说说“酷睿”那些事儿

酷睿，英文叫Core，大家都知道它是一块优秀的CPU，不论是笔记本还是台式机都能看到它的身影，我们天天和它打交道，可你知道它的来历吗？本文旨在用通俗易懂的语言说说酷睿的来历……

    说到酷睿，我们不得不先说说什么是“迅驰”。先看迅驰的发展历史。
   
    2003年3月，迅驰一：Banias核心的Pentium M，855芯片组，2100 3B无线网卡。
    2004年5月，迅驰二：Dothan核心的Pentium M，915芯片组，2915ABG无线网卡。
    2006年4月，迅驰三：Yonah双核心的Core Duo，945芯片组，3945ABG无线网卡。
    2007年5月，迅驰四：Merom双核心的Core2 Duo，965芯片组,4965AGN无线网卡。
    2008年7月，迅驰2， Penryn双核心的Core2 Duo，PM45芯片组，5100无线网卡。

       看完迅驰的发展历史，就会知道，酷睿是迅驰三的一部分，它与上一代迅驰二的CPU-Pentium M有着直接的“血缘关系”，我们甚至可以这样认为：CoreDuo就是两块PentiumM的有机结合体。聪明的你或许已经看出问题了，你会接着问：Pentium M又是什么啊，它与Pentium 4很像啊，它们有什么关系吗。问的好，不过要说清楚Pentium M的来历，就要从很久以前说起来……

            大名鼎鼎的Pentium 4

    2000年11月，Intel发布了Pentinum 4，初期的pentium 4低能高热，根本就不是AMD K7的对手，甚至连自家的Pentium 3都不如。英特尔颜面尽失，于是开始筹划转移视线，把处理器的主频-性能之争转变为纯粹的主频之争，以转移公众视线。于是，奔腾4 1.4 GHz/1.5 GHz发布了，一下子吸引了全世界的目光，人们根本想象不到，英特尔居然能拿出这么牛x的处理器，1.5 GHz呐！这时候天真的人们还在用主频即性能的固定套路来看待奔腾4，这就中了英特尔的奸计。

      奔腾4 1.4 GHz/1.5 GHz发布前夕，就有评测媒体质疑：为何奔腾4的主频这么高，但是实际测试项目很多都不如1GHz的奔腾III呢？对此英特尔的回答是：奔腾4是一种全新的架构，它的性能不能用传统的观点去评判，用1GHz奔腾III去对比1.5GHz的奔腾4没有实际意义。可是奔腾相对于486也是一个全新的架构，为什么那时候英特尔大肆宣传奔腾比同主频的486快两倍并且拿出了官方测试数据呢？此后奔腾MMx/奔腾II/奔腾III的发布，英特尔同时也都会拿出他们与前一代处理器的性能对比评测数据，为什么奔腾4发布，英特尔却交了白卷没有官方评测数据呢？事实上，英特尔直到2GHz的奔腾4问世，才羞答答地拿出了一个2GHz奔腾4与1GHz奔腾III的性能对比官方测试数据。当然，2GHz的奔腾4自然是完胜1GHz的奔腾III了，但是，这又有什么意义吗？486DX4-100MHz处理器也照样完胜奔腾 60MHz处理器，人家的主频高啊

        所以，那个时候，电脑爱好者经常讨论的问题就是“4”好还是“3”好。

       自从奔腾4问世以来，先后经历了三代核心。给这三代产品的评价是“从失败走向成功，然后从成功走向新的失败”。

奔腾4第一代核心就是Willamette，于2000年11月发布。它采用0.18微米工艺制造，拥有256KB全速二级缓存，400MHz FSB。在整数处理速度和浮点性能这两个重要指标上，Willamette奔腾4相比P6架构的奔腾III没有有任何提升，它仅仅是对抗雷鸟Athlon的权宜之计。好在当主频提升到1.7GHz以后，奔腾4在性能上已经完全超越了奔腾III，多少给英特尔带来一些心理安慰。但是Willamette奔腾4的最致命问题不是性能低下，而是它的功耗和发热量实在大得惊人。但是英特尔的宣传能力是在强大，很多新装机的朋友都花了数千元的高价去买Willamette奔腾4+850主板+Rambus内存的套装，却根本想不到自己成了英特尔死要面子举动无辜的替罪羊。

第二代核心Northwood由于有充裕的准备时间，加之采用了0.13微米工艺制造，较好地解决了发热与功耗的问题，所以迅速取代了Willamette成为市场主流。此后随着800MHz FSB、超线程等新技术的引入，NetBurst架构的威力的以充分发挥，所以从性能上来讲，奔腾III已经没法和Northwood奔腾4叫板了。就算是AMD，也开始认真审视起奔腾4这个一向被它看成是*******玩具的处理器来了。

