPU和服務(wù)器/工作站CPU，而且不包括比較老的核心類型）。
INTEL CPU的核心類型
Northwood
這是目前主流的Pentium 4和賽揚(yáng)所采用的核心，其與Willamette核心最大的改進(jìn)是采用了0.13um制造工藝，并都采用Socket 478接口，核心電壓1.5V左右，二級(jí)緩存分別為128KB（賽揚(yáng)）和512KB（Pentium 4），前端總線頻率分別為400/533/800MHz（賽揚(yáng)都只有400MHz），主頻范圍分別為2.0GHz到2.8GHz（賽揚(yáng)），1.6GHz到2.6GHz（400MHz FSB Pentium 4），2.26GHz到3.06GHz（533MHz FSB Pentium 4）和2.4GHz到3.4GHz（800MHz FSB Pentium 4），并且3.06GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超線程技術(shù)（Hyper-Threading Technology），封裝方式采用PPGA FC-PGA2和PPGA。按照Intel的規(guī)劃，Northwood核心會(huì)很快被Prescott核心所取代。
Prescott
這是Intel最新的CPU核心，目前還只有Pentium 4而沒(méi)有低端的賽揚(yáng)采用，其與Northwood最大的區(qū)別是采用了0.09um制造工藝和更多的流水線結(jié)構(gòu)，初期采用Socket 478接口，以后會(huì)全部轉(zhuǎn)到LGA 775接口，核心電壓1.25-1.525V，前端總線頻率為533MHz（不支持超線程技術(shù)）和800MHz（支持超線程技術(shù)），主頻分別為533MHz FSB的2.4GHz和2.8GHz以及800MHz FSB的2.8GHz、3.0GHz、3.2GHz和3.4GHz，其與Northwood相比，其L1 數(shù)據(jù)緩存從8KB增加到16KB，而L2緩存則從512KB增加到1MB，封裝方式采用PPGA。按照Intel的規(guī)劃，Prescott核心會(huì)很快取代Northwood核心并且很快就會(huì)推出Prescott核心533MHz FSB的賽揚(yáng)。
Smithfield
這是Intel公司的第一款雙核心處理器的核心類型，于2005年4月發(fā)布，基本上可以認(rèn)為Smithfield核心是簡(jiǎn)單的將兩個(gè)Prescott核心松散地耦合在一起的產(chǎn)物，這是基于獨(dú)立緩存的松散型耦合方案，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是性能不夠理想。目前Pentium D 8XX系列以及Pentium EE 8XX系列采用此核心。Smithfield核心采用90nm制造工藝，全部采用Socket 775接口，核心電壓1.3V左右，封裝方式都采用PLGA，都支持硬件防病毒技術(shù)EDB和64位技術(shù)EM64T，并且除了Pentium D 8X5和Pentium D 820之外都支持節(jié)能省電技術(shù)EIST。前端總線頻率是533MHz(Pentium D 8X5)和800MHz(Pentium D 8X0和Pentium EE 8XX)，主頻范圍從2.66GHz到3.2GHz(Pentium D)、3.2GHz(Pentium EE)。Pentium EE和Pentium D的最大區(qū)別就是Pentium EE支持超線程技術(shù)而Pentium D則不支持。Smithfield核心的兩個(gè)核心分別具有1MB的二級(jí)緩存，在CPU內(nèi)部?jī)蓚€(gè)核心是互相隔絕的，其緩存數(shù)據(jù)的同步是依靠位于主板北橋芯片上的仲裁單元通過(guò)前端總線在兩個(gè)核心之間傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以其數(shù)據(jù)延遲問(wèn)題比較嚴(yán)重，性能并不盡如人意。按照Intel的規(guī)劃，Smithfield核心將會(huì)很快被Presler核心取代。
Cedar Mill
這是Pentium 4 6X1系列和Celeron D 3X2/3X6系列采用的核心，從2005末開(kāi)始出現(xiàn)。其與Prescott核心最大的區(qū)別是采用了65nm制造工藝，其它方面則變化不大，基本上可以認(rèn)為是Prescott核心的65nm制程版本。Cedar Mill核心全部采用Socket 775接口，核心電壓1.3V左右，封裝方式采用PLGA。其中，Pentium 4全部都為800MHz FSB、2MB二級(jí)緩存，都支持超線程技術(shù)、硬件防病毒技術(shù)EDB、節(jié)能省電技術(shù)EIST以及64位技術(shù)EM64T；而Celeron D則是533MHz FSB、512KB二級(jí)緩存，支持硬件防病毒技術(shù)EDB和64位技術(shù)EM64T，不支持超線程技術(shù)以及節(jié)能省電技術(shù)EIST。Cedar Mill核心也是Intel處理器在NetBurst架構(gòu)上的最后一款單核心處理器的核心類型，按照Intel的規(guī)劃，Cedar Mill核心將逐漸被Core架構(gòu)的Conroe核心所取代。
