从10微米到45纳米——英特尔多核之路回顾

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1970年秋天,世界上第一颗处理器在英特尔诞生。这颗命名为4004的处理器采用10微米工艺,内部仅集成了2250个晶体管,主频为0.74MHz,只能进行4位运算。虽然按今天的眼光来看这颗处理器的规格微不足道,但是它却改变了今后世界生活和工作的方式,揭开了今后近四十年微处理器发展的序幕。

开启双核时代   

    1970年秋天,世界上第一颗处理器在英特尔诞生。这颗命名为4004的处理器采用10微米工艺,内部仅集成了2250个晶体管,主频为0.74MHz,只能进行4位运算。虽然按今天的眼光来看这颗处理器的规格微不足道,但是它却改变了今后世界生活和工作的方式,揭开了今后近四十年微处理器发展的序幕。

    摩尔定律支配着微处理器的频率在不断提升,从4004的0.74MHz到奔腾4的3.8GHz,英特尔处理器在不断刷新频率极限的同时也在面临着处理器执行效率低下,功耗暴增的问题。处理器的发展在这时遇到了瓶颈,英特尔发现一味的提升频率并不是提升处理器性能的最佳手段,于是,英特尔在04年年底停止了开发4GHz处理器的计划,转而投向双核处理器的研发。

    05年4月,英特尔推出了首款用于桌面PC的奔腾D双核处理器,尽管开始奔腾D只是将不同晶圆上的两个核心封装到一起,性能并不尽如人意,但是标志着英特尔已经开始了多核化步伐,多核技术成为英特尔之后的主要发展方向。05年10月,代号“Paxville”的双核至强发布,采用90纳米工艺,依旧是采用了将两个核心封装在一起的技术,两个核心共享前端总线,带宽并没有提升,并且功耗相对单核至强也并没有降低。

    可以说从Paxville上我们没有看到太多的创新和优势,但是英特尔在多核处理器上的步伐并没有停滞,在这里我们不得不提到英特尔的“Tick-Tock”,即摆钟式发展步调,每隔两年就会推出新的制程技术,然后隔年推出新的微构架。


六核
英特尔“Tick-Tock”发展步调

    遵循着Tick-Tock发展战略,英特尔在多核技术上稳步的进步着。很快,英特尔就进入到了65纳米时代,06年5月,英特尔推出了采用65纳米制程工艺的“Dempsey”双核处理器,Dempsey只是在工艺上有了进步,依旧沿用了早期的微构架,在性能和功耗上并没有质的变化。

    实际上我们可以认为Dempsey是一个过渡产品,在一个月之后,英特尔又推出了采用酷睿微构架的全新双核至强5100系列处理器,代号“Woodcrest”,可以说酷睿微构架是英特尔历史上一个耀眼的技术革新,使得Woodcrest处理器最高主频达到3GHz,前端总线到达1333MHz,并且最高功耗仅为80W,低功耗的XEON 5148 LV只有40W,其余均为65W,成功的酷睿微构架带来了前所未有的提升了处理器的每瓦特性能。

四核称王

    计算机行业正在进行着从单核处理器到多核处理器的变革。伴随Tick-Tock,英特尔的多核处理器战略在有条不紊的进行。2006年11月14日,英特尔在北京发布了面向服务器、工作站和高端个人电脑的英特尔至强5300和英特尔酷睿2四核处理器至尊版系列处理器。从这一刻开始,处理器的多核新时代正式到来。

    代号“Clovertown”的四核至强是双核“Woodcrest”的替代品,采用酷睿微构架,65纳米工艺,前端总线支持1333Mhz,二级缓存提高到8MB,但是功耗依旧为80W和65W,TDP相对于Woodcrest又有了大幅提升,并且同属于“Bensely”平台,从双核Woodcrest可以实现无缝的升级,这也是四核至强的一个重要卖点。

    摩尔定律支配着处理器的发展已经有30余年,不过随着晶体管的越来越小,建立在硅片上的摩尔定律显得越来越艰难。2007年11月16日,英特尔公司发布了采用高K金属栅技术的全新45纳米至强5400系列处理器,新的材料使处理器上的晶体管制程工艺冲破极限,解决了漏电和功耗问题,这也意味着英特尔的摩尔定律也许会再延长十年。