Northwood奔腾4确实可以成为一代经典，因为他很好地再现了Netburst开发团队的本意。Netburst架构采用超常流水线运算管线，这么长的运算管线天生就是为超线程技术准备的，要知道像奔腾III/奔腾M/酷睿那样P6架构短流水线的处理器是没办法实现超线程技术的！有关超线程的技术文章有很多，我在这里不再赘述。

Northwood奔腾4的继任者Prescott则是一个新的失败作品。这个败笔使得英特尔最终下决心放弃了Netburst架构。它继承并发扬了Willamette奔腾4的一切缺点，流水线更是加长到31级！虽说Prescott奔腾4也有优点（例如SSE3、更大的二级缓存和更高效的超线程技术），但是玉不掩瑕，它的晶体管太多了，以至于它每个时钟周期比Northwood多产生大约60%的热量，同时功率消耗也增加大约10%！Prescott处理器很容易过热，过热的结果就是降频运行。Prescott最终败给了温度。最后的结果大家也都知道，英特尔不得不全部放弃Prescott架构。

      若说对社会的贡献pentium4不足道也，但就商业的角度来说，pentium4救了intel公司，并把amd打压了3年，直到2003年amd 的k8诞生。有效地压制住了竞争对手AMD的Athlon系列处理器——尽管后者的性能出色，但是工作主频始终远远被英特尔的奔腾4甩在后面，在主频争霸战中战胜AMD，逼得Athlon XP“不敢以真面目示人”（指Athlon XP不用真实主频标注，而用“相当于奔腾4多少”的主频标注）。

             奔腾4的致命缺陷，笔记本仰仗奔腾3

       移动版奔腾4脱胎于桌面版奔腾4，它的致命缺陷当然也是功耗和热量。各位朋友几乎都有笔记本，想必大家都希望自己的本本温度低低，电池续航能力长些长些再长些吧？移动版的奔腾4显然不符合朋友们的要求。

         说起移动版奔腾4，主要有两类。一类是在2002年4月23日发布的移动奔腾4-M处理器（Mobile Pentium 4 M），具备SpeedStep和深度休眠技术，但是不支持超线程技术，功耗约35W。另一类则是移动奔腾4处理器（Mobile Pentium 4），它的发布原因是因为进一步提升移动奔腾4-M主频的同时保持较低功耗的努力已经被证实为不可能，移动奔腾4就是为了给笔记本提供一个高主频的处理器，当然它的功耗也比台式机奔腾4低一些，“仅仅”有70W，是不是很爽？
  
          移动奔腾4-M无法进一步提升主频，功耗的控制也差强人意。移动奔腾4的主频提上去了，功耗和发热量又大得吓人……这就是摆在英特尔和笔记本厂商面前的难题。图拉丁核心的pentium 3这时候派上了用场（pentium 3 有三种核心：Katmai P3、铜矿Coppermine P3、图拉丁Tualatin P3，Tualatin核心是性能最优异的P3了 ），它具有移动处理器所需要具备的一切优点：低功耗、低热量以及高性能。如果光从技术设计的角度讲，几乎所有的笔记本厂商都喜欢图拉丁奔腾III-M，但是从市场的角度来讲，在英特尔铺天盖地广告的宣传下，主推奔腾3笔记本就是自寻死路。在尝试了主推图拉丁奔腾III-M受冷落的苦果以后，几乎所有笔记本厂商都不约而同地做出了这样的选择：以移动奔腾4来设计制造一般的笔记本，将图拉丁专门用于轻薄便携笔记本产品的开发。只要你认真观察就会发现，采用移动奔腾4处理器的笔记本，不论品牌如何都是又大又厚又重，设计得好的厂商可以解决这类笔记本机身过热的问题，但是电池续航能力就无法保证了，总不能为又大又厚又重的笔记本再配一块又大又厚又重的电池吧？相比之下，图拉丁奔腾III-M就好得多，采用这类处理器的笔记本，轻巧便携，电池续航能力超长，同时性能也很强大。所以英特尔高调宣传图拉丁奔腾III-M，还给它设计了一个和移动版奔腾4风格类似的logo，希望能用图拉丁奔腾III-M占居主流移动处理器市场的大部分份额。但是图拉丁再好也是奔腾III，英特尔不是用铺天盖地的广告宣传说4比3好吗？为什么买笔记本不买奔腾4的却买奔腾III的呢？英特尔有苦说不出，笔记本厂商也跟着倒霉，不得不用移动版奔腾4来制作主流笔记本，轻薄笔记本实在容不下移动版奔腾4这位大爷，才采用图拉丁奔腾III。结果呢，用户纷纷抱怨，买了主流笔记本的责问厂商，你的最新款笔记本怎么电池使用时间比老奔三笔记本短这么多？买了轻薄笔记本的用户也责问厂商，都说轻薄笔记本采用的才是笔记本厂商最先进的技术，你为啥卖给我一个已经淘汰的奔腾III笔记本啊？厂商的不满用户的抱怨，促使英特尔另辟蹊径，开始设计奔腾M。这个奔腾M迅驰平台，其实就是换了新汤（名字）加了调料（SSE2）搭配了两碟点心（无线网卡和855芯片组）的图拉丁奔腾III而已。我不知道英特尔设计与桌面处理器完全不同的奔腾M的灵感到底源自哪里，但是图拉丁奔腾III-M就是奔腾M的原型，这一点是无可置疑的。

