CPU核心类型的详细介绍

2020-07-16 13:11:00

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供稿：网友

核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。
为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。
不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood核心就分为B0和C1等版本），核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化普通消费者是很少去注意的。每一种核心类型都有其相应的制造工艺（例如0.25um、0.18um、0.13um以及0.09um等）、核心面积（这是决定CPU成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集（这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口类型（例如Socket 370，Socket A，Socket 478，Socket T，Slot 1、Socket 940等等）、前端总线频率（FSB）等等。因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。
一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的Northwood核心Pentium 4 1.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 1.8GHz性能要高），但这也不是绝对的，这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。例如，早期Willamette核心Socket 423接口的Pentium 4的实际性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬，现在的低频Prescott核心Pentium 4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium 4等等，但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善，新核心的中后期产品的性能必然会超越老核心产品。
CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积（这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格）、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器等等）以及双核心和多核心（也就是1个CPU内部有2个或更多个核心）等。CPU核心的进步对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。
在CPU漫长的历史中伴随着纷繁复杂的CPU核心类型，以下分别就Intel CPU和AMD CPU的主流核心类型作一个简介。主流核心类型介绍（仅限于台式机CPU，不包括笔记本CPU和服务器/工作站CPU，而且不包括比较老的核心类型）。
INTEL CPU的核心类型
Northwood
这是目前主流的Pentium 4和赛扬所采用的核心，其与Willamette核心最大的改进是采用了0.13um制造工艺，并都采用Socket 478接口，核心电压1.5V左右，二级缓存分别为128KB（赛扬）和512KB（Pentium 4），前端总线频率分别为400/533/800MHz（赛扬都只有400MHz），主频范围分别为2.0GHz到2.8GHz（赛扬），1.6GHz到2.6GHz（400MHz FSB Pentium 4），2.26GHz到3.06GHz（533MHz FSB Pentium 4）和2.4GHz到3.4GHz（800MHz FSB Pentium 4），并且3.06GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超线程技术（Hyper-Threading Technology），封装方式采用PPGA FC-PGA2和PPGA。按照Intel的规划，Northwood核心会很快被Prescott核心所取代。
Prescott
这是Intel最新的CPU核心，目前还只有Pentium 4而没有低端的赛扬采用，其与Northwood最大的区别是采用了0.09um制造工艺和更多的流水线结构，初期采用Socket 478接口，以后会全部转到LGA 775接口，核心电压1.25-1.525V，前端总线频率为533MHz（不支持超线程技术）和800MHz（支持超线程技术），主频分别为533MHz FSB的2.4GHz和2.8GHz以及800MHz FSB的2.8GHz、3.0GHz、3.2GHz和3.4GHz，其与Northwood相比，其L1 数据缓存从8KB增加到16KB，而L2缓存则从512KB增加到1MB，封装方式采用PPGA。按照Intel的规划，Prescott核心会很快取代Northwood核心并且很快就会推出Prescott核心533MHz FSB的赛扬。