六核
45nm晶圆照

    45纳米四核至强是英特尔历史上里程碑式的产品,一片晶圆上的晶体管数量从5.8亿个上升到8.2亿个,主频的提升并没有带来更高的功耗和热量。至强5400系列很好的将功耗控制在80W左右,二级缓存提升到12MB,相对上一代四核至强更加节能高效。

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六核迎接Nehalem

    还是要提到Tick-Tock,45制程工艺发布之后,依照路线图,英特尔在今年应该推出新一代微构架Nehalem。业界关于Nehalem的猜测和憧憬一直延续到11月。英特尔没有跳票,上月18号,英特尔终于推出采用了全新Nehalem构架的桌面处理器产品,但是服务器端产品要等到名明年上半年才能正式推出。

    虽然Nehalem的服务器产品我们还需要等待,但是英特尔在今年给了我们另外的惊喜。9月22日,英特尔全新六核至强7400系列处理器发布,英特尔又揭开了六核大战的序幕。可以说六核至强是Nehalem服务器产品正式发布前的一个过渡,也是继续保持在多核市场领导地位的一个重要手段。

    英特尔六核至强7400代号“Dunnington”,应该说Dunnington的发布并不是横空出世,是英特尔多核战略的一部分。早在07年底,英特尔就曾透露过Dunnington的规划。在今年3月的CeBIT大展上,英特尔也透露过Dunnington的一些信息,并初步定于在今年下半年正式发布。


摩尔定律和摆钟 回顾之英特尔多核之路
Dunnington核心照

    英特尔并没有跳票,9月22日至强7400系列的发布也标志着英特尔开始向用户提供全线45纳米工艺的产品,包括单路、双路和多路产品。至强7400处理器采用45纳米工艺,六个核心与三级缓存将完全建立在一个晶片之上,也就是说,Dunnington采用“原生”设计,减少了性能的牺牲。在缓存上,Dunnington每两个核心共享3MB二级缓存,二级缓存总数为6MB。为了进一步推进处理器的性能,Dunnington还提供了16MB的三级缓存,前端总线为1066MHz,TDP最高为90W。

    Dunnington面世后便显出了非凡的能力,连续刷新了4路及8路服务器在虚拟化、数据库、企业资源规划和电子商务领域的一系列关键行业的基准测试纪录。如IBM System x 3950 M2服务器取得了120万 tpmC的测试成绩后,其System x 3850 M2又在TPC-C基准测试(衡量模拟在线交易环境中数据库性能表现的基准测试)里创造了前所未有的四路服务器成绩(684,508 tpmC)。

    前文中提到过,目前计算机面临着从单核处理器到多核处理器的变革,同时,也在面临着到虚拟化迁移的变革。至强7400发布会的主题被定为“虚拟照进现实”,可见英特尔对Dunnington在虚拟化应用上寄以了厚望。至强7400凭借先进的制程工艺、6个核心的设计以及对FlexMigration的加强,在某些虚拟化环境以及数据密集型工作负载应用程序(如数据库、商务智能、企业资源规划和服务器整合)可以获得最多高达50%的大幅性能提升,可以说Dunnington是目前最适合虚拟化应用,简化IT的一个理想平台。

    随着至强7400平台的发布,众多OEM厂商如IBM、HPDELL、富士通、富士通-西门子、NEC、Sun浪潮曙光等均将产品升级到了新的六核平台,包括思杰、IBM、微软、Oracle、红帽、SAP和VMware等软件厂商也推出了新的虚拟化解决方案,鼎立支持全新的六核平台。众多合作伙伴的支持让英特尔在多核市场的地位更加稳固。

    2008年即将过去,Dunnington这个酷睿微构架至强处理器的收官之作也为英特尔的2008画上了一个圆满的句号。虽然Nehalem服务器产品的脚步越来越近,也势必将会对Dunnington产生一些影响,但是Dunnington实现了对Nehalem的良好承接,完成了其重要使命,并且凭借六核的先天优势,在四路市场依旧具备良好的发展前景。

责任编辑:张存 来源: 中关村在线
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