本文就CPU的现状、发展、未来进行概述,以期对这一技术感兴趣的同志有所裨益。
一、20世纪的CPU,Intel公司称霸主
Intel近期生产的CPU
●Pentium(P5)(586)
INTEL于1993年3月推出了Pentium处理器,它由310万个晶体管组成,局部总线64位,增强了数学处理功能,并更多地使用RSIC技术,在60、66、75、90、100、120、130、150、200MHz下工作。
奔腾芯片的数学处理功能非常强大,其浮点运算器功能是486DX的3~5倍,它支持内存管理,具有64位数据总线,具有双重分离式8kB高速缓存。
●Pentium MMX(多能奔腾)
英特公司在奔腾级以上微处理器增加了57条指令,可以更有效地处理视频、声频和同步数据,故有些资料中将其称为多媒体芯片,因此PentiumMMX被称为多能奔腾。
●PentitumPRO(高能奔腾P6)
1995年,Intel公司推出了高能奔腾P6,它采用0.35μm技术制作,集成了750万个晶体管,后采用0.25μm技术,采用1.8V电源供电。P6有早期的150,180,200和常用的233,266,300,333及高端的350,400,450,500MHz产品。
一般来说,P6是P5性能的两倍,它的处理器体系结构主要由3种创新的技术组成,即:双独立总线结构,由于它具有一条专用二级高速缓存(L2)总线,可使数据的输入输出量增加两倍以上;第二是它具备动态执行功能,更多采用简明指令技术,使处理器具有更高的效率;第三是具有MMX技术。
P6的产品具体划分为3个等级
1.P Ⅱ处理器
面向办公、家用PC,主要有PⅡ233,266,300,其主要功能有:
内有L2缓存;P6微处理器体系结构;联网化管理技术;MMX技术。
2.赛扬(Celeron)微处理器
赛扬即是去掉L2的P Ⅱ,它主要面向低端市场。近期赛扬增加了128kB的L2。
3.P Ⅱ至强处理器
即TW级,是性能最高的微处理器,于1998年6月29日发布,它的主要功能是:
内有高速512KB-2MB L2缓存;可使系统扩充至4个以上的处理器;P6架构;联网化技术;MMX技术。
二、挑战无限,市场需要竞争
多年来;Intel公司是x86处理器的主要供应商。其它兼容厂家抓着时机,不断抛出比X86价格更低而性能相差无几的兼容芯片。现将几家Intel的主要竞争对手及重要芯片简介如下。
(1)AMD处理器
AMD公司是Intel公司最主要的竞争对手。在586系列,AMD公司推出了自己设计的K5芯片,向奔腾芯片发动挑战,K5不是奔腾的兼容芯片,不采用Intel技术并力图超越X86。
在P6市场,AMD公司首先推出K6芯片,其性能居Pentium MMX和PⅡ之间,接着又推出K6-Ⅱ,它使用0.25μm技术,其333MHz芯片的整数性能与奔腾相同,但对实时三维图像(3D)的处理性能优于PⅡ,其优异图形性能使游戏软件更加逼真形象,预计年销售可达1200万片,其价格低于Intel公司的PⅡ333约25%的价格,支持100MHz系统总线,并有K6-Ⅲ芯片后继,在高端挑战高能奔腾。
(2)Cyrix处理器
Cyrix是一个芯片设计公司,其产品由IBM公司生产,它的CPU是完全自主开发的。Cyrix公司给Intel公司真正的一击是和IBM公司合作生产的6X86,其相应档次的CPU性能大都超过了奔腾CPU,但浮点性能欠佳。1997年Cyrix主推GX12O/133/150芯片,去年下半年又推出低电压GXi166/180/200M芯片,1997年底与国家半导体(NS)合并后推出了带MMX技术的GXM200/233M,以及针对P6的MX6X86-PR200/233/266M,至1998年10月,Cyrix又推出M Ⅱ300/350/400M,比赛扬微处理器技高一筹。
(3)IBMX86处理器
IBM公司与Intel公司协议决定IBM公司可使用386、486技术设计CPU,但不允许其芯片销售,因此,IBM开发了386SLC、486SLC和蓝光产品,最高档产品蓝光属388DX插座486产品,支持3倍时钟可达75MHz和100MHz,由于IBM公司和Cyrix公司长期合作,又得到了该公司的Cyrix技术许可,故在6X86-pr(MMX)、6x86MMX等方面与P Ⅱ的技术性能不相上下,而价格却十分低廉。