Smithfield
这是Intel公司的第一款双核心处理器的核心类型，于2005年4月发布，基本上可以认为Smithfield核心是简单的将两个Prescott核心松散地耦合在一起的产物，这是基于独立缓存的松散型耦合方案，其优点是技术简单，缺点是性能不够理想。目前Pentium D 8XX系列以及Pentium EE 8XX系列采用此核心。Smithfield核心采用90nm制造工艺，全部采用Socket 775接口，核心电压1.3V左右，封装方式都采用PLGA，都支持硬件防病毒技术EDB和64位技术EM64T，并且除了Pentium D 8X5和Pentium D 820之外都支持节能省电技术EIST。前端总线频率是533MHz(Pentium D 8X5)和800MHz(Pentium D 8X0和Pentium EE 8XX)，主频范围从2.66GHz到3.2GHz(Pentium D)、3.2GHz(Pentium EE)。Pentium EE和Pentium D的最大区别就是Pentium EE支持超线程技术而Pentium D则不支持。Smithfield核心的两个核心分别具有1MB的二级缓存，在CPU内部两个核心是互相隔绝的，其缓存数据的同步是依靠位于主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线在两个核心之间传输来实现的，所以其数据延迟问题比较严重，性能并不尽如人意。按照Intel的规划，Smithfield核心将会很快被Presler核心取代。
Cedar Mill
这是Pentium 4 6X1系列和Celeron D 3X2/3X6系列采用的核心，从2005末开始出现。其与Prescott核心最大的区别是采用了65nm制造工艺，其它方面则变化不大，基本上可以认为是Prescott核心的65nm制程版本。Cedar Mill核心全部采用Socket 775接口，核心电压1.3V左右，封装方式采用PLGA。其中，Pentium 4全部都为800MHz FSB、2MB二级缓存，都支持超线程技术、硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST以及64位技术EM64T；而Celeron D则是533MHz FSB、512KB二级缓存，支持硬件防病毒技术EDB和64位技术EM64T，不支持超线程技术以及节能省电技术EIST。Cedar Mill核心也是Intel处理器在NetBurst架构上的最后一款单核心处理器的核心类型，按照Intel的规划，Cedar Mill核心将逐渐被Core架构的Conroe核心所取代。
Presler
这是Pentium D 9XX和Pentium EE 9XX采用的核心，Intel于2005年末推出。基本上可以认为Presler核心是简单的将两个Cedar Mill核心松散地耦合在一起的产物，是基于独立缓存的松散型耦合方案，其优点是技术简单，缺点是性能不够理想。Presler核心采用65nm制造工艺，全部采用Socket 775接口，核心电压1.3V左右，封装方式都采用PLGA，都支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T，并且除了Pentium D 9X5之外都支持虚拟化技术Intel VT。前端总线频率是800MHz(Pentium D)和1066MHz(Pentium EE)。与Smithfield核心类似，Pentium EE和Pentium D的最大区别就是Pentium EE支持超线程技术而Pentium D则不支持，并且两个核心分别具有2MB的二级缓存。在CPU内部两个核心是互相隔绝的，其缓存数据的同步同样是依靠位于主板北桥芯片上的仲裁单元通过前端总线在两个核心之间传输来实现的，所以其数据延迟问题同样比较严重，性能同样并不尽如人意。Presler核心与Smithfield核心相比，除了采用65nm制程、每个核心的二级缓存增加到2MB和增加了对虚拟化技术的支持之外，在技术上几乎没有什么创新，基本上可以认为是Smithfield核心的65nm制程版本。Presler核心也是Intel处理器在NetBurst架构上的最后一款双核心处理器的核心类型，可以说是在NetBurst被抛弃之前的最后绝唱，以后Intel桌面处理器全部转移到Core架构。按照Intel的规划，Presler核心从2006年第三季度开始将逐渐被Core架构的Conroe核心所取代。
Yonah
