CPU知识详解:核心类型(1)

CPU知识详解:核心类型(1)核心（Die）又称为内核，是 CPU 最重要的组成部分。CPU 中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种 CPU 核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元，都会有科学的布局。为了便于 CPU 设计、生产、销售的管理，CPU 制造商会对各种 CPU 核心给出相应的代号，这也就是所谓的 CPU 核心类型。不同的 CPU （不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如 Pentium 4 的 Northwood，Willamette 以及 K6-2 的 CXT 和 K6-2+的 ST-50 等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如 Northwood 核心就分为 B0 和 C1 等版本），核心版本的变更，是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化，普通消费者是很少去注意的。每一种核心类型都有其相应的制造工艺（例如 0.25um、0.18um、0.13um 以及 0.09um 等）、核心面积（这是决定 CPU 成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集（这两点是决定 CPU 实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如 S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2 等等）、接口类型（例如 Socket 370，Socket A，Socket 478，Socket T，Slot 1、Socket 940 等等）、前端总线频率（FSB）等等。因此，核心类型在某种程度上决定了 CPU 的工作性能。一般说来，新的核心类型，往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的 Northwood 核心 Pentium 4 1.8A GHz 就要比 Willamette核心的 Pentium 4 1.8 GHz 性能要高）。但这也不是绝对的。这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。例如，早期 Willamette 核心 Socket 423 接口的 Pentium 4的实际性能，不如 Socket 370 接口的 Tualatin 核心的 Pentium III 和赛扬，现在的低频 Prescott 核心 Pentium 4 的实际性能，不如同频的 Northwood 核心 Pentium 4 等等。但随着技术的进步以及 CPU 制造商对新核心的不断改进和完善，新核心的中后期产品的性能，必然会超越老核心产品。CPU 核心的发展方向，是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积（这会降低 CPU 的生产成本从而最终会降低 CPU 的销售价格）、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器，等等）以及双核心和多核心（也就是一个 CPU 内部有 2 个或更多个核心）等。CPU 核心的进步，对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的 CPU。在 CPU 漫长的历史中，伴随着纷繁复杂的 CPU 核心类型。以下分别就 Intel CPU 和 AMD CPU 的主流核心类型，作一个简介。主流核心类型介绍（仅限于台式机 CPU，不包括笔记本 CPU 和服务器/工作站 CPU，而且不包括比较老的核心类型）。（一）Intel CPU 的核心类型1) Tualatin这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心，是 Intel 在 Socket 370 架构上的最后一种 CPU 核心，采用 0.13um 制造工艺，封装方式采用 FC-PGA2 和 PPGA，核心电压也降低到了 1.5V 左右，主频范围从 1GHz 到 1.4GHz，外频分别为 100MHz（赛扬）和 133MHz（Pentium III），二级缓存分别为 512KB（Pentium III-S）和 256KB（Pentium III 和赛扬），这是最强的 Socket 370 核心，其性能甚至超过了早期低频的Pentium 4系列 CPU。2) Willamette这是早期的 Pentium 4 和 P4 赛扬采用的核心，最初采用 Socket 423 接口，后来改用 Socket 478 接口（赛扬只有 1.7GHz 和 1.8GHz两种，都是 Socket 478 接口），采用 0.18um 制造工艺，前端总线频率为 400MHz，主频范围从 1.3GHz 到 2.0GHz（Socket 423）和1.6GHz 到 2.0GHz（Socket 478），二级缓存分别为 256KB（Pentium 4）和 128KB（赛扬）。