Presler
這是Pentium D 9XX和Pentium EE 9XX采用的核心，Intel于2005年末推出?；旧峡梢哉J(rèn)為Presler核心是簡(jiǎn)單的將兩個(gè)Cedar Mill核心松散地耦合在一起的產(chǎn)物，是基于獨(dú)立緩存的松散型耦合方案，其優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是性能不夠理想。Presler核心采用65nm制造工藝，全部采用Socket 775接口，核心電壓1.3V左右，封裝方式都采用PLGA，都支持硬件防病毒技術(shù)EDB、節(jié)能省電技術(shù)EIST和64位技術(shù)EM64T，并且除了Pentium D 9X5之外都支持虛擬化技術(shù)Intel VT。前端總線頻率是800MHz(Pentium D)和1066MHz(Pentium EE)。與Smithfield核心類似，Pentium EE和Pentium D的最大區(qū)別就是Pentium EE支持超線程技術(shù)而Pentium D則不支持，并且兩個(gè)核心分別具有2MB的二級(jí)緩存。在CPU內(nèi)部?jī)蓚€(gè)核心是互相隔絕的，其緩存數(shù)據(jù)的同步同樣是依靠位于主板北橋芯片上的仲裁單元通過(guò)前端總線在兩個(gè)核心之間傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以其數(shù)據(jù)延遲問(wèn)題同樣比較嚴(yán)重，性能同樣并不盡如人意。Presler核心與Smithfield核心相比，除了采用65nm制程、每個(gè)核心的二級(jí)緩存增加到2MB和增加了對(duì)虛擬化技術(shù)的支持之外，在技術(shù)上幾乎沒(méi)有什么創(chuàng)新，基本上可以認(rèn)為是Smithfield核心的65nm制程版本。Presler核心也是Intel處理器在NetBurst架構(gòu)上的最后一款雙核心處理器的核心類型，可以說(shuō)是在NetBurst被拋棄之前的最后絕唱，以后Intel桌面處理器全部轉(zhuǎn)移到Core架構(gòu)。按照Intel的規(guī)劃，Presler核心從2006年第三季度開(kāi)始將逐漸被Core架構(gòu)的Conroe核心所取代。
Yonah
目前采用Yonah核心CPU的有雙核心的Core Duo和單核心的Core Solo，另外Celeron M也采用了此核心，Yonah是Intel于2006年初推出的。這是一種單/雙核心處理器的核心類型，其在應(yīng)用方面的特點(diǎn)是具有很大的靈活性，既可用于桌面平臺(tái)，也可用于移動(dòng)平臺(tái)；既可用于雙核心，也可用于單核心。Yonah核心來(lái)源于移動(dòng)平臺(tái)上大名鼎鼎的處理器Pentium M的優(yōu)秀架構(gòu)，具有流水線級(jí)數(shù)少、執(zhí)行效率高、性能強(qiáng)大以及功耗低等等優(yōu)點(diǎn)。Yonah核心采用65nm制造工藝，核心電壓依版本不同在1.1V-1.3V左右，封裝方式采用PPGA，接口類型是改良了的新版Socket 478接口(與以前臺(tái)式機(jī)的Socket 478并不兼容)。在前端總線頻率方面，目前Core Duo和Core Solo都是667MHz，而Yonah核心Celeron M是533MHz。在二級(jí)緩存方面，目前Core Duo和Core Solo都是2MB，而即Yonah核心Celeron M是1MB。Yonah核心都支持硬件防病毒技術(shù)EDB以及節(jié)能省電技術(shù)EIST，并且多數(shù)型號(hào)支持虛擬化技術(shù)Intel VT。但其最大的遺憾是不支持64位技術(shù)，僅僅只是32位的處理器。值得注意的是，對(duì)于雙核心的Core Duo而言，其具有的2MB二級(jí)緩存在架構(gòu)上不同于目前所有X86處理器，其它的所有X86處理器都是每個(gè)核心獨(dú)立具有二級(jí)緩存，而Core Duo的Yonah核心則是采用了與IBM的多核心處理器類似的緩存方案----兩個(gè)核心共享2MB的二級(jí)緩存！