目前采用Yonah核心CPU的有双核心的Core Duo和单核心的Core Solo，另外Celeron M也采用了此核心，Yonah是Intel于2006年初推出的。这是一种单/双核心处理器的核心类型，其在应用方面的特点是具有很大的灵活性，既可用于桌面平台，也可用于移动平台；既可用于双核心，也可用于单核心。Yonah核心来源于移动平台上大名鼎鼎的处理器Pentium M的优秀架构，具有流水线级数少、执行效率高、性能强大以及功耗低等等优点。Yonah核心采用65nm制造工艺，核心电压依版本不同在1.1V-1.3V左右，封装方式采用PPGA，接口类型是改良了的新版Socket 478接口(与以前台式机的Socket 478并不兼容)。在前端总线频率方面，目前Core Duo和Core Solo都是667MHz，而Yonah核心Celeron M是533MHz。在二级缓存方面，目前Core Duo和Core Solo都是2MB，而即Yonah核心Celeron M是1MB。Yonah核心都支持硬件防病毒技术EDB以及节能省电技术EIST，并且多数型号支持虚拟化技术Intel VT。但其最大的遗憾是不支持64位技术，仅仅只是32位的处理器。值得注意的是，对于双核心的Core Duo而言，其具有的2MB二级缓存在架构上不同于目前所有X86处理器，其它的所有X86处理器都是每个核心独立具有二级缓存，而Core Duo的Yonah核心则是采用了与IBM的多核心处理器类似的缓存方案----两个核心共享2MB的二级缓存！共享式的二级缓存配合Intel的“Smart cache”共享缓存技术，实现了真正意义上的缓存数据同步，大幅度降低了数据延迟，减少了对前端总线的占用。这才是严格意义上的真正的双核心处理器！Yonah核心是共享缓存的紧密型耦合方案，其优点是性能理想，缺点是技术比较复杂。不过，按照Intel的规划，以后Intel各个平台的处理器都将会全部转移到Core架构，Yonah核心其实也只是一个过渡的核心类型，从2006年第三季度开始，其在桌面平台上将会被Conroe核心取代，而在移动平台上则会被Merom核心所取代。
Conroe
这是更新的Intel桌面平台双核心处理器的核心类型，其名称来源于美国德克萨斯州的小城市“Conroe”。Conroe核心于2006年7月27日正式发布，是全新的Core(酷睿)微架构(Core Micro-Architecture)应用在桌面平台上的第一种CPU核心。目前采用此核心的有Core 2 Duo E6x00系列和Core 2 Extreme X6x00系列。与上代采用NetBurst微架构的Pentium D和Pentium EE相比，Conroe核心具有流水线级数少、执行效率高、性能强大以及功耗低等等优点。Conroe核心采用65nm制造工艺，核心电压为1.3V左右，封装方式采用PLGA，接口类型仍然是传统的Socket 775。在前端总线频率方面，目前Core 2 Duo和Core 2 Extreme都是1066MHz，而顶级的Core 2 Extreme将会升级到1333MHz；在一级缓存方面，每个核心都具有32KB的数据缓存和32KB的指令缓存，并且两个核心的一级数据缓存之间可以直接交换数据；在二级缓存方面，Conroe核心都是两个内核共享4MB。Conroe核心都支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T以及虚拟化技术Intel VT。与Yonah核心的缓存机制类似，Conroe核心的二级缓存仍然是两个核心共享，并通过改良了的Intel Advanced Smart Cache(英特尔高级智能高速缓存)共享缓存技术来实现缓存数据的同步。Conroe核心是目前最先进的桌面平台处理器核心，在高性能和低功耗上找到了一个很好的平衡点，全面压倒了目前的所有桌面平台双核心处理器，加之又拥有非常不错的超频能力，确实是目前最强劲的台式机CPU核心。
Allendale
这是与Conroe同时发布的Intel桌面平台双核心处理器的核心类型，其名称来源于美国加利福尼亚州南部的小城市“Allendale”。Allendale核心于2006年7月27日正式发布，仍然基于全新的Core(酷睿)微架构，目前采用此核心的有1066MHz FSB的Core 2 Duo E6x00系列，即将发布的还有800MHz FSB的Core 2 Duo E4x00系列。Allendale核心的二级缓存机制与Conroe核心相同，但共享式二级缓存被削减至2MB。Allendale核心仍然采用65nm制造工艺，核心电压为1.3V左右，封装方式采用PLGA，接口类型仍然是传统的Socket 775，并且仍然支持硬件防病毒技术EDB、节能省电技术EIST和64位技术EM64T以及虚拟化技术Intel VT。除了共享式二级缓存被削减到2MB以及二级缓存是8路64Byte而非Conroe核心的16路64Byte之外，Allendale核心与Conroe核心几乎完全一样，可以说就是Conroe核心的简化版。当然由于二级缓存上的差异，在频率相同的情况下Allendale核心性能会稍逊于Conroe核心。

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