硬件工程師培訓(xùn)教程7.doc

硬件工程師培訓(xùn)教程（八）二、AMD公司的新款CPU1.Duron處理器Duron的研發(fā)代號(hào)為Spitfire(烈火)，其中文名字叫鉆龍。Duron一詞源于拉丁語(yǔ)“durare”，意思是“長(zhǎng)久”，再加上后綴“-on”，顯然AMD選擇Duron作為處理器的名字是因?yàn)橄Ｍ転橛脩舻耐顿Y價(jià)值延長(zhǎng)壽命。當(dāng)Athlon終于在高端CPU領(lǐng)域把Intel重重打了一拳后，2000年4月27日，AMD宣布正式推出Duron作為其新款廉價(jià)處理器的商標(biāo)，并以此準(zhǔn)備在低端市場(chǎng)向Intel發(fā)起更大的沖擊。Duron處理器采用了ThunderBird(雷鳥)處理器的核心，0.18m鋁工藝制造，集成有全速的128KB一級(jí)緩存，采用SocketA架構(gòu)并支持200MHz的前端總線頻率，具有增強(qiáng)了的3DNow!多媒體技術(shù)。Duron處理器的晶體管數(shù)目為2500萬(wàn)個(gè)，工作電壓和電流分別為1.65V和25A?？偣臑?1W，是Celeron600MHz處理器的兩倍多，因此發(fā)熱量較大。正式上市的Duron起始主頻為600MHz。目前已經(jīng)發(fā)布了600MHz、650MHz、700MHz和800MHz等幾種型號(hào)，稍后還會(huì)有更高主頻的型號(hào)上市。由于Duron全部采用AMDThunderBird(雷鳥)處理器的核心，因此具有全面優(yōu)于K6系列的卓越性能，能耗較之原來(lái)的K6系列大幅降低，三通道的浮點(diǎn)運(yùn)算處理能力使一直讓AMD倍感頭痛的浮點(diǎn)運(yùn)算問題得以解決。從技術(shù)角度分析，AMDDuron處理器與IntelCeleron處理器有許多類似之處，但也有著極大的不同。相同的是，這兩款低價(jià)位的處理器都針對(duì)于需要廉價(jià)電腦的商業(yè)和家庭用戶，而且技術(shù)應(yīng)用也十分相似，都是采用0.18m的制造工藝，將全速L2Cache集成在Die(CPU內(nèi)核)中。不同的是，Duron處理器的L2Cache為64KB，而Celeron則為128KB。Duron處理器采用的是ThunderBird(雷鳥)處理器的核心，其L1Cache為128KB，外頻為100MHz，而Celeron采用的是Coppermine核心，而且其L1Cache為32KB，外頻僅為66MHz。眾所周知，CPU的二級(jí)緩存和內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸率始終是系統(tǒng)運(yùn)行的瓶頸所在。Duron內(nèi)置的128KB一級(jí)緩存從數(shù)量上已經(jīng)是Celeron的4倍，這樣在平時(shí)工作中就允許有足夠多的數(shù)據(jù)存放在一級(jí)緩存中，一級(jí)緩存的命中率提高了，二級(jí)緩存的瓶頸就可以得到有效遏制。從這一點(diǎn)上分析，盡管Duron只有64KB的全速二級(jí)緩存，但其性能表現(xiàn)已超過具備128KB全速二級(jí)緩存的Celeron。由于Duron與Celeron一樣也引入了0.18m的鋁工藝技術(shù)制造，能耗降低的好處自然就是超頻性能的提升。2.Thunderbird處理器新款的Thunderbird(雷鳥)處理器和PCoppermine處理器相比有以下幾點(diǎn)區(qū)別:首先，在緩存系統(tǒng)構(gòu)架方面，Thunderbird處理器采用的是外置緩存構(gòu)架，而Intel公司一貫采用的是內(nèi)置緩存構(gòu)架。基于內(nèi)置緩存系統(tǒng)的PCoppermine處理器在正常工作時(shí)，其存儲(chǔ)在L1Cache中所有的數(shù)據(jù)都被復(fù)制到L2Cache中?；谕庵镁彺娴腡hunderbird處理器則恰好與內(nèi)置緩存運(yùn)作相反，其在工作時(shí)不是將L1Cache中的數(shù)據(jù)復(fù)制到L2Cache中，L2Cache中只是包含了將要寫回內(nèi)存子系統(tǒng)的備份緩存模塊。因此，AMD一直強(qiáng)調(diào)其Thunderbird處理器核心采用了384KB片內(nèi)緩存，因?yàn)槿绻鸗hunderbird處理器內(nèi)建了128KB的L1Cache后再加上容量為L(zhǎng)1Cache一倍的高達(dá)256KB的L2Cache，累計(jì)起來(lái)正好384KB。其次，雖然Thunderbird處理器仍采用64位數(shù)據(jù)通道，但這種64位的數(shù)據(jù)通道比PCoppermine處理器所采用的256位數(shù)據(jù)通道窄得多，而這相差3/4的二級(jí)緩存數(shù)據(jù)帶寬勢(shì)必會(huì)妨礙Thunderbird處理器較之PCoppermine有更佳的性能表現(xiàn)。