从4004到Athlon64(三)

硬件周刊

  K6的反击

  由于K5处理器出师不利,AMD迫切需要开发新一代处理器。鉴于在开发K5处理器时问题不断,AMD于1996年收购了NextGen──一家曾经推出Nx586等处理器的小公司。在新研发队伍的努力下,1997年4月,AMD终于推出了新一代的处理器──AMD K6。该处理器集成了880万个晶体管,采用了先进的0.35微米工艺生产。

  K6采用了与Pentium相同的接口──Socket 7设计。除兼容传统的X86指令外,还加入了MMX指令,L1 Cache达到64KB,外频为66MHz。K6采用了可同时发出6条指令的RISC86 Sr-perScalar架构设计,拥有7个平行的执行单元和高性能的分支预测技术。其整体性能达到了低频PentiumⅡ的水准,但是其发热量较大,而且浮点性能不够理想。

  Socket的战争

  1997年5月7日,英特尔又推出了PentiumⅡ。PentiumⅡ采用了与Pentium Pro相同的架构设计,但它配备了可重命名的段寄存器,大幅加快了段寄存器的操作速度。同时,PentiumⅡ还增加了MMX指令集,大幅度提高了多媒体性能。为了进一步打击竞争对手,同时获得更大的内部总线带宽,PentiumⅡ采用了全新的Slot1接口,把CPU和L2 Cache都做在一块印刷电路板上,封装起来就是所谓的SEC(Single-edgecontactCartridge) 卡盒。在总线方面,PentiumⅡ处理器采用了双独立总线结构,其中一条总线连接L2 Cache,另一条连接到内存。PentiumⅡ内部集合了32KB片内L1 Cache(16KB指令缓存/16KB数据缓存),还具有512KB半速L2 Cache。为了降低成本,PentiumⅡ采用外部高速缓存的方式,这些高速缓存的运行速度相当于处理器速度的一半。

  由于英特尔全面转向Slot1接口,这意味着所有原先使用Socket7接口主板的用户将无法再升级,同时芯片组厂商将不得不缴纳一定的授权金,以获得开发基于Solt1接口芯片组的许可。虽然Socket7接口已经注定将被淘汰,但是在短期内还有相当的生存空间,AMD敏锐的抓住了这一机会,坚持在Socket 7架构上推出高频率的处理器产品,提出了Super 7架构,即Socket 7+100MHz外频+AGP的三合一架构,并于1998年4月正式推出了K6-2处理器。

  K6-2采用了0.25微米工艺制造,集成的晶体管数目增加到930万个。K6-2拥有64KB的L1 Cache,L2 Cache则集成在主板上,容量从256KB到2MB不等,外频由66MHz提高到100MHz,还支持超标量MMX技术。此外,K6-2还首次增加了3DNow!指令集。新增的21条指令大大加强了K6-2处理3D图形和多媒体的浮点性能。之后不久,AMD推出了内建128 KB L2 Cache的K6-2+处理器。除了内建L2 Cache,K6-2+还可以在主板上集成512KB到2MB的三级缓存。

  1999年2月22日,AMD又推出了K6-Ⅲ处理器,内建了256KB的全速L2 Cache,同时在主板上集成了512KB到2MB的三级缓存,这使得K6-Ⅲ的速度突飞猛进、性能大幅提升,甚至可以和PentiumⅢ一较高低。

  Celeron的诞生

  面对AMD和Cyrix在低端市场的挑战,英特尔公司于1998年推出了面向低端市场的Celeron(赛扬)处理器。最初的Celeron采用0.35微米工艺制造,外频为66MHz,主频为266MHz或300MHz,后来又出现了0.25微米制造工艺333MHz的Celeron。Celeron基于PentiumⅡ的设计,只是去除了PentiumⅡ的L2 Cache及相关电路。由于去除了芯片上的L2 Cache,实际使用中同频Celeron处理器的浮点性能比PentiumⅡ处理器下降25%左右,整数性能甚至连Pentium MMX都不如,完全不是其他公司同类产品的对手。英特尔公司很快认识到了这个问题,又推出了主频为300MHz集成128KB L2 Cache的Celeron。为了和没有集成L2 Cache的同频Celeron区分,它被命名为Celeron 300A。虽然集成的L2 Cache只有128KB,但由于是全速缓存,和CPU频率同步运行,而PentiumⅡ的L2 Cache为半速缓存,因此Celeron 300A的性能和同频PentiumⅡ非常接近。同时Celeron 300A具有非常好的超频性能,大多都能超到450MHz。为了降低成本,Celeron 300A又重新使用Socket架构,采用了全新的Socket370接口,通过370个针脚与主板相连。

