超能課堂(290)：處理器是如何從單核演化到64核的（2）

首款六核處理器：Core i7-980X

2010年3月16日推出的Core i7-980X是首款6核處理器，核心代號Gulftown，它基于Westmere架構 ，也就是Nehalem的32nm版本，所以也繼承了整合三通道內存控制器、QPI總線、Turbo Boost以及重新啟用的超線程技術，處理器每核心擁有256KB L2緩存，共享12MB L3緩存，主頻是3.33GHz，最高睿頻3.6GHz。

由于X58屬于HEDT平臺，所以Gulftown六核其實也沒幾款，前后一共才出了四顆，售價也高高在上，對市場影響有限，但它的存在是給對手六核Phenom II X6的一個降維打擊，性能遠超對手，發(fā)布也比你早一個月，用的工藝也比你先進一代，在當時，從CPU技術上講，AMD徹底失去了“話語權”，當然了如果說對市場的影響，便宜的Phenom II X6比高價的Core i7-980X要大多了。

首款八核處理器：AMD FX-8100系列

其實說2011年AMD推出的Bulldozer推土機是首款八核處理器估計會有很大爭議，因為它是一個模塊化的CPU，每個模塊內有2個整數(shù)單元和1個高度共享的浮點單元，AMD的FX系列處理器最多擁有4個這樣的模組，而AMD將每個整數(shù)單元都視為一個核心，所以FX-8100系列也成為世界上首款原生8核桌面CPU。

當然了，推土機處理器的性能有多糟糕我已經不想再提了，當年關于AMD FX系列處理器是否是“真8核”很多玩家與AMD之間出現(xiàn)爭議，一些玩家甚至認為AMD涉嫌非法宣傳，將AMD告上了法庭，最后這官司還贏了，AMD因此而吃了罰單。

首發(fā)的FX-8100系列有五個型號，最高加速頻率是4.5GHz，每個模組共享2MB L2緩存，所有核心共享8MB L3緩存，TDP有95W和125W兩種。一年后推出的Piledriver打樁機處理器則是推土機的改良版本，不過性能其實也沒高多少，F(xiàn)X-8300系列一共有7個型號，最高加速頻率降至4.3GHz，TDP同樣是95W或125W，不過嘛，還有FX-9590和FX-9370兩個標配一體式水冷散熱器的奇特產品，他們的TDP高達220W，前者最高加速頻率達到了5GHz，后者也有4.7GHz，當年是AMD追高頻追得比較瘋狂。

其實推土機一共有四代架構，除了上面已經提到的推土機和打樁機之外，還有Steamroller壓路機以及Excavator挖掘機，但AMD在推出打樁機后就放棄了與Intel在高端平臺上的爭奪市場，后面兩種架構只出現(xiàn)在APU上。

而桌面市場的第一顆真八核處理器是Intel在2014年推出Core i7-5960X，屬于22nm的Haswell-E架構 ，基礎頻率3GHz，最高睿頻3.5GHz，擁有20MB L3緩存，是用HEDT的X99平臺上的，999美元的高昂售價也讓許多玩家望而卻步。

至于主流平臺的八核處理器，則是2017年AMD Zen架構的第一代Ryzen 7系列處理器，是它正式引發(fā)了Intel與AMD在處理器市場上的核心數(shù)量大戰(zhàn)。

首款十核處理器：Core i7-6950X

Intel在2016年5月發(fā)布的Core i7-6950X是首款桌面的十核處理器，它所用的Broadwell-E架構其實就是Haswell-E的制程升級版，生產工藝從22nm升級到14nm，核心數(shù)量從上代Core i7-5960X的8核增加到10核，晶體管數(shù)量也從26億增加到32億，但因為更先進的制程工藝，芯片面積從355.52mm2縮減到246mm2。

除了核心數(shù)量與制程之外，Core i7-6950X與Core i7-5960X的區(qū)別其實不算大，L3緩存容量增加到25MB，基礎頻率依然是3.0GHz，最大睿頻2.0頻率3.5GHz，但在這一代處理器Intel引入了Turbo Boost Max 3.0技術，最高單核睿頻能到4.0GHz，此外支持DDR4的頻率也從2133MHz提升到2400MHz，但這個對于X99主板來說意義不大。

而主流市場的10核處理器直到2020年5月才到來，它就是Core i9-10900K，目前市場上就Comet Lake這一代有10核的產品，最新一代的Rocket Lake最多就只有8核，AMD的Zen 2因為架構問題8核以上只能出12核或16核的產品，而Zen 3理論上是能出10核或者14核的，但AMD可能覺得沒必要所以沒出。

Intel Skylake-X：12/14/16/18核一同到來

在2017年6月份，Intel推出了第七代Core X系列處理器，不過這代產品有點奇葩，有Skylake-X與Kabylake-X兩種不同架構的處理器，當中Kabylake-X可以說是非?？樱院罄m(xù)也沒有類似的產品了，而Skylake-X則與以往HEDT產品一樣源于服務器處理器。

與上一代X99平臺的Broadwell-E處理器相比，Skylake-X處理器多了12核、14核、16核、18核的產品，并且用Core i9取代Core i7成為Intel消費級市場上最強處理器的代名詞。

