谁能详细介绍一下英特尔奔腾和赛扬的发展过程以及每一代的机型?
& ampnbsp& ampnbsp其实处理器的功能更类似于大脑,因为它负责处理和计算电脑内部的所有数据,而主板芯片组更像是心脏,控制着数据的交换。CPU的类型决定了你使用的操作系统和相应的软件,CPU的速度决定了你的电脑有多强大。当然,更快更新的CPU会让你花更多的钱。
目前,Intel的CPU及其兼容产品在微机-PC上占主导地位,因此CPU演义系列文章将重点介绍这些CPU及其制造工艺、运行方式、性能、类型等知识。无论是Intel还是AMD的CPU,或者其他一些你可能听说过的CPU(比如iMac或者SGI工作站用的CPU),都有很多相似之处。
中央处理器的核心
从外观上看,CPU往往是一个长方形或正方形的块,通过很多引脚与主板相连。但是,你看到的只是CPU的外衣——CPU的封装。在内部,CPU的核心是一块薄硅片(英文名称是die,the core),其尺寸通常小于1/4英寸,如图1所示。在这个小小的硅片上,有上百万个晶体管,它们就像大脑中的神经元,相互配合完成各种复杂的运算和操作。
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需要注意的是,线宽是指芯片上最基本的功能单元——门电路的宽度。因为实际栅极电路之间的连接线的宽度与栅极电路的宽度相同,所以线宽可以描述制造过程。线宽变窄意味着晶体管可以做得更小更密,芯片的功耗可以降低,系统更稳定,CPU可以以更高的频率运行,同样的芯片复杂度可以使用更小的晶圆,所以成本降低。
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随着线宽的不断减小,过去芯片中使用的铝线导电性将不够,未来的处理器将采用导电性更好的铜线。AMD在刚刚推出的K7系列新成员——雷鸟的高频版本中已经开始采用铜线技术。
CPU的封装
& ampnbsp& ampnbsp通过几道严格的测试后,各种电路结构的硅片就可以送到封装厂切割,分割成单个处理器的管芯,放入封装中。包装不仅仅是一件漂亮的外套。由于封装的保护,处理器内核与空气隔离,避免污染物的入侵。此外,良好的封装设计也有助于芯片散热。同时,它是处理器和主板之间的桥梁。
& ampnbsp& ampnbsp包装技术也在不断发展。目前最常见的是PGA(引脚栅格阵列)封装(图2为奔腾CPU的引脚侧)。通常这种封装是方形的,中心区域周围均匀分布着三到四排或更多的管脚,管脚可以插入主板CPU插座上相应的插座。随着CPU总线宽度的增加和功能的增强,CPU管脚的数量也在不断增加,同时对散热和电气特性也有了更高的要求,由此演化出了SPGA(交错针栅阵列)和PPGA(塑料针栅阵列)。
奔腾Coppermine采用了独特的FC-PGA(倒装芯片针栅阵列)封装,如图3所示。它在封装基板下180度翻转核心,牢牢坐在封装基板上,可以缩短连接,有利于散热。然而,这并不是英特尔的创造性行为。AMD当年在K6处理器(从IBM买的专利)中也用到了类似的技术,但因为被金属外壳覆盖而不为人知。新的Socket A系列CPU也采用了类似的技术。
中央处理器接口
对应不同架构的CPU,连接到主板上的接口类型往往是不同的。
586时代最常见的插座是Socket 7插座,如图4。它是一个方形多针角插座,插拔力为零。插座上有一个拉杆。安装和更换CPU时,向上拉动拉杆,即可轻松插入或取出CPU芯片。Socket 7 socket适用于英特尔奔腾、奔腾MMX、AMD K5、K6、K6-2、K6-III、Cyrix 6X86、X86 MX、Mⅱ等处理器。
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插槽1(如图6所示)是英特尔的专利技术。它是一个狭长的插槽,有242个引脚,可以支持采用SEC(单边连接器)封装技术的奔腾II、奔腾III和赛扬处理器。Intel首创的SEC包,其实就是固定在子卡上的PGA包。
英特尔首款CPU 4004,4位主处理器,主频108kHz,运算速度0.06 MIPS(每秒百万条指令),集成晶体管2300个,10微米制造工艺,最大可寻址内存640字节,生产日期19765438。
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8008,8位主处理器,主频200kHz,运算速度0.06MIPs,集成晶体管3500个,10微米制造工艺,最大寻址内存16KB,生产日期1972年4月。