共享式的二級(jí)緩存配合Intel的“Smart cache”共享緩存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的緩存數(shù)據(jù)同步，大幅度降低了數(shù)據(jù)延遲，減少了對(duì)前端總線的占用。這才是嚴(yán)格意義上的真正的雙核心處理器！Yonah核心是共享緩存的緊密型耦合方案，其優(yōu)點(diǎn)是性能理想，缺點(diǎn)是技術(shù)比較復(fù)雜。不過(guò)，按照Intel的規(guī)劃，以后Intel各個(gè)平臺(tái)的處理器都將會(huì)全部轉(zhuǎn)移到Core架構(gòu)，Yonah核心其實(shí)也只是一個(gè)過(guò)渡的核心類型，從2006年第三季度開(kāi)始，其在桌面平臺(tái)上將會(huì)被Conroe核心取代，而在移動(dòng)平臺(tái)上則會(huì)被Merom核心所取代。
Conroe
這是更新的Intel桌面平臺(tái)雙核心處理器的核心類型，其名稱來(lái)源于美國(guó)德克薩斯州的小城市“Conroe”。Conroe核心于2006年7月27日正式發(fā)布，是全新的Core(酷睿)微架構(gòu)(Core Micro-Architecture)應(yīng)用在桌面平臺(tái)上的第一種CPU核心。目前采用此核心的有Core 2 Duo E6x00系列和Core 2 Extreme X6x00系列。與上代采用NetBurst微架構(gòu)的Pentium D和Pentium EE相比，Conroe核心具有流水線級(jí)數(shù)少、執(zhí)行效率高、性能強(qiáng)大以及功耗低等等優(yōu)點(diǎn)。Conroe核心采用65nm制造工藝，核心電壓為1.3V左右，封裝方式采用PLGA，接口類型仍然是傳統(tǒng)的Socket 775。在前端總線頻率方面，目前Core 2 Duo和Core 2 Extreme都是1066MHz，而頂級(jí)的Core 2 Extreme將會(huì)升級(jí)到1333MHz；在一級(jí)緩存方面，每個(gè)核心都具有32KB的數(shù)據(jù)緩存和32KB的指令緩存，并且兩個(gè)核心的一級(jí)數(shù)據(jù)緩存之間可以直接交換數(shù)據(jù)；在二級(jí)緩存方面，Conroe核心都是兩個(gè)內(nèi)核共享4MB。Conroe核心都支持硬件防病毒技術(shù)EDB、節(jié)能省電技術(shù)EIST和64位技術(shù)EM64T以及虛擬化技術(shù)Intel VT。與Yonah核心的緩存機(jī)制類似，Conroe核心的二級(jí)緩存仍然是兩個(gè)核心共享，并通過(guò)改良了的Intel Advanced Smart Cache(英特爾高級(jí)智能高速緩存)共享緩存技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)緩存數(shù)據(jù)的同步。Conroe核心是目前最先進(jìn)的桌面平臺(tái)處理器核心，在高性能和低功耗上找到了一個(gè)很好的平衡點(diǎn)，全面壓倒了目前的所有桌面平臺(tái)雙核心處理器，加之又擁有非常不錯(cuò)的超頻能力，確實(shí)是目前最強(qiáng)勁的臺(tái)式機(jī)CPU核心。
Allendale
這是與Conroe同時(shí)發(fā)布的Intel桌面平臺(tái)雙核心處理器的核心類型，其名稱來(lái)源于美國(guó)加利福尼亞州南部的小城市“Allendale”。Allendale核心于2006年7月27日正式發(fā)布，仍然基于全新的Core(酷睿)微架構(gòu)，目前采用此核心的有1066MHz FSB的Core 2 Duo E6x00系列，即將發(fā)布的還有800MHz FSB的Core 2 Duo E4x00系列。Allendale核心的二級(jí)緩存機(jī)制與Conroe核心相同，但共享式二級(jí)緩存被削減至2MB。Allendale核心仍然采用65nm制造工藝，核心電壓為1.3V左右，封裝方式采用PLGA，接口類型仍然是傳統(tǒng)的Socket 775，并且仍然支持硬件防病毒技術(shù)EDB、節(jié)能省電技術(shù)EIST和64位技術(shù)EM64T以及虛擬化技術(shù)Intel VT。除了共享式二級(jí)緩存被削減到2MB以及二級(jí)緩存是8路64Byte而非Conroe核心的16路64Byte之外，Allendale核心與Conroe核心幾乎完全一樣，可以說(shuō)就是Conroe核心的簡(jiǎn)化版。當(dāng)然由于二級(jí)緩存上的差異，在頻率相同的情況下Allendale核心性能會(huì)稍遜于Conroe核心。

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