奔腾4的架构注定了它是一款耗电量大发热量高的产品，这一弊端首先在对处理器的功耗和发热有苛刻要求的移动计算市场体现出来。英特尔在无奈之下，推出了奇怪的奔腾M处理器，专用于笔记本电脑市场。严格说来，奔腾M就是加强版本的奔腾III，它的基本架构继承于奔腾III，同时也吸收了奔腾4平台的一些优点。奔腾M是一颗“惟性能论”的产品，它的主频没有奔腾4那么高，但是在同主频下，奔腾M的性能远胜奔腾4。笔者认为，奔腾M是英特尔这几年所设计的最出色产品，奔腾M+i855芯片组+英特尔无线网卡所组成的迅驰移动计算技术，不仅开创了笔记本电脑领域技术发展的新纪元，更给英特尔创造了巨大的利润，同时也给英特尔出了一个难题：如何在不损害奔腾4威信的情况下，告诉那些持观望态度的用户，尽管奔腾M的主频只有1.xxGHz，但是性能却比2.4GHz的奔腾4更好？比较好的做法就是一方面淡化高主频=高性能的荒谬论调，奔腾4不再继续攀升主频，并且逐渐淘汰，另一方面则是尽快提升奔腾M及酷睿的工作主频，同时大力宣传双核心，让用户的注意力从高主频转移到双内核甚至多内核上来。从Netburst架构开发小组成员集体辞职的消息中我们不难看出，英特尔已经决意放弃奔腾4，重新采用古老却不过时的P6架构。

        由于英特尔对迅驰的宣传得力，由图拉丁奔腾III-M改头换面的奔腾M问世不久就轻而易举地在移动计算领域淘汰了奔腾4-M，取得了巨大的成功。人们自然就会想到，如果英特尔肯将奔腾M的架构用在桌面计算领域，那么台式机的功耗与发热问题以及由此带来的噪音控制问题就很容易解决了。英特尔也在关键时刻迷途知返，以双核奔腾M作为技术基础的酷睿处理器问世了，宣示了奔腾尤其是奔腾4时代的终结。酷睿与奔腾III特别是图拉丁奔腾III有着密切的血缘关系。

       酷睿遥祭奔腾3：奔腾4 NetBurst架构终结，古老的P6架构重新登场

       P6架构问世于1995年，至今已经有14个年头了。最早采用P6架构的微处理器是高能奔腾（奔腾Pro）。P6架构与奔腾的P5架构最大的不同在于，以前集成在主板上的二级缓存被移植到了CPU内，从而大大地加快了数据读取和命中率，提高了性能，另外P6架构是一个纯32位的微处理器架构。第一代P6架构的微处理器奔腾Pro受制于当时的制造工艺，CPU核心集成二级缓存的成本太高，所以奔腾Pro的售价高昂，仅仅应用在服务器领域。为了将P6架构平价化以对抗AMD等竞争对手，英特尔采用了将二级缓存从CPU核心移出，外置于集成CPU核心的PCB板上的做法，推出了奔腾II处理器。奔腾II处理器的二级缓存外置于CPU核心以外，只能以处理器工作主频一半的速度运行，而不像奔腾Pro的二级缓存那样以全速运行。但是半速运行的二级缓存总比传统集成在主板上的二级缓存速度快得多，再加上奔腾II二级缓存容量大、一级缓存容量也是奔腾Pro 2倍、主频更高三大优点，它的性能还是要强过奔腾Pro。随着0.25微米工艺的成熟，英特尔尝试将奔腾II的二级缓存集成于核心，推出了Mendocino赛扬处理器（著名的超频王赛扬300A就是这一核心），虽然Mendocino赛扬的二级缓存只有128KB，但是它却以全速运行，再加上位宽高于奔腾II的二级缓存，所以同主频的赛扬/奔腾II性能差距并不大。除了早期的奔腾III以外，铜矿和图拉丁奔腾III及其简化版赛扬，加上后来的奔腾M，都是基于P6架构的优秀产品。