注意，另外还有些型号的 Socket 423 接口的Pentium 4 居然没有二级缓存！核心电压 1.75V 左右，封装方式采用 Socket 423 的 PPGA INT2，PPGA INT3，OOI 423-pin，PPGA FC-PGA2和 Socket 478 的 PPGA FC-PGA2 以及赛扬采用的 PPGA 等等。Willamette 核心制造工艺落后，发热量大，性能低下，已经被淘汰掉，而被Northwood 核心所取代。3) Northwood这是目前主流的 Pentium 4 和赛扬所采用的核心，其与 Willamette 核心最大的改进，是采用了 0.13um 制造工艺，并都采用 Socket478 接口，核心电压 1.5V 左右，二级缓存分别为 128KB（赛扬）和 512KB（Pentium 4），前端总线频率分别为 400/533/800MHz（赛扬都只有 400MHz），主频范围分别为 2.0GHz 到 2.8GHz（赛扬），1.6GHz 到 2.6GHz（400MHz FSB Pentium 4），2.26GHz 到 3.06GHz（533MHzFSB 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 都支持超线程技术（Hyper-Threading Technology），封装方式采用 PPGA FC-PGA2 和 PPGA。按照 Intel 的规划，Northwood 核心会很快被 Prescott核心所取代。4) Prescott这是 Intel 新的 CPU 核心，最早使用在 Pentium 4 上，现在低端的赛扬 D 也大量使用此核心，其与Northwood 最大的区别是采用了0.09um 制造工艺和更多的流水线结构，初期采用 Socket 478 接口，以后会全部转到 LGA 775 接口，核心电压 1.25-1.525V，前端总线频率为 533MHz（不支持超线程技术）和 800MHz（支持超线程技术），主频分别为 533MHz FSB 的 2.4GHz 和 2.8GHz 以及 800MHz FSB 的2.8GHz、3.0GHz、3.2GHz 和 3.4GHz。其与 Northwood 相比，其 L1 缓存从 8KB 增加到 16KB，而 L2 缓存则从 512KB 增加到 1MB，封装方式采用 PPGA。按照 Intel 的规划，Prescott 核心会很快取代 Northwood 核心，并且很快就会推出 Prescott 核心 533MHz FSB 的赛扬。5) Prescott 2MPrescott 2M 是 Intel 在台式机上使用的核心，与 Prescott 不同，Prescott 2M 支持 EM64T 技术，也就是说，可以使用超过 4G 内存，属于 64 位的 CPU，这是 Intel 第一款使用 64 位技术的台式机 CPU。Prescott 2M 核心，使用 90nm 制造工艺，集成 2M 二级缓存，800 或者 1066MHz 前端总线。从目前来说，P4 的 6 系列和 P4EE CPU，使用的是 Prescott 2M 核心。Prescott 2M 本身的性能并不是特别出众，不过，由于集成了大容量的二级缓存和使用较高的频率，性能仍然有提升。此外，Prescott 2M 核心还支持增强型的 Intel SpeedStep 技术(EIST)。这种技术完全与英特尔的移动处理器中的节能机制一样，它可以让 Pentium 4 6 系列处理器在低负载的时候降低工作频率，这样，可以明显降低它们在运行时的工作热量及功耗。（二）AMD CPU 的核心类型1) Athlon XP 的核心类型Athlon XP 有 4 种不同的核心类型，但都有共同之处：都采用 Socket A 接口，而且都采用 PR 标称值标注。2) Palomino这是最早的 Athlon XP 的核心，采用 0.18um 制造工艺，核心电压为 1.75V 左右，二级缓存为 256KB，封装方式采用 OPGA，前端总线频率为 266MHz。3) Thoroughbred这是第一种采用 0.13um 制造工艺的 Athlon XP 核心，又分为 Thoroughbred-A 和 Thoroughbred-B 两种版本，核心电压 1.65V-1.75V左右，二级缓存为 256KB，封装方式采用 OPGA，前端总线频率为 266MHz 和 333MHz。4) Thorton采用 0.13um 制造工艺，核心电压 1.65V 左右，二级缓存为 256KB，封装方式采用 OPGA，前端总线频率为 333MHz。可以看作是屏蔽了一半二级缓存的 Barton。5) Barton采用 0.13um 制造工艺，核心电压 1.65V 左右，二级缓存为 512KB，封装方式采用 OPGA，前端总线频率为 333MHz 和 400MHz。