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8080,8位主处理器,主频2M,运算速度0.64MIPs,集成晶体管6000个,6微米制造工艺,最大可寻址内存64KB,生产日期1974年4月。
8085,8位主处理器,主频5M,运算速度0.37MIPs,集成晶体管6500个,3微米制造工艺,最大可寻址内存64KB,生产日期1976。
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8086,16位处理器,主频4.77/8/10MHZ,运算速度0.75MIPs,集成晶体管29000个,3微米制造工艺,最大寻址内存1MB,生产日期1978年6月。
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8088,8位主控,主频4.77/8MHZ,集成晶体管29000个,3微米制造工艺,最大可寻址内存1MB,生产日期1979年6月。
80286,16位主机,主频6/8/10/12~25MHZ,最大运算速度2.66MIPs,134000集成晶体管,3微米制造工艺,最大寻址内存16MB。
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80386DX,32位主处理器,主频16/20/25/33MHZ,最高运算速度10MIPs,集成晶体管275000个,1.5微米制造工艺,最大可寻址内存4GB,生产日期1985 6544。
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80386SX,16位主处理器,主频MHZ,运算速度6MIPs,集成晶体管134000,3微米制造工艺,最大可寻址内存16MB,生产日期1988。
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80486DX,DX2,DX4,32位主机,主频25/33/50/66/75/100MHZ,总线频率33/50/66MHZ,运算速度20 ~ 60MIPs,1.2M集成晶体管,65438+。
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奔腾,64位主控,主频60/66/75/100/120 MHz(p54),133/150/166/200 MHz(p54c),总线频率60。1微米制造工艺,273或296引脚,最大可寻址内存4GB,缓存16/256/512KB,生产日期1993年3月。
奔腾MMX (MMX:多媒体扩展,增加57条多媒体指令),64位主机,主频150/150/166/200/233 MHz(P55C),总线频率66MHZ,运算速度高达435兆位。集成晶体管4.1~4.5M,1微米制造工艺,SOCKET7接口,最大可寻址内存4GB,缓存16/256/512KB,生产日期1993年3月。
奔腾Pro,64位主控,主频133/150/166/180/200 MHz,总线频率66MHZ,运算速度高达300 ~ 440MIPs,5.5M集成晶体管,1微米制造工艺。缓存16/256kB~1MB,生产日期1995 11月。
奔腾II,64位主控,主频200/233/266/300/333/350/400/450 MHz,总线频率66/100MHZ,运算速度560 ~ 770MIPs,7.5M集成晶体管,1微米制造工艺。L1缓存16kB,L2缓存512KB,生产日期1997年3月。(233~333MHz,2.8V Klamath内核,66MHz FSB350~450MHz,2.0V降频内核,100MHz前端总线)
奔腾II至强(Xeon),64位主控,主频400/450MHZ,总线频率100MHZ,全新SLOT2接口,最大可寻址内存64GB,L1缓存16kB,L2缓存512KB~2MB,生产日期65438。
赛扬一代,主频为266/300mhz (266/300mhz w/O L2高速缓存,Covington core(基于Kla数学),300 a/333/366/400/433/466/500/533 MHz w/128 kb L2高速缓存),Mendocino core(基于Deschutes),总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产日期1998年4月
奔腾III,64位处理器,主频450/500MHZ(Katmai核:2.0V,100MHz总线频率,512kB L2缓存,slot1接口),533 MHz ~ 1.13 GHz(Coppermine核:1.6V,100/133 MHz总线频率,256
