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對(duì)于處理器來(lái)說(shuō)，最為重要的毫無(wú)疑問(wèn)便是執(zhí)行性能，而處理器的所有的設(shè)計(jì)和技術(shù)也都是圍繞著如何提高處理器的性能展開(kāi)的?？墒荴86處理其發(fā)展到了今天，在傳統(tǒng)的通過(guò)增加分支預(yù)測(cè)單元、緩存的容量、提升頻率來(lái)增加性能之路似乎已經(jīng)難以行通了……當(dāng)單核處理器似乎走到盡頭之際，Intel、AMD都不約而同地推出了自家的雙核心處理器解決方案：Pentium D、Athlon 64 X2！
一、Pentium D、Athlon 64 X2架構(gòu)對(duì)
雙核處理器就基于個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)處理器上擁有兩個(gè)一樣功能的處理器核心，即是將兩個(gè)物理處理器核心整合入一個(gè)內(nèi)核中。事實(shí)上，雙核架構(gòu)并不是什么新技術(shù)，不過(guò)此前雙核心處理器一直是服務(wù)器的專利，現(xiàn)在這種局面將在今年有所改變。
1、Pentium D，Prescott連體兄弟！
Intel在今年度春季的IDF開(kāi)發(fā)者論壇中就宣布了Intel對(duì)于雙核心處理器的各項(xiàng)細(xì)節(jié)與完整的布局。其中針對(duì)桌面平臺(tái)的核心代號(hào)Smithfield的處理器，正式命名為Pentium D處理器，除了擺脫阿拉伯?dāng)?shù)字改用英文字母來(lái)表示這次雙核心處理器的世代交替外，D的字母也更容易讓消費(fèi)者聯(lián)想起Dual-Core雙核心的涵義。
從架構(gòu)上來(lái)說(shuō)，Pentium D除了多了個(gè)“芯”外，其它與目前的Prescott P4沒(méi)有任何區(qū)別。之所以這樣，因?yàn)橛⑻貭栐谂_(tái)式處理器上已經(jīng)落后于AMD，AMD在去年已經(jīng)成功對(duì)臺(tái)式處理器提速，英特爾處理器由于受眾多生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題困擾提速緩慢。英特爾希望雙核架構(gòu)能顯著提升它們臺(tái)式處理器的性能，而且此種性能優(yōu)勢(shì)能保持到基于4核心或更多核心架構(gòu)的處理器出現(xiàn)前。
針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，Intel將這個(gè)協(xié)調(diào)工作交給了北橋芯片：兩顆核心需要更常同步更新處理器內(nèi)緩存的資料時(shí)，他們需要用上 FSB通過(guò)北橋作更新。雖然緩存的數(shù)據(jù)并不巨大，但由于需要通過(guò)北橋作出處理，無(wú)疑帶來(lái)一定的延遲，他們之間的通信就會(huì)變得緩慢，這將大大影響處理器性能的發(fā)揮。從另一方面來(lái)說(shuō)，Pentium D并不屬于真正意義的雙核處理器，而有點(diǎn)類(lèi)似于VIA的雙核處理器方案。當(dāng)然這種設(shè)計(jì)也有一定的優(yōu)點(diǎn)，那就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且當(dāng)其中一個(gè)內(nèi)核損壞時(shí)，另一個(gè)內(nèi)核仍可以正常工作。
Prescott高功耗、高熱量的缺點(diǎn)是有目共睹的，因此理論上核心尺寸的增加功耗也隨之水漲船高。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，英特爾首先通過(guò)降低工作頻率來(lái)降低雙核處理器的功耗。Pentium D處理器的最大工作頻率將為3.2GHz，比目前基于Prescott核心P4的最大頻率低了16%。同時(shí)，英特爾也將Pentium M中所采用的增強(qiáng)型Intel SpeedStep節(jié)能技術(shù)引入到Pentium D處理器中。增強(qiáng)型SpeedStep技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)可以可提供多個(gè)頻率斷點(diǎn),這樣可以讓處理器根據(jù)應(yīng)用程序選擇所需的運(yùn)算能力，在性能和功耗間取得最理想的平衡點(diǎn)。正是采用這兩種措施，才使得Pentium D處理器的功耗與目前的Pentium4相當(dāng)。
