超能課堂(290)：處理器是如何從單核演化到64核的（1）

自Intel在1978年推出第一顆x86處理器8086之后，CPU的發(fā)展方向一直都是更寬，整合更多的指令集與外部控制器，以及更高的主頻，但這些東西都會受到當時的制程工藝限制，CPU內(nèi)核架構(gòu)沒個三五年其實是沒法弄個全新的出來的，而頻率這東西則得同時看CPU架構(gòu)與制程工藝，當CPU的單核效能與頻率都到瓶頸之后，Intel與AMD都得出了一個答案，向多核發(fā)展，到了2005年，雙核時代到來，就此之后CPU的內(nèi)核數(shù)量越堆越多，直到現(xiàn)在16核能出現(xiàn)在主流平臺上，而HEDT平臺甚至能達到64核之多。

今天我們就來回顧一下多核處理器是如何發(fā)展到現(xiàn)在這個樣子的。

首個雙核處理器：Intel Pentium D

其實Intel與AMD的雙核處理器發(fā)布時間都在2005年5月，但Intel的Pentium D要早一點，所以它就成了第一個雙核處理器了，首發(fā)的包括Pentium D 820/830/840，采用90nm工藝核心代號Smithfield，每核心擁有1MB L2緩存，均是800MHz的FSB，隨后還推出了帶超線程技術(shù)的Pentium Extreme Edition 840處理器，雙核四線程，F(xiàn)SB也提升到了1066MHz，頻率也更高。

在次年一月份Intel推出了升級65nm工藝的Presler，也就是Pentium D 900系列，更先進的工藝帶來了更高的頻率以及更好的功耗控制，L2緩存也升級到每核心2MB，但FSB沒變，至尊版則包括955和965兩個型號，他們均解除了倍頻鎖，同時他們還推出了Pentium D 805處理器，頻率比Pentium D 820更低，而且FSB降低到533MHz，但價格低得多，它的存在確實為普及雙核處理器有不少貢獻。

當然了Pentium D也是一款爭議很大的產(chǎn)品，畢竟他里面是兩顆以高頻低能著稱的Pentium 4處理器，而且不是兩個Pentium 4內(nèi)核，而是真的是兩顆Pentium 4處理器（Smithfield是兩個Prescott，而Presler則是兩個Cedar Mill），他們被封裝到一塊PCB上，而且他們之間是沒有直接互聯(lián)的，數(shù)據(jù)交換需要通過FSB，但FSB本來就不夠用，這導(dǎo)致雙核效能季度低下，性能完全不是AMD Athlon 64 X2的對手，再加上Pentium 4本來就熱，把兩個封在一齊只會更熱，在很長一段時間里Pentium D都被人叫作大火爐。

現(xiàn)在來看Pentium D系列處理器只是Intel的一個緩兵之計，要第一款雙核處理器的頭銜，還得找產(chǎn)品對抗AMD的雙核，但自己的真雙核Core 2 Due要等新工藝，所以就把Pentium D搬了出來。

首款原生雙核：AMD Athlon 64 X2

AMD的雙核處理器Athlon 64 X2也是在2005年5月份出的，但比Intel要晚，沒搶到首款雙核的頭銜，但與Pentium D不同，AMD的Athlon 64 X2是在同一塊芯片內(nèi)整合了兩個K8核心，兩個核心之間可透過System Request Queue實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，執(zhí)行效率比Pentium D好多了，所以有了當年聲勢浩大的真假雙核討論。

最初Athlon 64 X2只出在Socket 939平臺上，采用90nm工藝，型號從3600+到4600+，頻率從2GHz到2.4GHz，L2緩存有256KB*2、512KB*2以及1MB*2三種。在2006年5月推出AM2平臺后就轉(zhuǎn)移到了那邊，這次頻率范圍是2GHz到3.2GHz，型號則是從3600+到6400+，L2緩存依然是那三種容量。

在2006年12月，AMD推出了升級65nm工藝的Athlon 64 X2處理器，L2緩存統(tǒng)一成512KB*2，頻率從1.9GHz到3.1GHz，型號是3600+到6000+，此外還有45W的低功耗衍生版本Athlon X2 BE 45w系列。

K8時代可以說是AMD當年的頂峰，基本上K8架構(gòu)是要遠優(yōu)于對手Intel Pentium 4所用的NetBusrt架構(gòu)的，與后來這Core 2 Due相比雖然說處于劣勢但至少還可打得有來有回，而K8之后的K10以及推土機架構(gòu)的表現(xiàn)就真的一言難盡。