Skylake-X與主流級的Skylake相比，緩存結構有了明顯的調整，L2緩存從每核心256KB提升到1MB，L3則從每核心共享2MB變成了1.375MB，這樣做可以提升L2的命中率降低訪問延遲，提升IPC。此外網狀總線取代了環(huán)形總線，這樣有利于拓撲更多核心數(shù)量，AVX-512指令集也是從這代架構開始引入的。Turbo Boost MAX 3.0從Broadwell-E的只能提升單核頻率變成最多可以提升兩個核心的頻率，但頻率提升幅度沒以前那么大。

第7、9、10代Core X處理器都是用Skylake-X架構的，雖然第10代的代號改成了Cascade Lake，但本質上就是Skylake-X，就多了4條PCI-E通道并且強化了AI性能。

不過實際上第一個上市的12核和16核處理器是AMD的銳龍Threadripper 1920X和1950X，他們在2017年8月份就上市了，而Intel只是在6月份紙面發(fā)布了第七代Core X系列處理器，7月份首批上市的只有10核及以下的產品，12和到18核的產品要等到10月份才上市。

在2019年，AMD推出了Zen 2架構的銳龍3000系列處理器，把12核與16核處理器推向了主流市場。

Ryzen Threadripper系列：24/32甚至64核

實際上這些年挑起核心數(shù)量大戰(zhàn)的不是Intel，而是AMD，他們在第一代EPYC上玩起MCM之后就一發(fā)不可收拾，而基于EPYC的銳龍Threadripper自然也這樣，第一代銳龍Threadripper處理器最大核心數(shù)量只有16，而到了2018年發(fā)布的第二代銳龍Threadripper，最大核心數(shù)量直接翻倍到32。

銳龍Threadripper 2990WX

銳龍Threadripper 2000系列處理器采用12nm Zen+內核，分為WX系列和X系列，X系列和第一代是一樣的，只有兩個內核可工作的內部雙路系統(tǒng)，最大核心數(shù)16個，而WX系列則是四個內核都可工作的，和服務器的EPYC一樣內部是四路互聯(lián)，最大核心數(shù)32個。

核心之間采用25GBps的Infinity Fabric總線互聯(lián)，只有核心0和核心2提供內存控制器和PCI-E控制器， 于核心1和核心3是沒有直接連接內存和PCI-E的，銳龍Threadripper 2970WX/2990WX只能工作在NUMA模式，這核心1/3的通信延遲明顯高于核心0/2，所以會限制這兩個核心的性能。

銳龍Threadripper 3990X

到了Zen 2架構的銳龍Threadripper 3000，CPU被拆分成CCD計算核心和IOD輸入輸出核心，所有的內存、PCI-E、USB、SATA控制器轉移到了IOD上，CCD與IOD之間采用第二代Infinity Fabric總線連接，這樣延遲雖然會有所增加，但是很好的解決了每個核心之間訪問內存和PCI-E時延遲不一的問題，并且每個IOD最多可連接8個CCD，于是就有了64核的銳龍Threadripper 3990X。

Intel Lakefield：開啟混合架構新時代的五核處理器

Intel的Lakefield項目其實在2019年就正式公開了，而產品正式上市是2020年，這款產品的實驗性質很重，它是首款采用Intel Foveros 3D堆疊工藝的產品，也是首款采用混合架構的x86處理器。

Lakefield SoC至少包含四個層，頂部兩層是由PoP封裝的DRAM內存所組成，由兩塊BGA DRAM堆疊在一起，第三層則是由10nm工藝打造的CPU與GPU，最底層則是由22nm工藝打造的I/O與緩存層。

10nm工藝的計算芯片包含一個Sunny Cove大核，獨享512KB L2緩存，四個Tremont小核，它們共享1.5M L2緩存，所有核心共享4MB的L3緩存，內存控制器是4*16位的，支持LPDDR4，整合了Gen 11核顯，有64個EU單元，Gen 11.5顯示控制器還有新的IPU，支持DP 1.4。

Lakefield家族只有Core i5-L16G7和Core i3-L13G4兩款產品，兩者的主要區(qū)別的是頻率以及核顯的EU數(shù)量，只有少數(shù)輕薄本用了這款處理器，性能表現(xiàn)其實還不錯，5W的Core i5-L16G7甚至可以與15W的Core i5-10210U叫板。

在經過Lakefield的小規(guī)模實驗后，Intel的混合架構將會在這個月底發(fā)布的Alder Lake處理器上開花結果，大家可以期待桌面滿血的混合架構x86處理器到底會怎么樣的表現(xiàn)，而Foveros 3D堆疊工藝也會用在未來的Xe-HPC服務器計算卡上。

展望未來

在可預見的將來，桌面市場的最大核心數(shù)量依然會維持在64核，因為Intel和AMD的新一代HEDT處理器完全沒有消息，但從兩家最新的服務器處理器來看，Intel的最多不會超過40核，而AMD最多也是64核，Intel把雙芯Xeon下放到HEDT平臺可能性非常小，主要看點還是AMD未來的Zen 4，有消息說Zen 4架構的EPYC處理器最多能到96核，但是否會下放到HEDT平臺這就不太確定了。

主流平臺方面，目前的消息是代號為Raphael的Zen 4處理器最高配置依然為16核，Intel方面下一代的Raptor Lake則最多24核，但是由16個E-Core加8個P-Core所組成的，也就是說最多32線程，線程數(shù)和Zen 4的16核保持一致，但這些都不是實錘的消息，還有很大不確定性。