第三，Thunderbird處理器和PCoppermine處理器的二級(jí)緩存還有一個(gè)不同之處在于，Thunderbird處理器內(nèi)置了16通道的二級(jí)緩存訪問，而PCoppermine處理器僅設(shè)置有8通道二級(jí)緩存訪問。顯而易見，擁有16通道相對(duì)L2Cache的Thunderbird處理器比只帶有8通道相對(duì)L2Cache的PCoppermine處理器有著更高的數(shù)據(jù)命中率。3.Palomino和Morgan(摩根馬)Palomino處理器是AMD對(duì)IntelPentium4處理器的回應(yīng)，而且很有意思的是發(fā)布的時(shí)候它居然被叫做了Athlon4，此前并無(wú)Athlon2或Athlon3的說(shuō)法。從設(shè)計(jì)規(guī)劃上看它有能力威脅到IntelPentium處理器的市場(chǎng)份額。這款芯片擁有512KB全速二級(jí)緩存；起始工作頻率大約在1.5GHz上下;芯片組采用AMD760、AMD760MP、VIAKX266和VIAKT133。Morgan是用來(lái)替換AMDDuron處理器的。這樣的升級(jí)可以保證AMD在一個(gè)時(shí)候只制造一種處理器核心，而不是高端已經(jīng)升級(jí)，低端卻仍然保留在過去的水平上，從而降低成本。Morgan的關(guān)鍵技術(shù)特征有:64KB或128KB全速二級(jí)緩存;起始時(shí)鐘頻率900MHz;芯片組:VIAKM133、KL-133、SiS730S。這款處理器被期望在2001年3季度轉(zhuǎn)而采用0.13微米的技術(shù)加以制造。(AMD可能會(huì)和IBM有某種方式的合作，來(lái)提升生產(chǎn)力)。這種轉(zhuǎn)換將有助于降低電力消耗和增加核心的時(shí)鐘速度。4.Thoroughbred、Appaloosa和Barton2001年年底之前，AMD將把其第七代處理器過渡到更小、更先進(jìn)的0.13微米制作工藝。第一塊0.13微米芯片將是Palomino繼承者，代號(hào)“Thoroughbred”。目前，AMD還沒有透露有關(guān)Thor-oughbred的更多信息。據(jù)我們所知，AMD預(yù)計(jì)在年底開始限量供貨，到2002年上半年全線生產(chǎn)Thoroughbred。既然AMD以前把2002年初的奮斗目標(biāo)定在2GHz，我們就有理由相信Thoroughbred將是2GHz的產(chǎn)品。而Morgan的繼承者是“Appaloosa”，AMD計(jì)劃以這種0.13微米的處理器進(jìn)軍經(jīng)濟(jì)型市場(chǎng)。AMD的規(guī)劃顯示，Appaloosa將比Thoroughbred稍微晚一點(diǎn)點(diǎn)發(fā)布。AMD處理器未來(lái)的規(guī)劃中還包括了一個(gè)新的面向高性能市場(chǎng)的速龍核心，代號(hào)“Barton”。和Thoroughbred一樣，有關(guān)Barton的信息AMD說(shuō)得含糊不清，惟一知道的一點(diǎn)是它將運(yùn)用從IBM獲得許可的SOI(Silicon-On-Insulator)技術(shù)。Barton將在2002年下半年某個(gè)時(shí)候推出，屆時(shí)，AMD還計(jì)劃推出它的第一個(gè)64位處理器“Hammer”。5.K8代碼為“SledgeHammer”(大錘)的K8處理器是AMD與IntelPentium4競(jìng)爭(zhēng)的下一代技術(shù)產(chǎn)品。從AMD已經(jīng)公布的資料分析，K8處理器將不再采用全新的64位設(shè)計(jì)，而是重新回到x86-64的軌道上來(lái)(即增強(qiáng)型的x86-32)，以便與現(xiàn)有的32位和16位程序兼容。K8就是這種設(shè)計(jì)下的第一款成品。新一代的K8芯片尺寸將會(huì)進(jìn)一步縮小，達(dá)到110mm2，同時(shí)可以在一個(gè)內(nèi)核中集成兩個(gè)處理器并使之并行工作。K8處理器將不再采用EV6總線結(jié)構(gòu)，而是全新的LDT(LightningDataTransport，閃電數(shù)據(jù)傳輸總線)。它能提供高達(dá)6.4GB/s的數(shù)據(jù)傳輸率，并且兼容當(dāng)今的外圍設(shè)備和輸入/輸出裝置。AMD也在開發(fā)適用于此總線的API(ApplicationProgrammingInterfaces，應(yīng)用程序接口)和插拔接口。