由于采用Prescott內(nèi)核，因此Pentium D也支持EM64T技術(shù)、XD bit安全技術(shù)。值得一提的是，Pentium D處理器將不支持Hyper-Threading技術(shù)。原因很明顯：在多個(gè)物理處理器及多個(gè)邏輯處理器之間正確分配數(shù)據(jù)流、平衡運(yùn)算任務(wù)并非易事。比如，如果應(yīng)用程序創(chuàng)造兩個(gè)運(yùn)算線程，很明顯每個(gè)線程對(duì)應(yīng)一個(gè)物理內(nèi)核，但如果有3個(gè)運(yùn)算線程呢？怎么分配？因此為了減少雙核心Pentium D架構(gòu)復(fù)雜性，英特爾果斷決定在針對(duì)主流市場(chǎng)的Pentium D中取消對(duì)Hyper-Threading技術(shù)的支持。
目前英特爾已經(jīng)正式將Pentium D處理器命名為“8XX”系列，共有三個(gè)型號(hào)，分別是為840(3.2GHz)，830(3GHz)以及820(2.8GHz)，仍采用0.09微米制程及LGA775封裝結(jié)構(gòu)，并支持800MHz前端總線，其中820型號(hào)將不支持英特爾的增強(qiáng)型SpeedStep技術(shù)。除此之外，英特爾還為發(fā)燒友們推出了一款雙核心Pentium EE840處理器，頻率為3.2GHz，支持超線程技術(shù)。由于受功耗的限制，在掌握65nm生產(chǎn)技術(shù)前—至少在2006年下半年前，英特爾不大可能發(fā)布頻率更高的Pentium D。
在這以后，英特爾將會(huì)推出代號(hào)為“Presler”的下一代臺(tái)式雙核處理器。由于使用更先進(jìn)的65nm生產(chǎn)技術(shù)，Presler處理器的核心尺寸將低于140平方毫米，而Pentium D核心的核心尺寸接近206平方毫米。同時(shí)為了讓雙核處理器更吸引人，英特爾未來(lái)準(zhǔn)備在自家產(chǎn)品中引入三項(xiàng)新技術(shù)—Vanderpool虛擬化技術(shù)、LaGrande安全技術(shù)和iAMT(Intel Active Management Technology)技術(shù)。
2、Athlon 64 X2=Athlon 64+Athlon 64
AMD的雙核心發(fā)展計(jì)劃在很早以前就被制定了并一直堅(jiān)定按計(jì)劃實(shí)施著。AMD即將發(fā)布的雙核AMD64架構(gòu)主要是基于在1999年發(fā)布的單核心架構(gòu)之上—那時(shí)AMD就為架構(gòu)未來(lái)的發(fā)展作了大量的準(zhǔn)備工作。我們猜測(cè)AMD在研發(fā)它們的Athlon 64和Opteron處理器上工作時(shí)就已經(jīng)融入雙處理器架構(gòu)的理念。因此他們?cè)谏a(chǎn)雙內(nèi)核處理器時(shí)將不存在任何問(wèn)題。
AMD桌面雙核處理器正式命稱為Athlon 64 X2，采用兩個(gè)Venice版本的Athlon 64核心，每個(gè)核心擁有獨(dú)立的512KB(1MB) L2緩存及執(zhí)行單元。因此，除了多個(gè)“芯”外，從架構(gòu)上相對(duì)于目前Athlon 64架構(gòu)并沒(méi)有任何改變。Athlon 64 X2的大多數(shù)技術(shù)特征、功能與目前市售的、基于AMD64架構(gòu)的處理器是一樣的，而且這些雙核心處理器仍將使用1GHz HyperTransport總線與芯片組連接及支持雙通道DDR內(nèi)存技術(shù)。
