“芯”的精彩
我们的视野·产品与技术
当我们用电脑进行复杂的科学计算、在家用PC上玩游戏看电影,或者外出用上网本畅游网络时,你可知其中的“大脑”——处理器20年来凝聚了多少科技力量。
钟摆式前进 “Tick-Tock”战略

CPU的进化史上,x86微处理器架构一直主导着桌面以及移动CPU。从1978年Intel首次正式引入x86架构至今,不断完善、改进、优化的进程就从来没有停止过。时至今日,每一款新x86处理器诞生后,性能不仅变得越来越强劲,而且随着越来越多的指令集加入,x86处理器也变得越来越灵活自如。可以肯定的是,在未来很长一段时间内,x86微处理器架构将长盛不衰。
回顾20年来处理器的发展历程,Intel的“Tick-Tock”战略起到了重要作用,堪比“摩尔定律”,也涵盖了Intel CPU发展的基本特点与模式。 每个Tick-Tock中的“Tick”,代表着工艺的提升、晶体管的变小,并在此基础上增强原有的微架构。“Tock”则在维持相同工艺的前提下,进行微架构的革新。这样在制程工艺和核心架构的两条提升道路上,总是交替进行,不但可以避免同时革新可能带来的失败风险,同时持续的发展也可以降低研发的周期,并持续保持产品的新鲜度。
同时,90nm、65nm、45nm、32nm等芯片制程工艺精度越来越高,这在AMD处理器中也同样如此。生产工艺更先进,意味着在同样大小面积的IC中,可以拥有密度更高、功能更丰富的电路设计,在同样的材料中便可以制造更多的电子元件,连接线也更细,芯片的集成度越高,功耗就越小,成本就越低。
包罗更多功能 CPU的高度集成化

随着制程工艺精度的提高,在一颗CPU中包含的内容也越来越多。从单核心发展到双核心、三核心、四核心以及多核心,通过集成处理器数目来提升性能可以满足用户对多线程多任务处理的需要。同时,厂家还将不同类型的内核集成封装在一起,无论是AMD CPU整合了内存控制器,还是Intel CPU集成主板北桥芯片,都可以看作是这种发展的一种趋势。在这种架构中,CPU内核所不擅长的处理工作,将由集成在同一块封装芯片上的其他内核执行。
在2010年初,Intel发布了Westmere架构处理器,它在CPU发展史中可以说具有重大意义,它率先将32nm工艺的处理器核心和45nm的包含了图形核心的北桥芯片集成在了同一块基板上。其实Westmere只是一个开始,在2010年发布的Sandy Bridge处理器中,不再采用双芯封装形式,而是将32nm的GPU彻底与CPU融合在一起,封装在同一内核中,这类似AMD最早推出双核Athlon处理器的封装形式。
追求的是效能 节能技术更重要
虽然主频不再是CPU规格提高的对象,但在用户获取多核心带来的高性能时,却付出了高功耗的代价,这并不是技术进步的表现。在K8系列时代,AMD较早就淡出了追逐频率的游戏,提高效能才是CPU更重要的指标,随后Intel也在移动领域提出功耗性能比的概念,并将节能技术应用到桌面处理器中。
Intel以及AMD都先后推出了降低CPU功耗的技术,绝缘体硅、应变硅和铜连线等先进工艺技术的采用,让AMD CPU内的电阻得到了有效减小,也成为了功耗降低的有效手段。同时配备节能技术Cool’n’Quiet,当处理器没有满负荷运行时,根据CPU任务量的多少调用和关闭一些晶体管,可大幅降低CPU的功耗,并搭配测温器件,自动调速散热器达到降温静音效果,所以又被形象地称为“凉又静”。
节能技术对于采用电池供电的移动设备更为重要,因为电池性能的提高空间不大,这就使得需要从节电角度来考虑问题,意味着在电源能量有限的情况下让电脑的工作时间更长,这一点无疑能让节能型CPU以及最终产品获得较高的市场占有率。
Hz的故事
进化是亘古不变的主题,人类创造了灿烂的科技文明。电脑产品是科技文明最有代表性的产物,其中,核心处理器一代又一代的不断进化起到了关键性的主导作用。以Hz为单位的频率提升,体现出了电脑速度的加快、性能的加强。
电脑报在2003年报道:AMD推出Athlon 64处理器

对于老玩家而言,相信无人不知Athlon64 3000+。它从2003年底开始被销售,经过了约5年时间,其间经历了多次核心升级,接口由Socket754/939升级到AM2。最初的Clawhammer和Newcastle核心采用0.13微米制程,以64位应用为噱头并没有带来市场热评。但在2004年转为90nm制程的Winchester核心后,其表现出高性能、高超频性,受到玩家追捧。2005年升级到Venice核心后,3000+步入了巅峰时期,性价比再次大幅提升,成为销售时间最长的AMD处理器。
电脑报在2006年报道:AMD Athlon64 X2 3600+热销

当年,Athlon64 X2 3600+是一款非常热销的双核处理器,统治入门级市场一年有余。得益于架构上的优势,它的性能在大多数情况下强于同级别的Pentium D处理器,历经从90nm升级到65nm的制程演变,内置内存控制器,同时发热量更低。作为首款千元以内的双核处理器,引爆了双核价格大战,成为2006年最流行的双核处理器,并被追求性价比的玩家视为不二之选。
电脑报在2006年报道:Intel推出酷睿处理器

在酷睿处理器上市之初,假如不考虑价格的话,它肯定是大多数用户的首选。Core 2 Duo E6300是当时价格最低的“扣肉”,Core微架构使其在1.86GHz频率下性能依然异常出色,而65nm制程和应变硅等先进技术还将其功耗控制在65W以内,是高性能和低功耗的完美结合体。该处理器一度是中高端超频玩家的最爱,可毫不费力超至3GHz以上,性能接近顶级型号。作为酷睿处理器的开路先锋,它的效能让很多用户记忆犹新。
电脑报在2011年报道:Intel SandyBridge处理器上市

今年一开始Intel就推出新一代Sandy Bridge处理器Core i5 2300,同时也宣布了Intel处理器制程全面迈入32nm时代。Sandy Bridge主要特点是集成GPU,使用32nm工艺制造并与处理器核心封装在一起,显著提高了IPC(指令/时钟),而不像Clarkdale那样使用32nm CPU和45nm IGP双芯片封装形式。这也成为Intel和AMD新架构的最大差异。同时,“系统助手”集成北桥模块,包括PCI-E 2.0控制器、DMI总线控制器、功耗控制单元等部分。
写在最后:每一刻都是新起点
不断进化的CPU凝聚了人类的智慧,改变了人们的生活。相对1971年Intel的第一款处理器4004,目前的32nm制程工艺产品可以提供四千倍以上性能。CPU技术正以前所未有的力度影响着每一台电脑和每一个用户,改变着我们传统的生活方式,也正改变着我们的未来。