奔腾III至强分为早期的Tanner核(0.25微米制造工艺,256KB缓存)和后期的Cascades核(总线频率133MHZ,L2缓存2MB,0.18微米制造工艺),生产日期为1999。
奔腾III (Tulatin core)主频1.13G~1.4G,总线频率133mhz,L2缓存512k,socket 370接口,制造工艺0.13 μm,分为服务器版(S)和笔记本移动版。
赛扬二代,主频533MHZ~1GHZ(铜矿芯:1.6V,总线频率66/100MHZ,L2缓存128k,插座370),0.18微米制造工艺,生产日期2000年。
赛扬III (Tulatin,Tulatin核心),主频1GHZ~1.3GHZ,总线频率100 MHz,制造工艺0.13微米,Socket370接口,256k二级缓存,核心绝对不怕压坏,低功耗低发热量等优势换成赛扬。
奔腾4(威拉米特内核,423针),主频1.3g ~ 1.7g,FSB 400 MHz,0.18微米制造工艺,Socket423接口,二级缓存256K,生产日期165438+2000年10月。
奔腾4 (478针)分为三核:Willamette核(1.5G,FSB400MHZ,0.18微米制造)和Northwood核(1.6g ~ 3.0g,FSB 533 MHz,0.13微米制造)。二级缓存512K),Prescott核心(2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13全新指令集SSE3),生产日期2006年7月5438+0。
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奔腾MMX (MMX:多媒体扩展,增加57条多媒体指令),64位主机,主频150/150/166/200/233 MHz(P55C),总线频率66MHZ,运算速度高达435兆位。集成晶体管4.1~4.5M,1微米制造工艺,SOCKET7接口,最大可寻址内存4GB,缓存16/256/512KB,生产日期1993年3月。
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奔腾Pro,64位主控,主频133/150/166/180/200 MHz,总线频率66MHZ,运算速度高达300 ~ 440MIPs,5.5M集成晶体管,1微米制造工艺。缓存16/256kB~1MB,生产日期1995 11月。
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奔腾II,64位主控,主频200/233/266/300/333/350/400/450 MHz,总线频率66/100MHZ,运算速度560 ~ 770MIPs,7.5M集成晶体管,1微米制造工艺。L1缓存16kB,L2缓存512KB,生产日期1997年3月。(233~333MHz,2.8V Klamath内核,66MHz FSB350~450MHz,2.0V降频内核,100MHz前端总线)
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奔腾II至强(Xeon),64位主控,主频400/450MHZ,总线频率100MHZ,全新SLOT2接口,最大可寻址内存64GB,L1缓存16kB,L2缓存512KB~2MB,生产日期65438。
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赛扬一代,主频为266/300mhz (266/300mhz w/O L2高速缓存,Covington core(基于Kla数学),300 a/333/366/400/433/466/500/533 MHz w/128 kb L2高速缓存),Mendocino core(基于Deschutes),总线频率66MHz,0.25微米制造工艺,生产日期1998年4月
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奔腾III,64位处理器,主频450/500MHZ(Katmai核:2.0V,100MHz总线频率,512kB L2缓存,slot1接口),533 MHz ~ 1.13 GHz(Coppermine核:1.6V,100/133 MHz总线频率,256