與Pentium D不同的是，Athlon 64 X2的兩個(gè)內(nèi)核并不需要通過(guò)外部FSB通信這一途徑。Athlon 64 X2內(nèi)部整合了一個(gè)System Request Queue(SRQ)仲裁裝備，每一個(gè)核心將其請(qǐng)求放在SRQ中，當(dāng)獲得資源之后請(qǐng)求將會(huì)被送往相應(yīng)的執(zhí)行核心，所有的過(guò)程都在CPU核心范圍之內(nèi)完成。AMD雙核心強(qiáng)調(diào)是真正將兩個(gè)核心崁入整合在一個(gè)硅晶內(nèi)核上，可以真正發(fā)揮雙核心效率，不像對(duì)手的產(chǎn)品事實(shí)上為兩個(gè)Packet的設(shè)計(jì)，會(huì)有兩個(gè)核心之間傳輸瓶頸的問(wèn)題。因此Athlon 64 X2的架構(gòu)要優(yōu)于Pentium D架構(gòu)，尤其是在高負(fù)載的多線程/多任務(wù)的環(huán)境下，AMD的處理器將會(huì)表現(xiàn)出比Intel的處理器更好的性能。
Athlon 64 X2這樣的設(shè)計(jì)還有一個(gè)好處，那就是如果打算支持新的雙內(nèi)核處理器的話，對(duì)舊平臺(tái)而言唯一的要求就是升級(jí)到最新BIOS就OK了，這將大大降低平臺(tái)的應(yīng)用、升級(jí)成本。
此外，與Pentium D是通過(guò)降低頻率來(lái)降低功耗不同，同樣采用0.09微米生產(chǎn)技術(shù)的Athlon 64 X2似乎并不需要面臨這樣的問(wèn)題。這都得益于AMD在Athlon 64 X2處理器上所采用的“Dual Stress Liner”應(yīng)變硅技術(shù)。Dual Stress Liner技術(shù)是由AMD和IBM聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，據(jù)稱可以將半導(dǎo)體晶體管的響應(yīng)速度提高24％。
事實(shí)上，DSL很類(lèi)似于英特爾在90nm生產(chǎn)技術(shù)中引入的應(yīng)變硅技術(shù)。我們都知道，晶體管越微細(xì)化，運(yùn)行速度就越高，但同時(shí)也會(huì)引發(fā)泄漏電流增加、開(kāi)關(guān)效率降低，從而導(dǎo)致耗電和發(fā)熱量的增加。而DSL通過(guò)向晶體管的硅層施加應(yīng)力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了速度的提高與耗電量的降低。換句話說(shuō)，DSL能改變硅之間的原子格，從而讓晶體管獲得更快的響應(yīng)時(shí)間及更低的熱量。
在一種情況下硅原子是被“拉開(kāi)”的，而在另一種情況下則是“擠在一起”的，這通過(guò)把它們移到一個(gè)具有要么伸展，要么壓緊的原子格的氮化物封閉層上來(lái)實(shí)現(xiàn)。與Intel使用的應(yīng)變硅不同，來(lái)自AMD和IBM的DSL能夠被用于兩種類(lèi)型的晶體管：NMOS和PMOS(具有n和p通道)而無(wú)需使用極難獲得的硅鍺層，硅鍺層會(huì)增加成本，并且有可能影響芯片的產(chǎn)量。
DSL這種雙重性，讓它比英特爾的應(yīng)變硅更有效—DSL可以將晶體管的響應(yīng)速度提升24%，而應(yīng)變硅能提供的最大改進(jìn)在15-20%。并且更重要的是，AMD和IBM 這項(xiàng)新技術(shù)對(duì)產(chǎn)量及生產(chǎn)成本并沒(méi)有任何負(fù)面影響。由于在生產(chǎn)時(shí)無(wú)需使用新的生產(chǎn)方法，所以使用標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)設(shè)備和材料便可迅速展開(kāi)量產(chǎn)。另外，配合使用硅絕緣膜構(gòu)造(SOI，絕緣體上硅)與應(yīng)變硅，還可生產(chǎn)性能更高、耗電更低的晶體管。AMD工程師們表示，DSL和SOI一起結(jié)合可以讓Athlon 64處理器的頻率潛力有大約16％的增長(zhǎng)。而Athlon 64 X2的初始頻率與目前Athlon 64持平上也可以看到DSL技術(shù)的確很有功效
當(dāng)然，AMD也將在未來(lái)轉(zhuǎn)移更先進(jìn)的65nm生產(chǎn)線上，改進(jìn)他們的內(nèi)存控制器來(lái)對(duì)DDR2，DDR3和FB-DIMM等高性能內(nèi)存提供支持，也將開(kāi)始使用更快的HyperTransport 2.0總線，及更有效的節(jié)能降耗技術(shù)。
