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四核CPU技术详解内存控制器与预取器

★★★★★【文章导读】：四核CPU技术详解内存控制器与预取器具体内容是：一、英特尔力挽狂澜K8构架终谢幕Athlon64-即K8构架将在今年夏天结束它肩负四年的任务，在劲敌INTEL的CORE构架面前，AMD即将拿出新的K8L构架处理器。CORE构架的诞生要追溯至Pentium3（P6构架）与AMD的K6构架争霸的年代…

来源：日期：2013-10-5 21:16:50 人气：标签：

　　一、英特尔力挽狂澜 K8构架终谢幕

　　Athlon 64-即K8构架将在今年夏天结束它肩负四年的任务，在劲敌INTEL的CORE构架面前，AMD即将拿出新的K8L构架处理器。CORE构架的诞生要追溯至Pentium 3（P6构架）与AMD的K6构架争霸的年代，当时INTEL采用的P6构架占据着全球CPU市场的绝对优势地位。在P6构架取得巨大成功之刻， INTEL成立了2个独立的CPU构架开发团队：一是设计出之后销售多年的Pentium 4系列的设计团队－NetBurst构架小组；另一个则是着重于笔记本CPU领域“低功耗、低发热”的Pentium M构架小组，该组主要延续的是Pentium 3的P6构架，并成功的量产出之后几乎霸占全球笔记本市场的Pentium M各款芯片。在06年NetBurst构架发展陷入困境的时候，位于以色列海法的Pentium M构架小组及时的改进了Pentium M构架并全面推向桌面CPU市场-这就是当前取得巨大成功的CORE构架。

　　回顾一下Pentium M构架的发展之路：Banias是该小组的期初作品，Dothan则是Pentium M构架小组所做的第一次改进，Dothan芯片为INTEL当年的财务报表带来了巨大的利润增长。在取得成功之后，Pentium M构架小组再接再厉，在Dothan的基础上大幅度改进，成功设计并量产出INTEL第一款原生双核设计的处理器-Yonah。这一次改进的意思要远大于由Banias至Dothan的进步，并不是因为Yonah是原生双核设计，而在于此次Pentium M构架小组在CPU构架细节改进上取得的巨大技术进步。

　　2006年NetBurst构架日渐乏势之时，海法小组再次将Pentium M构架改进并成功登陆桌面CPU平台-在Yonah芯片构架的基础上，大幅加宽CPU内外部总线带宽、加强SSE、整数及浮点运算单元、提高分支预测精准度，其脱颖而出的CORE构架一鸣惊人。65纳米工艺量产的Core 2 Duo在2006年登台之时，就立即问鼎CPU性能王冠之位，其性能比INTEL采用多年的NetBurst构架处理器提高两倍，而功耗下降50％。与此同时，Athlon 64保持2年的市场优势地位也立即被颠覆。

　　相比INTEL而言，AMD在过去的2年中则显得过于保守。首先AMD没有像INTEL那样的闲暇和财力，可以同时支持2个构架开发组，尤其是冒险支持当时陌生而激进的NetBurst构架思路--该构架是完全违背INTEL之前数十年的发展道路的。AMD在K7构架取得市场的成功后，采取的平稳做法是继续改进K7构架。K8构架就在K7构架的基础上诞生了-相对K7构架，K8构架改进了部分细节构架设计、略微加深了处理管线，及其富有创意并尤为成功的一点是-将北桥整合至CPU内部-重点是内存控制器。

　　K8构架取得市场的成功之后，业界盛传了很多关于AMD开发K9、K10构架的传闻。但事实上AMD近四年来一直没再推出任何新的构架 -而这四年间AMD的对手NetBurst构架小组改进了五次CPU构架，Pentium M构架小组则历经了Banias、 Dothan、 Yonah、Merom/Conroe和CORE这五个朝代的进步。如果INTEL现在依然坚持NetBurst构架，或许现在K8构架还能够保持优势。不过财力雄厚的INTEL同时拥有着2个开发小组，当NetBurst构架不济之时，CORE构架又横来一笔，这让AMD在市场上的优势地位瞬间消失。 2006年，是CORE构架完胜的一年。

　　市场的困境使AMD在K8构架销售4年后，终于发布了新的改进版本-K8L构架。不过为时是否太晚呢？K8L构架的首颗芯片 Barcelona的成功能否还要取决于INTEL超前的45纳米工艺上市时间-INTEL目前决定将CORE构架全线升级至45纳米，芯片代号 Penryn，暂定上市时间为2007年第四季度。而K8L构架的65纳米Barcelona芯片是定于2007年夏季首先上市服务器版本，桌面版本则是定于2007年9月全面替代K8构架。

　　二、K8L构架-首款原生四核心CPU

　　AMD强调Barcelona是首颗原生四核芯的CPU，这与Intel的四核芯片Kentsfield或者 Clovertown是完全不同的--Kentsfield是将2颗双核CPU集成在一起，而不是真正意义上的四核。AMD表示原生四核的CPU将比非原生四核的CPU性能强，当然这还有待于测试结果来证明。AMD宣传的数据：Barcelona与英特尔现在已经上市的四核心Clovertown处理器相比，Barcelona的性能要超过英特尔Clovertown 40%以上。AMD市场总监Henri Richard自豪的将Barcelona与英特尔的四核心CPU进行对比以显示AMD Barcelona才是真正的四核。英特尔的四核心芯片如桌面级的Kentsfield和服务器版的Clovertown，均是将两颗双核晶圆安装在同一 CPU内达成四核心，而AMD的Barcelona是真正将四核心量产在一片晶圆上。

　　将四颗核心同时建立在一块65纳米晶圆上，Barcelona的内部构架十分紧凑而复杂。它需要高达11层金属层互连-而之前的K8 只需要9层，CORE2则为8层。Barcelona在金属层设计上要比INTEL复杂，当然这对用户而言并没有太多影响。集成了四颗核心和一个共享的 2MB的L3缓存，Barcelona的晶体管数量达到了前所未有的463百万个，但比其对手Kentsfield的582百万个还要少上119百万个。这巨大的晶体管数量差异来源自缓存容量的差距：Barcelona的每个单核心拥有128KB的L1缓存，512KB的L2缓存，另外有一个共享的2MB 的L3缓存，总和即4.5MB的缓存容量。Kentsfield则是两个核心各两个64KB的L1缓存和4MB的L2缓存，总和是8.25MB的容量，比 Barcelona多出80%的缓存容量。所以相对整体而言，其晶体管数量就增加了25.6%。

　　值得注意的是Barcelona并不只是相当于四核的K8加上L3缓存，它在内部构架上经过了较大的改进，详细的改进在之前“力压 Core2!AMD四核K8L架构技术预览”一文中已经进行过详细的分析。单从晶体管数量上而言，不计缓存部分，K8L构架的芯片晶体管数量为247百万个，而一颗Athlon 64 X2不计缓存的晶体管数量为94百万个，两颗则为188百万个。K8L芯片要多出来59百万个，这些增加的晶体管将为提高K8L芯片的性能做出贡献。