CPU进化论

硬派学堂

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比比一直认为电脑绝对不是一台放在我们桌子下的机器,它是有生命的,而且每台电脑的性格也不同:有的电脑性格张扬,唯恐谁忽视了它的存在——这一般是发出阵阵噪音的游戏型电脑;有的体弱多病,唯唯诺诺——这是主人贪图便宜而买的低质量电脑,而且经常中毒。电脑高兴的时候会为我们演奏音乐,心情不好的时候会对你蓝着张脸……现在的电脑为什么会如此通人性?因为它有一个聪明的大脑——CPU。

现在的CPU很聪明,但它的发展过程绝对不是一蹴而就的,它自身也是经过了一个进化过程,才变成了今天这个样子。

脚:越来越多

从进化论的角度来看,生物的发展过程是由简单到复杂,由低等到高等,不断发展变化的。如果把CPU看成一种生物的话,那它的进化是神速的。从外观上,CPU给我们最直观的感觉就是它的脚越来越多(现在CPU的脚分为两种形式,一种是针状,一种为触点状),且不说以前直接焊在主板上的4004,仅仅从Pentium 4时代开始到现在的Core i7,脚的数量就经历了从Socket 423→Socket 478→LGA 775→LGA 1366的演变。AMD方面也不例外,从当年和Pentium 4对抗的雷鸟、Athlon XP的462根针脚(Socket A)发展到Socket 754,再到Socket 939/940,到现在940根针脚的AM2/AM2+再到938根针脚的AM3,从宏观的角度来看,CPU的脚也是一直都在往多的方向进化。

脚变多最大的原因还是在于现在CPU里集成的晶体管越来越多,功能也越来越复杂,为了让CPU的能力得到充分发挥,脚的数量变多也就顺理成章了。当然,并不是说,现在的Core i7有1366根脚,它的每根脚都有用。在每款CPU中,在设计时都会预留一些没有任何功能的“假脚”。如果厂商想在后续的CPU中加入一些新指令集,那么就能用到这些“假脚”,让它发挥作用。我们也不会在升级CPU时,常常遇到因为CPU针脚改变而更换主板的问题。

不过脚多也会带来一个麻烦,那就是这些伸出来的脚之间会产生额外的杂乱信号,影响CPU工作,脚越多,这种情况就越突出。所以Intel干脆将这些脚“截肢”,只留下了一个个触点。这样的好处就是信号强度提高了,同时对CPU频率的提升、良品率、生产成本的降低都有积极的作用。LGA 775形态的脚是这些年来陪伴我们时间最长的。直到近来Core i7的LGA 1366形态的脚出现,才又让我们发现,CPU在“脚”方面的进化一直都没有停止过。

你知道吗:Socket 940与AM2的区别

从CPU“脚”的数量看,AMD采用Socket 940和Socket AM2接口的处理器的针脚数量都为940根。虽然脚的数量一样,但并不表示它们都能插在同一块主板上。这是因为2006年5月发布的Socket AM2接口的处理器与此前的Socket 940在针脚定义以及针脚排列方面都不相同。从目前来看,AMD还暂时没有打算在即将推出的Socket AM3处理器上改变Socket AM2时代针脚排列的位置,虽然Socket AM3的处理器少了两根针脚,但脚的位置不会变,可与上一代供电规范达标的主板兼容,给用户的升级提供了很大方便。

芯:越来越多

在核心方面,CPU也以自己的方式进化着,首先是提升频率,当频率提升到一定程度后,CPU厂商发现其弊端越来越明显——发热量、耗电量已经达到了一个顶峰,为了保证CPU的稳定工作,厂商一直不让CPU的默认频率超越4GHz。CPU在性能方面的发展不能就此停止啊,怎么办,加核吧。一个核做不了的事情,就让两个核、四个核、多个核来做。在2007年,Intel向大家展示了拥有万亿级运算能力的80个核心的CPU(现阶段不可能将这种CPU投入市场中销售),这确实是非常惊人的。

当主流CPU从单核进化到双核、四核后,现在的我们已经无法离开这些CPU重新回到单核时代了,Vista需要双核、看高清视频需要双核,特别是现在网站中嵌入的各种广告,没有个双核处理器,多打开些页面都会显得非常吃力的。

不光核的数量在进化,核的组成方式也在发生着变化。可能很多朋友还记得,在2006年,AMD和Intel为Pentium D805/820等处理器是不是“真”双核大打口水战。AMD认为,所谓的几核处理器,是要封装在一起的,不能出现有几个封装“粘连”起来的情况,否则就不算是“真”的。从技术角度来看,Intel多核处理器的进化确实也遵循着一种从“假”到“真”的过程,比如双核处理器,最开始是1+1的组合,后来融合成了“原生”双核;四核处理器以前的形态是“2+2”,现在也变成了“原生”四核。当然,从消费者的角度来看,只要能带给大家更便宜的价格和更高的性能,谁又会在乎它是否原生呢?

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虽然这种有两个独立封装核心的CPU性能强悍,但并非多核CPU的终极形态
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就算是四核处理器,也会有一个“融合”的过程

你知道吗:超线程技术

超线程是Intel在Pentium 4时代推出的一种技术。它可以“骗过”操作系统,让系统认为CPU核心数比本来的多一倍。理论上可以让同一个核心同时执行两个线程。它能在某些应用中在一定程度上提升CPU性能。不过多的核心毕竟是被虚拟出来的,不会像真的多核CPU那样具有独立的资源,两个线程同时需要某一个资源时,其中一个线程要暂停,为另一个让路。

发热量:从低到高再到低

除了我们看得到的脚和核心数,我们能感受到的自然是CPU发出的热量了,以前的CPU是连散热片都不需要的。后来发展成为在CPU上安装散热片,再往后是个小风扇,最后它的发热量在以Netburst 架构的Pentium 4时代达到了一个“新高度”。那时候的Pentium 4处理器增加了流水线的长度,并减少流水线每段分配的运算(CPU中的流水线就好比一条汽车生产线,与其让十个人同时装配十辆汽车,不如把这十个人分开,每个人只负责装配几个部件,第一个装配完毕后交给下一个人继续装配其他部件,这样像流水一样传递,由于每个人的工作范围变小,所以速度也就相对提升)。缺点就是当流水线变得过长后,效率反而会变低,比如已经到20级甚至30级的运算,遇到了一个错误,就得从头再来过。要弥补效率的降低,只能提高处理器频率和二级缓存,从那时候起CPU的发热量问题就已经到了一种不得不整治的地步。

一直到2006年的6月,Intel推出了酷睿2架构的处理器后,这个问题才得以解决。可以说架构的更新对发热量的影响是最大的。此外,新的制程工艺在带来性能提升的同时,也让CPU的发热量有所下降。在新制程方面,从Pentium 4时代的90nm发展到了酷睿2时代的65nm。目前,AMD的Phenom Ⅱ和大部分采用酷睿架构的Intel处理器都进入了45nm时代。CPU的发热量问题,已经不是我们在购买CPU时所要担心的问题了。

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曾有一段时间,“高烧不止”的CPU是众多DIYer最担心的问题