二、雙核心處理器能為我們帶來(lái)什么？
目前英特爾、AMD已經(jīng)在按部就班地實(shí)施著它們的雙核心處理器計(jì)劃，今年桌面平臺(tái)步入雙核時(shí)代已成事實(shí)。那么，雙核處理器真的象英特爾、AMD描述的那樣美好嗎？其實(shí)不然
1、針對(duì)普通用戶，性能提升不明顯！
首先在性能上，雙核心處理器在大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用中的性能可能要遜色于目前的單核處理器，即使性能有所提升，而升幅并不明顯。
俗話說(shuō)“人多好辦事”，理論上雙核心架構(gòu)可以提升處理器的性能，不過(guò)我們必須注意到一點(diǎn)的是，如果你想讓雙核處理器達(dá)到最大性能，你必須充分利用兩個(gè)內(nèi)核中的所有可執(zhí)行單元—即讓所有執(zhí)行單元都有活可干！
如果應(yīng)用程序是基于多處理器編寫(xiě)的，那么在應(yīng)用程序的運(yùn)行過(guò)程中可以大大提高運(yùn)行的效率；如果應(yīng)用程序是基于單處理器編寫(xiě)的，操作系統(tǒng)會(huì)把程序分成多個(gè)部分，讓兩個(gè)物理內(nèi)核并行完成；但是通常而言，大量的單處理器程序是不可分的，因此它在雙核處理器上運(yùn)行時(shí)性能并不會(huì)有明顯的提高。
有一我們還必須注意，基于雙核處理器的程序調(diào)試非常困難，因?yàn)椴煌碾p核處理器環(huán)境會(huì)對(duì)任務(wù)進(jìn)行不同的分配，正是因?yàn)檫@些原因，我們通常使用的都是基于單處理器的程序。因此要充分雙核處理器的性能仍要靠軟件開(kāi)發(fā)者的努力了，而不是依靠處理器開(kāi)發(fā)者們，只有在軟件方面得到充分支持，雙核心處理器架構(gòu)的實(shí)際性能太會(huì)顯著提升。
當(dāng)然即使有軟件提供充分的支持，如果從單處理器升級(jí)到雙核處理器，那么系統(tǒng)性能并不會(huì)番一番，系統(tǒng)的性能并不會(huì)隨著物理內(nèi)核的增加呈現(xiàn)線性的提高。這是因?yàn)殡S著物理內(nèi)核數(shù)量的增加，CPU內(nèi)核之間的通訊量和系統(tǒng)用于資源同步及維護(hù)的開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)逐漸上升。
從上面的測(cè)試成績(jī)來(lái)說(shuō)，面對(duì)雙核Pentium D處理器，旨在提升受系統(tǒng)限制的游戲性能的狂熱玩家將會(huì)有點(diǎn)失望—目前支持多線程運(yùn)算的游戲寥寥無(wú)幾。在很多桌面平面的應(yīng)用程序中，Pentium D的性能將比目前基于單個(gè)Prescott核心的P4要慢。這是因?yàn)楫吘筆entiumD的頻率較低，而Prescott核心的P4又擁“軟”雙核架構(gòu)—支持超線程技術(shù)。當(dāng)然在同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)或更多很耗CPU的應(yīng)用程序時(shí)，系統(tǒng)絕對(duì)地流暢。在純粹的應(yīng)用程序基準(zhǔn)測(cè)試方面，個(gè)別場(chǎng)合的性能在很大程度上取決于應(yīng)用程序的線程和安排。當(dāng)它是多線程時(shí)，比如專業(yè)視頻制作，雙核心處理器的性能絕對(duì)是非常優(yōu)秀的，可以有效地利用了雙內(nèi)核的并行處理能力。
不過(guò)，AMD應(yīng)該可以從轉(zhuǎn)向雙核心的過(guò)程中比Intel獲益更多，因?yàn)槟壳癆MD的處理器還不能同時(shí)支持一個(gè)以上的線程。Intel單核心上的超線程技術(shù)的確改善了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和多任務(wù)處理的性能。對(duì)于AMD來(lái)講，轉(zhuǎn)向雙核心處理器將使其用戶從類(lèi)似Intel的多線程技術(shù)和擁有兩個(gè)芯片中獲得響應(yīng)時(shí)間等方面的改善，而且Athlon 64 X2兩個(gè)核心間通信不必通過(guò)外部總線，性能提升也較Pentium D明顯。