第一顆K8將使用與摩托羅拉共同開發(fā)的0.18微米銅線互連技術(shù)制造，初始速度為1GHz，2001年正式上市。AMD如果能成功開發(fā)出K8，勢(shì)必會(huì)如愿以償?shù)爻蔀閤86體系的領(lǐng)導(dǎo)者。三、其他廠商的新款CPU1.VIA的Cyrix處理器Cyrix曾經(jīng)是一家相當(dāng)有實(shí)力的處理器設(shè)計(jì)公司。早在486時(shí)代，Cyrix便紅極一時(shí)，甚至儼然已經(jīng)可以和當(dāng)時(shí)的Intel分庭抗禮。Cyrix所設(shè)計(jì)的5x6120MHz處理器是一款比奔騰75還要快的486級(jí)處理器，推翻了下一代處理器總比上一代處理器要快的結(jié)論，不僅創(chuàng)造了一個(gè)奇跡，也延長(zhǎng)了486處理器的生命。不過進(jìn)入586時(shí)代后Cyrix公司便開始下滑，連年虧損最終被VIA(威盛)收購(gòu)。而586時(shí)代的另一個(gè)CPU廠商IDT也因?yàn)榻?jīng)營(yíng)困難而被VIA收購(gòu)。Cyrix便是威盛收購(gòu)Cyrix和IDT之后開發(fā)的。Cyrix原名Joshua(約書亞)，定位于低端市場(chǎng)，鋒芒直指Intel的Celeron處理器。但Joshua沒有上市，后來(lái)VIA將IDT的WinChip4重新命名為Cyrix，這就是Samuel。與前一款產(chǎn)品不同的是，新款Cyrix的芯片面積大幅度縮小，內(nèi)核電壓也降為1.8V，一級(jí)緩存為128KB，但沒有二級(jí)緩存。由于Cyrix內(nèi)置了MMX和3DNow！指令，因此在多媒體領(lǐng)域應(yīng)該還是具有一定實(shí)力的。早在處理器面市之前，VIA便聲稱Cyrix將是搶奪Celeron處理器市場(chǎng)份額的利器。首先，Cyrix的外頻可以支持66MHz、100MHz甚至133MHz，而且為了改變Cyrix處理器天生浮點(diǎn)運(yùn)算能力較差的弱點(diǎn)，新款Cyrix提供了兩個(gè)80位的浮點(diǎn)處理單元。其次，Cyrix與Celeron處理器一樣采用了Socket370接口，可以兼容Celeron處理器所使用的芯片組。第三，Cyrix處理器較之Celeron還有一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，那就是Cyrix可以同時(shí)支持Intel的MMX和AMD的3DNow！多媒體指令集。但一些權(quán)威媒體的測(cè)試表明，由于沒有了二級(jí)緩存，新款Cyrix的性能大打折扣，綜合性能趕不上同頻的Celeron。2.VIAC32001年5月25日，VIA在CeBIT2001上發(fā)布新的C336處理器，采用標(biāo)準(zhǔn)的Socket370接口，起始頻率為733MHz。該處理器采用0.15微米工藝制造，核心面積只有52mm2，內(nèi)部集成了128KB全速一級(jí)緩存，64KB二級(jí)緩存。支持133MHz前端總線頻率、3DNow！和MMX多媒體指令集。另外VIA的整合型處理器Matthew的計(jì)劃依舊，并沒有受到IntelTimna夭折的影響。這顆內(nèi)建Samuel2核心、ApolloPro133A、S3Savage4、音效、網(wǎng)卡、Modem，采用0.18微米制程的處理器，是VIA進(jìn)軍低價(jià)筆記本電腦的有力武器。3.Crusoe2000年1月16日，一家在業(yè)界很不出名的公司Transmeta突然宣布了他們自行研發(fā)的處理器Crusoe。一石激起千層浪，惹得Intel、AMD兩家自以為世上無(wú)人再有能力生產(chǎn)便攜機(jī)CPU的廠商大跌眼鏡。Crusoe是一款應(yīng)用于筆記本電腦和Internet網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的新型處理器。Crusoe芯片的開發(fā)者Transmeta公司在芯片研發(fā)過程中采用了一種革命性的微處理器設(shè)計(jì)方案。與主流的x86處理器完全使用硬件設(shè)計(jì)不同，Crusoe處理器的解決方案采用軟硬兼施辦法，即硬件引擎核心和軟件核心的合成結(jié)構(gòu)。Crusoe處理器的硬件核心組成部分采用了高性能低功耗的VLIW(VeryLongInstructionWord，超長(zhǎng)指令)引擎，其核心指令與普通的x86處理器指令沒有相同之處。這種VLIW結(jié)構(gòu)的處理器邏輯控制芯片，采用非常簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和軟件的指令時(shí)序安排。它允許一個(gè)簡(jiǎn)單和非常直接的硬件執(zhí)行流程，包括7