目前Intel公司控制着85%的台式机CPU市场,但市场变化迅速,对手十分强硬,AMD和Cyrix虎视耽耽,在低价位芯片市场对Intel形成了不小的威胁,Intel不得不对产品降价,并投入低价位机的发展。如于1998年4月推出赛扬与AMD等对手竞争,由于效果并不理想,反而在性能价格比上落后于AMD的K6,而AMD反戈一击,又推出K6-2,性能优于赛扬,使自己的市场扩大,Intel不得不改进赛场,推出其改进板Mendocino,其性能和300MHz、333MHz的P Ⅱ不相上下,而价格却低的多,反而抢走了PⅡ高端产品的市场,挖了自己的墙脚。
三、21世纪的CPU,速度更快,性能更高
在世纪之交,信息革命能否再向纵深发展?回答是肯定的。21世纪的CPU,速度更快,性能更高。
(1)铜技术和绝缘体硅技术
新型铜介质芯片生产技术是由IBM公司于1997年发明的,传统的铝芯片在0.1μm线宽技术条件下,已经接近工艺的理论极限,用铜制造的芯片导电性能高于铝,有利于缩小芯片的尺寸,提高工作频率。去年9月1日,IBM公司推出了世界上第一个基于铜的微处理器Power PC740/750,运行频率为400MHz,以此技术IBM公司拟开发大型机处理器,采用0.2μm技术,可集成1.5亿~2亿个晶体管,时钟可超过1000MHz,加上IBM于去年8月31日又发布了采用绝缘体硅(SOI)的新技术,以绝缘涂层来覆盖芯片上数百万只晶体管,可使芯片提高性能35%,减少能耗2/3,延长便携式仪器的电池使用寿命,预计1999年可投入生产。
(2)一个晶体管存储两条数字信息
目前,Intel最强大的奔腾系列处理器已可以容纳750万个晶体管,一些最高密度的芯片已达3200个晶体管,它们是采用0.25μm和0.2μm技术制造的。按照目前集成线路线宽的极限值,预计到2011年,芯片的集成度可达10亿个晶体管/片。最近Intel公司宣布了一条令人震惊的消息,一种称为Strataflash的多层间存,可以在一个晶体管上存储两条信息,使其单元存储密度提高了一倍,其关键技术在于靠一个敏感电路来控制晶体管的电荷流量,依此原理一个晶体管有可能存储更多信息,这可能使晶体管的作用成倍以至成十倍的提高,此设想可极大提高芯片的存储效能。
(3)性能更高
●3DCPU
3D技术即三维技术,过去的3D芯片是以3D卡的形式出现的,目前AMD公司已将3D芯片的一些功能集中于CPU之中,推出了K6-3D芯片,增加了24条3D指令,使3D图形性能大大提高。Intel公司不甘落后,推出Katmai芯片含MMX2技术,即不仅保有原多媒体指令,还增加了3D指令。Cyrix紧随其后,推出了含3D技术的M2-3D芯片。
●个人电脑系统集于单芯片之内
由电子管到晶体管,以至集成电路,电子技术的发展只不过是将越来越多的功能集于越来越小的空间内。按照这个逻辑,下一步应该实行“System-on-a-Chip”或 “PC-on-a-Chip”即将系统置于芯片之内。
这是美国国家半导体和Cyirx并购后制造芯片的一个重要构想,由此而产生了一个集中央处理器、图像处理器、语言系统、存储控制及外围设备互连接口集成于一体的MediaGX芯片,计划于1999年上半年出台。并且达到高速、高能、高质、低价的设计目标,我们将拭目以待。
●跨世纪的微处理器
Intel公司计划于1999年第一季出台带有MMX2技术的Katmai500MHz处理器,同时具有3D功能。第三季度将推出0.18μm的更高性能芯片,刷新0.μm技术的纪录。
Intel公司与HP公司合作,已研制成了Merced即P7(即786),计划于1999年出台,它采用0.25μm技术制作,含700万个晶体管,采用1.8V低电压供电,具有512k高速缓存,起始工作频率600MHz。
AMD公司生产的K7也计划1999年上市,是Intel P7的替代品,价格比P7低25%,采用500MHz和550MHz时钟工作。
1999年,Intel公司还将重点调整市场战略,使其产品走向多样化,低端推出带有128KB缓存的赛扬,中低端重推P Ⅱ(233-450M)及至强(Xeon) ,产品具有512kB~2MB的L2缓存,450MHz、500MHz时钟。中高端重推Katmai450MHz、500MHz产品,含3D的MMX2技术,高端推出Merced,起始工作频率600MHz,是最新开发的P7产品。(李兰玉 徐吟佳)