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奔腾III至强分为早期的Tanner核(0.25微米制造工艺,256KB缓存)和后期的Cascades核(总线频率133MHZ,L2缓存2MB,0.18微米制造工艺),生产日期为1999。
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奔腾III (Tulatin core)主频1.13G~1.4G,总线频率133mhz,L2缓存512k,socket 370接口,制造工艺0.13 μm,分为服务器版(S)和笔记本移动版。
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赛扬二代,主频533MHZ~1GHZ(铜矿芯:1.6V,总线频率66/100MHZ,L2缓存128k,插座370),0.18微米制造工艺,生产日期2000年。
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赛扬III (Tulatin,Tulatin核心),主频1GHZ~1.3GHZ,总线频率100 MHz,制造工艺0.13微米,Socket370接口,256k二级缓存,核心绝对不怕压坏,低功耗低发热量等优势换成赛扬。
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奔腾4(威拉米特内核,423针),主频1.3g ~ 1.7g,FSB 400 MHz,0.18微米制造工艺,Socket423接口,二级缓存256K,生产日期165438+2000年10月。
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奔腾4 (478针)分为三核:Willamette核(1.5G,FSB400MHZ,0.18微米制造)和Northwood核(1.6g ~ 3.0g,FSB 533 MHz,0.13微米制造)。二级缓存512K),Prescott核心(2.8G起,FSB800MHZ,0.09微米制造工艺,1M二级缓存,13全新指令集SSE3),生产日期2006年7月5438+0。
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英特尔服务器CPU产品简史
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在计算机CPU领域,英特尔是无可争议的领导者。虽然AMD、威盛等厂商不断推出新产品,但与英特尔形成了激烈的竞争。但是,在服务器领域,英特尔有着不可动摇的优势。可以说,英特尔能有今天的地位,以下划时代的产品有着不可磨灭的贡献:
服务器CPU原型:奔腾Pro
在奔腾处理器取得巨大成功之后,1995年秋天,英特尔发布了奔腾Pro处理器。奔腾PRO是英特尔第一款专门为32位服务器和工作站设计的处理器。可用于高速辅助设计、机械发动机、科学计算和医疗,主频为150/166/180和200MHz。英特尔在奔腾PRO的设计和制造上达到了一个新的高度,共有550万个晶体管和一个高速二级缓存芯片,性能优于奔腾:
1)将L2cache和CPU封装在一起——“PPGA封装技术”(486和奔腾都在主板上安装了L2cache),两个芯片通过一条高带宽总线互联,连接线也放在封装内。这使得内置的L2cache更容易以更高的频率运行(例如奔腾Pro 200MHz CPU的L2缓存与CPU的运行频率相同),从而大大提高了程序的执行速度。
2)外部地址总线扩展至36位,处理器直接寻址能力为64GB,为未来发展留有余地。
3)采用动态执行技术,这是奔腾处理器技术的又一次飞跃。这种技术可以通过预测程序流程和分析程序数据流来选择最佳的指令执行顺序。这意味着指令不必按照程序指定的顺序执行,只要满足条件就可以执行,这样程序就可以达到更高的运行效率。
奔腾Pro先进的设计思想为以后微处理器的发展打下了良好的基础。
至强的诞生:奔腾II至强
1998英特尔发布奔腾II至强处理器。至强是英特尔推出的新品牌。当时,为了区分服务器市场和普通个人电脑市场,英特尔决定开发一款全新的服务器CPU,命名为奔腾II Xeon,取代之前使用的奔腾Pro品牌。该产品线针对高端企业服务器和工作站市场;是英特尔进一步划分市场的重要一步。Xeon主要用于运行商业软件、互联网服务、公司数据存储、数据分类、数据库、电子和机械自动化设计等。
奔腾II至强处理器不仅速度更快,缓存更大,更重要的是,它可以支持多达4或8 SMP对称多CPU处理功能。它使用与奔腾II Slot1接口不同的Slot 2接口,并且它只能与特殊的服务器主板一起使用。