  本部分的最后,我们来看看几个曾经存在的CPU厂商。

  Cyrix

  Cyrix也算是一家老资格的CPU开发商了,早在X86时代,它和英特尔,AMD就形成了三足鼎立的局面,并一直生产和80X86相兼容的CPU。英特尔开发了Pentium之后,Cyrix也很快推出了自己的新一代产品5X86,可是比起Pentium来,5X86不但浮点性能远远不如后者,就连Cyrix一向自豪的整数运算性能也无法让人满意。接着,Cyrix又匆匆推出了6X86系列CPU,其CPU性能比Pentium略强,使用和AMD共同开发的P-Rating系统来表示实际性能,但是发热量非常大。之后,Cyrix又发布了6X86L CPU,采用双电压设计,即核心电压是3.3V,I/O电压是5V,从而大大降低了CPU的发热量。到了MMX时代,Cyrix推出了他们的MX CPU,后来又推出了较高主频的版本,改用MⅡ来命名。1997年,Cyrix与美国国家半导体合并,推出了超高集成度的CPU:Media GX。Media GX是第一款将声卡和显卡都集成到CPU里面的整合型产品,当时以其低廉的价格和优良的整数运算性能占据了大部分的低端商用市场。1998年,Cyrix又对Media GX进行了升级,增加了对MMX指令集的支持。1999年,美国国家半导体退出CPU市场,将Cyrix出售给了威盛。

  IDT

  IDT是一家非常年轻的公司。1997年才推出其第一个微处理器产品:WinChip,由于问世较晚且生产规模也不大,因此在整个CPU市场上所占的份额很小。1998年5月,IDT又推出了其第二代产品WinChip 2和WinChip 2-3D,后者支持3DNow!指令集。WinChip 2系列增加了一个双指令的MMX单元,增强了浮点运算能力,基本达到了同级别英特尔处理器的性能。1999年,IDT又发布了WinChip 2+NB,CPU内集成了主板北桥芯片(和现在K8集成内存控制器有异曲同工之妙),但是受工艺影响,CPU内部只能集成64KB全速缓存,结果性能大打折扣。1999年8月,IDT也步Cyrix后尘,被威盛收购。

  NextGen

  AMD收购NextGen一直都被认为是AMD最成功的决策之一。NextGen是一家非常年轻但是拥有很好的研发团队的公司,其第一款产品是Nx586,和Pentium兼容,具有非常不错的性能。其第二款产品是Nx686,可惜未等发布就被收购了,之后AMD将它稍加修改推向市场,并定名为K6。以后将会提及的K7、K8等产品,也都有NextGen研发团队的功劳。

  Rise

  Rise公司是一家成立于1993年11月的美国公司,主要生产X86兼容CPU,但一直都默默无闻。1998年,Rise开始进入移动市场,开发了一款基于Socket 7的CPU──mP6。mP6采用超流水线的超标量结构技术,可以同时执行多条指令。mP6不仅价格便宜,而且性能优良,有着很好的多媒体性能和强大的浮点运算能力。同时mP6的功耗非常低,只有相同主频PentiumⅡ的二分之一不到。但很可惜, mP6为了降低成本只集成了16KB一级缓存,很大程度上限制了其性能。在英特尔产品的挤压下,mP6的市场情况一直不太乐观,同时英特尔还频频向它挥舞法律大棒。1999年,Rise被矽统收购,之后便退出了PC处理器市场,改攻家电处理芯片市场。