    entium M处理器是Intel在以色列研究中心由Mooly Eden领导的团队进行开发的，产品主要是针对移动领域而开发设计的。Pentium M与Pentium 4具有非常大的差异，大家很难在Pentium M上寻觅到Pentium 4的主要特性，没有惊人的高频率、没有SSE3的支持、不支持超线程技术和800MHz的前端总线，这一切似乎都在暗示Pentium M的性能将会极其低下。当Pentium M处理器正式问世之后，它的性能却让很多人感到震惊。Pentium M 1.5GHz的常规性能竟然直逼Pentium 4 2.4GHz！而前者的TDP却只有后者的五分之一！究竟是什么原因使Pentium M同时具有高性能、低功耗、以及低发热量呢？

下图是在日本IDF上公布的Pentium M Banias核心架构图，我们可以把它简单的认为Pentium M＝Pentium4的前端总线和扩展指令集＋Pentium III的执行单元＋超大的L2 Cache。CPU的流水线是12级，与Pentium III有大致相同的内部架构。（其实就是图拉丁Pentium 3外加P4的4x FSB前端总线和SSE2）



        奔腾M就是03～05年的主流产品，但是它的身份只是法定的移动处理器而已，桌面处理器还是NetBurst的天下。但是随着酷睿2的到来，久磨愈精的P6架构全面回归。

        酷睿处理器的基本设计思路继承于奔腾M。除了完全承袭了奔腾M的看家本领——微指令融合技术以外，酷睿还具备超强的四组指令编译器，这也正是酷睿的最大特色。采用四组指令编译器，酷睿可在单一频率周期内编译四个x86指令。四组指令编译器的设计思路还是承袭P6架构的传统，由三组简单编译器（Simple Decoder）与一组复杂编译器（Complex Decoder）组成。

酷睿处理的另一个技术亮点就是数据预读取技术。这也是早在图拉丁身上就出现了的新型技术，可以有效弥补缺乏内存控制器、导致内存存取延迟较长的缺憾。数据预读取技术可在处理器将数据回存内存的同时，预测后继的加载指令是否采用相同的内存地址。如果不是，就可立即执行加载动作，无须等待该回存指令，这可大幅改善乱序执行（Out-Of-Order Execution）核心的效率，并缩短存取内存的延迟。

        而增强的“预先加载机制”则可满足第二项要求。Core微架构每个核心分别内建一组指令及二组数据预先抓取器，而共享的二级缓存内建两组、可动态分配至不同的核心的数据预先抓取器，可根据应用程序数据的行为，进行指令与数据的预先抓取动作，让所需要的内存地址数据，尽量存放在缓存中，减少读取内存的次数。

        酷睿的电源管理机制基本上改良自图拉丁奔腾III-M与奔腾M的设计，即处理器内各功能单元并非随时保持启动状态，而是根据预测机制，仅启动需要的功能单元。不过在酷睿上新采用的分离式总线（Split Buses）、数字热感应器（Digital Thermal Sensor）以及平台环境控制接口（Platform Environment Control Interface）等技术的实际效果，要比以往模糊的省电效果实在得多。

        温控方面，英特尔在酷睿处理器中最容易发热的位置，放置数字热量传感器（Digital Thermal Sensor），通过专门的控制电路，监控处理器的发热量以及运作模式，然后动态调整系统电压、系统风扇转速。

        酷睿既然是基于P6架构，因此也有P6架构的缺点，比如说工作主频无法像奔腾4那样狂飙。P6家族处理器的工作主频提升，很大程度都是依赖制造工艺的改进，而不是加长运算管线。在45nm工艺采用之前，酷睿的核心频率很难超过3GHz，那些用着3.8GHz奔腾4处理的用户还有一段可以YY主频的时间。

        总之，酷睿的发布，P6微架构的回归对业界影响深远，因为它代表着这样一种思路：即在降低耗电量的前提下，追求最大化的性能，而并非过去的“唯主频论”。

不错就是文章太老了点

好帖学习。

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