2、頻率提升、成本提升是兩道檻！
無(wú)論是Intel的Pentium D，還是AMD的Athlon 64 X2處理器，都是簡(jiǎn)單將兩個(gè)內(nèi)核“擠放”在一起，這樣晶體管的數(shù)量都會(huì)大幅度增加。比如，Pentium D在206平方毫米的核心上集成了2億3千萬(wàn)個(gè)晶體管，而AMD的Athlon 64 X2處理器則在199平方毫米的核心上集成了2億3千3百萬(wàn)個(gè)晶體管。
晶體管增加所帶來(lái)的最明顯一個(gè)問(wèn)題就是功耗。目前處理器頻率停滯不前的罪魁禍?zhǔn)拙褪切孤╇娏?。所謂泄漏電流，是指晶體管不管導(dǎo)通還是截止(開(kāi)關(guān))，均有電流流動(dòng)。由于本來(lái)為截止的時(shí)候也有電流流動(dòng)，由此就會(huì)造成電量的浪費(fèi)。泄漏電流造成的耗電量增加是90nm工藝Prescott中非常嚴(yán)重的問(wèn)題。
另外，要想提高晶體管的開(kāi)關(guān)切換速度，即工作頻率，設(shè)計(jì)半導(dǎo)體時(shí)必須要使電流在晶體管中易于流動(dòng)。當(dāng)初半導(dǎo)體制造商并非完全沒(méi)有預(yù)料到泄漏電流的增加，但降低泄漏電流的技術(shù)在90nm工藝時(shí)代沒(méi)有達(dá)到實(shí)用水平，泄漏電流的增加量也超過(guò)了半導(dǎo)體制造商的預(yù)想。雖然Intel、AMD都在自家處理器中引入了選進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，特別是Intel都將移動(dòng)處理器上的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到Pentium D，但從Pentium D的最高頻率也僅僅只有3.2GHz來(lái)看，所有的一切措施也只能緩解一下雙核處理器高燒的問(wèn)題。這也導(dǎo)致雙核心的Pentium D處理器主頻要比單核心的處理器主頻要低不少。
此外，由于雙核心的處理器晶體管幾乎是單核心處理器的兩倍，但受生產(chǎn)技術(shù)的制約，處理器內(nèi)核空間并沒(méi)有太大的增加。因此AMD和Intel都需要努力使用所有的晶體管擠壓進(jìn)有限的空間里，這就好比往原來(lái)只裝一個(gè)瓷器的箱子里加裝一個(gè)瓷器，這意味著良品率越低，成本也要比單核心處理器高出許多。這也正是AMD所要面對(duì)的問(wèn)題。
至于雙核處理器的頻率什么時(shí)候可以達(dá)破4GHz？?jī)r(jià)格何時(shí)真正接近大眾？這一切也許要等明年的65nm生產(chǎn)技術(shù)出現(xiàn)了。據(jù)悉：Intel的65nm技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了最后測(cè)試階段，包括了Mobile、Desktop及Server級(jí)的處理器，而到了05年Q4，65nm的雙內(nèi)核處理器樣本將會(huì)推出。同時(shí)除了俄勒岡州的D1D工廠外，英特爾還投入20億美元巨資改造位于愛(ài)爾蘭的Fab 24-2芯片制造廠。該工廠準(zhǔn)備于2006年前投入65nm芯片的大批量生產(chǎn)，而俄勒岡州的D1D工廠則會(huì)首先進(jìn)入先期投產(chǎn)階段，之后其他的十幾座芯片工廠也都逐漸進(jìn)行新工藝的轉(zhuǎn)換……
結(jié)語(yǔ)：
總的來(lái)說(shuō)，雖然雙核心處理器的性能較單核心處理器的所提升，但考慮到目前大部分的應(yīng)用程序，比如Office辦公軟件、游戲、視頻播放等應(yīng)用都是單線程的，因此對(duì)大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)選擇單核心處理器仍是最佳選擇，特別是考慮Intel平臺(tái)的用戶。而對(duì)于進(jìn)行專業(yè)視頻、3D動(dòng)畫(huà)和2D圖像處理的用戶來(lái)說(shuō)，就很可能毫不猶豫的轉(zhuǎn)移到雙核心的系統(tǒng)上來(lái)，特別是Athlon 64 X2處理器，它在這些方面的優(yōu)勢(shì)是相當(dāng)迷人的。
雙核心處理器還有很長(zhǎng)的路要走……