首款四核處理器：Core 2 Quad

Intel的Pentium D處理器的繼任者是非常經(jīng)典的Core 2 Due處理器，而且他們還用當年炮制首款雙核處理器的手法造出了首款四核處理器Core 2 Quad。

首款桌面級的四核處理器誕生于2006年11月2日，首發(fā)的只有Core 2 Extreme Edition QX6700，最后陸續(xù)推出了Core 2 Quad Q6600、Core 2 Extreme Edition QX6800、Core 2 Quad Q6700、Core 2 Extreme Edition QX6850。

這些處理器的核心代號是Kentsfield，其實就是由兩個Conroe的Core 2 Due封裝而成，跨芯片通信同樣需要通過FSB，不過FSB頻率和Core 2 Due一同提升到了1066MHz，至尊版的QX6850則直接提到1333MHz的FSB，主頻則是從2.4GHz到3GHz，均配備4MB*2的L2緩存。

這次Intel比AMD足足早了一年拿出了四核處理器，也就是說Core 2 Quad在一年的時間內(nèi)根本沒有對手，即使AMD在一年后拿出了K10這個原生四核，并再一次挑起了真假四核之爭，但K10早期存在TLB bug大幅影響性能，再加上Core架構(gòu)實在太強了，即使是膠水四核也能把AMD的原生四核打趴下。

更重要的是，AMD在推出K10的時候，Intel這邊已經(jīng)拿出了45nm制程升級版的Yorkfield，更先進的工藝帶來了更高的頻率，F(xiàn)SB也全部提升到1333MHz，而且產(chǎn)品線也進行了細分，根據(jù)L2的容量來進行劃分，有2MB*2的Q8x00系列，3MB*2的Q9x00系列，還有6MB*2的Q9x50系列，最高端的當然還是至尊版，Core 2 Extreme QX9770可以說LGA 775平臺的絕唱，F(xiàn)SB達到了1600MHz，頻率3.2GHz，不過呢，實際上Core 2處理器的超頻能力都非常好，很多45nm的Core 2 Quad動手超下都能達到它的水平。

首款三核處理器：AMD Phenom X3

AMD的K10架構(gòu)四核是2007年11月11日發(fā)布的，它確實是首款的原生四核處理器，并且首次把L3緩存引入到消費級市場，但它上來就碰到TLB bug，雖然可以通過bios升級修復(fù)問題，但會導(dǎo)致5%到20%的性能損失，直到次年4月推出的B3步進產(chǎn)品才修復(fù)了問題，但整體效能還是不如對手的Core 2 Quad。

不過原生四核倒是能比Intel的膠水四核玩出更多的花樣，比如屏蔽一個核心就可以當成三核處理器拿去賣了，這就有了Phenom X3，在市場上銷售的盒裝Phenom X3其實都是B3步進的，第一代產(chǎn)品由于還是采用65nm工藝，所以頻率較低，從1.9GHz起步，最高2.5GHz，每個核心獨享512KB L2緩存，所有核心共享2MB L3緩存。

Phenom X3的目標對手自然不會是對手的四核，而是他們的雙核處理器，想憑借多一個核心來戰(zhàn)勝對手，但當時系統(tǒng)與軟件對多線程優(yōu)化遠沒有現(xiàn)在那么好，再加上到了2007年Intel的產(chǎn)品已經(jīng)升級到了45nm工藝，頻率以及超頻能力都要比AMD好不少，多一個核心其實沒給AMD帶來多大優(yōu)勢，而且較低的頻率讓Phenom X3在當時的游戲表現(xiàn)還不如自己的高頻K8雙核。

但這些三核處理器帶來了開核玩法，就是把原本屏蔽了的殘缺核心通過BIOS里面的ACC選項重新開啟，這就讓當時AMD的處理器充滿話題性，當然開出來的是原本殘缺核心，多少有些問題，所以頻率可能要降一點，電壓也要加一點，但這對玩家來說不算什么，開核的玩法后來也擴展到后來的Athlon II和Phenom II處理器上。

在45nm版K10處理器推出后AMD還推出了Phenom II X3以及屏蔽L3緩存的Athlon II X3處理器，后續(xù)的第一代采用K10內(nèi)核的APU也有A6-3500這個三核的型號，基本上三核處理器伴隨了K10架構(gòu)的整個生命周期。