巨大成功:奔腾III至强
1999年,英特尔发布了奔腾III至强处理器。相信大家还记得那些年“铜矿”核的奔腾3处理器是怎样的,至今仍被视为经典产品。作为奔腾II至强的继任者,它不仅在内核架构上采用了全新的设计,还继承了奔腾III处理器增加的70个指令集,更好地执行多媒体和流媒体应用。除了面向企业市场,奔腾III至强还加强了电子商务应用和高级商业计算的能力。英特尔还把至强分为两部分,低端至强和高端至强。其中低端的Xeon和普通的Coppermine一样,只配备了256KB的L2缓存,不支持多处理器。这样低端至强和普通奔腾III的性能差距很小,价格也差不多;高端至强处理器仍然具有之前的特性,支持更大的高速缓存和多处理器。
前进一波又一波:奔腾4至强
2001年,英特尔发布了至强处理器。英特尔把奔腾这个名字从至强前面去掉,并不意味着脱离x86,而是让品牌概念更加清晰。至强处理器的市场定位也更多的是针对高性能、负载均衡、多路对称处理等特性,这些都是奔腾品牌的台式电脑所不具备的。至强处理器其实是基于奔腾4的内核,同样拥有64位的数据带宽,但由于采用了与AGP 4X相同的原理——“四倍速”技术,其前端总线有了很大的提升,性能远胜于奔腾III至强处理器。至强处理器基于英特尔的NetBurst架构,具有更高级的网络功能和更复杂优秀的3D图形性能。另一方面,支持至强的芯片组也更好地支持并行计算中的服务器端计算,支持高性能I/O子系统(如SCSI磁盘阵列和千兆网络接口),支持PCI总线分段。
64位先锋:安腾处理器。
2001年,由——惠普和英特尔联合开发的基于IA-64平台——安腾处理器的服务器产品隆重发布。安腾处理器是Intel的第一款64位产品,具有64位寻址能力和64位宽的寄存器,所以我们称之为64位CPU。由于其64位寻址能力,可以使用1兆TB地址空间,足以计算企业级或超大规模的数据库任务;64位宽的寄存器可以使CPU浮点运算达到非常高的精度。事实上,IA - 64处理器还具有显式并行、分支预测、推测加载等特性。这些技术都是为顶级和企业级服务器和工作站设计的。指令级并行可以促进软件指令结构的优化,使处理器可以同时执行更多的指令。推测:推测技术允许提前加载数据,甚至在代码分支出现之前。通过尽可能早地从内存加载数据,推测技术可以避免内存延迟。预测技术避免了许多代码分支和由相关数据分支预测误差引起的性能下降。IA-64还允许处理器上有更多的空间来执行指令——更多的执行单元、更多的寄存器和更多的高速缓存。随着处理器技术的发展为这些执行资源提供更多的空间,IA-64的性能也会相应提高。
安腾处理器体现了一种全新的设计思想,完全基于并行并发计算(EPIC)。对于需要高性能计算功能(包括电子交易安全处理、超大型数据库、计算机辅助机械引擎、前沿科学运算等)支持的性能要求最高的企业或应用。),安腾处理器很好的满足了用户的要求。
继续辉煌:安腾2(安腾2)处理器
2002年,英特尔发布了安腾2处理器。代号为麦金利的安腾2处理器是英特尔的第二代64位系列产品。安腾双处理器高速缓存系统最重要的创新是将大容量三级高速缓存集成到处理器硅芯中,而不是作为系统主板的独立芯片。这不仅加快了数据检索速度,还将三级高速缓存和处理器内核之间的整体通信带宽提高了近三倍。再加上高速缓存效率的许多其他改进,处理器内核甚至可以在高度复杂的内存密集型事务中高速运行。因此,安腾2可以应用于要求更高的场合,为高端服务器和工作站提供各种平台和应用支持。
安腾2处理器是在安腾架构基础上构建和扩展的产品。提供两位兼容,可兼容专门为第一代安腾处理器编译的应用,性能大幅提升50% ~ 100%。安腾2的系统总线带宽为6.4 GB/秒,三级高速缓存高达3MB。据英特尔称,安腾2的性能比Sun Microsystems的硬件平台高50%。
服务器CPU产品年表:
奔腾II/III
ds2p奔腾IIXeon
Tanner0.25μm奔腾IIIXeon。KatmaiSlot2接口
共源共栅0.18μm奔腾iii至强
奔腾4
英特尔至强0.18μm版本(威拉米特)
FosterMPHyper-Threading对应的是大容量服务器版本的至强。
Gallatin0.13μm m版本至强
用于Prestonia服务器和工作站的0.13μm至强处理器。
诺科纳的新CPU于2003年首次亮相
IA-64
Merced第1代安腾
麦金利版本0.18μ m第二代IA-64
麦迪逊麦金利0.13μm版本
迪尔菲尔德麦金利0.13μm版本
Montecito90nm纳米IA-64版
面向服务器和工作站的0.09μm至强处理器