极速狂飙——2000年CPU技术展望

周新
2000年 第1期 

　　1999年的硬件技术发展，毫无疑问贯穿着CPU厂商纷争这条主线，AMD公司的Athlon处理器异军突起，不仅打破了Intel公司一统天下的梦想，而且首次在主频速度上超过了主流的PentiumⅢ处理器。在最后三个月里，Intel和AMD公司分别于1999年的10月4日（700MHz Athlon）、10月25日（733MHz PentiumⅢ）、11月29日（750MHz Athlon）、12月5日（750MHz、800MHz Pentium Ⅲ）连续发布高主频、高性能CPU。随着Intel与AMD竞争的加剧，CPU换代时间开始变快，也将出现各种整合了显示芯片的CPU。让我们看看新的一年中CPU厂商将带来什么样的改变。
#1    一、Intel公司
　　2000年Intel公司主推的仍是去年底发布的Coppermine系列的PentiumⅢ处理器。Coppermine采用0.18微米工艺，集成256K的全速二级缓存，部分支持133MHz外频，性能比同频Katmai系列PentiumⅢ（采用SECC2封装，512K半速二级缓存）提高20％以上。Coppermine系列PentiumⅢ可配合支持100MHz外频的440ZX、440BX芯片组、支持133MHz外频的i810E 、i820芯片组使用。Intel还计划在年初提供支持新PeniumⅢ的i850主板芯片组。基于节约成本的角度考虑，Intel会在2000年底全面推出FC－PGA封装的PentiumⅢ，采用Socket架构替代目前的Slot 1架构。
　　目前的测试表明，Athlon（K7）各方面的性能均超过同频率的PentiumⅢ，为改变处理器主频速度和整体性能表现与AMD僵持的局面，Intel本来计划今年第三季度发布的新一代代号为“Willamette”的IA－32处理器将提前发布。该系列CPU仍采用0.18微米制造工艺、铜导线连接技术，起始主频为1.1GHz，Willamette的一级缓存为64KB，二级缓存为256KB或512KB（最初制定的指标是1MB）。Willamette将是第一个四路x86处理器，它能在1个时钟周期内执行4条指令。据 Intel发布的性能指标来看，其整体表现要超过现有Athlon处理器许多。Intel也将同时发布第一个支持Willamette处理器的主板芯片组“Tehama”，它支持双通道RAMBUS和外频为133MHz的DDR内存。
　　在服务器和工作站处理器方面，Intel去年推出Coppermine核心的PentiumⅢ Xeon处理器（代号Cashcades），主要面向多服务器和高档工作站。Cashcades内置512KB或1MB的二级缓存、Slot 2接口。由于Coppermine核心的PentiumⅢ Xeon相对于相同核心的桌面PentiumⅢ整体性能提高不多，而且价格又高出许多，受到的服务器厂商的批评，因而Intel今年内会推出更高主频、更大缓存的Xeon处理器，以改善其性能。
　　在低端处理器市场，Intel本年计划用500MHz以上的赛扬CPU占领低端用户市场，新赛扬CPU将采用0.18微米制造工艺，支持100MHz甚至133MHz的系统外频，并且成本将下降20％，具有很大的竞争力。另外，Intel还将在下半年推出以代号为“Timna”的超低价整合CPU，该CPU也将采用0.18微米制造工艺，内建P6核心、绘图引擎、记忆体管理系统等三大功能。由于Timna整合PC系统三大基本功能部件，能有效地降低PC系统成本，缩小主机板体积。
　　笔记本CPU方面，Intel去年底发布的Coppermine系列PentiumⅢ包括400MHz、450MHz和500MHz三款，在此基础上还会发布550MHz、600MHz和更高主频的品种。这些CPU采用了适合笔记本电脑的“SpeedStep”技术，在使用内置电池工作时，系统主频将自动降低，以减少能耗，根据外界条件的不同，最大限度地发挥处理器的性能。
#1    二、AMD公司
　　AMD公司在制造兼容处理器方面一向具有丰富的经验，但始终有无法在性能上越过Intel的阴影。全新架构的Athlon处理器的优秀表现，无疑为将来产品的发展奠定了坚实的基础。在新的一年AMD除继续出售其原有0.25微米制造的全系列Athlon处理器以外，还将在本年度推出采用0.18微米技术的更高主频处理器，今年一季度AMD将发布800MHz Athlon处理器，其它几款更高性能的产品也正在计划之中。
　　今年，Athlon系列CPU开发计划分别称为Spitfire（烈火）、Thunderbird（雷鸟）和Mustang（野马）。Spitfire的定位为中低端市场，原名为“Athlon Professional”，Spitfire将拥有128KB一级缓存，512KB的二级缓存也不集成在CPU内部，将以处理器主频的半速运行。它的芯片面积为114平方毫米，比Coppermine核心的PentiumⅢ处理器92平方毫米的面积稍大，由于采用0.18微米制造技术，将会很快淘汰过渡性的低端K6－2/3内核的处理器，成为低端市场的新选择，而且将采用462针的Socket A架构。
　　Thunderbird的定位为服务器市场，原名为“Athlon Ultra”，它将采用铜连线工艺，内置512KB全速二级缓存，最初主频将定位于1GHz。Thunderbird处理器拥有两种接口：Slot A和Socket A。
　　Mustang是AMD面向高端服务器的产品，内部可带有2MB高速缓存，可以用在2只、4只或8只CPU的服务器上。以上产品均会在本年度晚些时候出台。
　　面向笔记本和低档台式机市场，AMD将推出增强版本的K6－2＋，K6－Ⅲ＋，相对老版本，K6－2＋集成了128KB的L2 Cache，K6－Ⅲ＋则内置256KB L2 Cache。K6－2＋可望在一季度量产，主频将在500MHz以上。笔记本型的K6－2＋、K6－Ⅲ＋、台式机的K6－Ⅲ＋正在开发之中。面对笔记本的K6－2＋、K6－Ⅲ＋采用了一种称之为“Gemini”的技术，可以在电量不足的时候自动降低CPU运行频率，从而达到节电的目的。
#1    三、VIA公司
　　威盛在Comdex＇99大展上公布了第一颗Socket 370处理器——Joshua（约苏亚）和支持Joshua的Socket 370主板，威盛计划第一季度量产Joshua，主频将由400MHz开始。
　　Joshua是威盛并购Cyrix的CPU生产部门后开发的产品，采用P6 GTL＋ 总线接口、Socket370架构，支持66MHz、100MHz以及133MHz前端总线。内置了64KB的一级缓存和256KB二级缓存，兼容AMD授权的3DNow！多媒体指令集和Intel最新的2× MMX多媒体技术，运行目前流行的3D游戏，速度可以与Intel和AMD的CPU看齐。
　　Joshua是基于原Cyrix M2结构设计的产品，这一结构在单位时钟周期内具有很强的整数运算性能，针对其浮点性能较弱的缺陷，VIA还重新设计了超标量的浮点处理单元，使Joshua浮点性能有较大的改进。Joshua将采用0.18微米技术制造，配合威盛电子在研制主板芯片组上的实力，Joshua的整体性能上应该能够满足主流应用市场的要求。
　　今年威盛还将发布IDT Winchip 5处理器，Winchip 5采用基于IDT的核心，Socket 370架构，主频从400MHz至700MHz，采用133MHz外频，0.18微米工艺制造，256K一级缓存。该芯片也是完全定位于低价PC市场产品。
　　威盛计划在2000年运用它收购的IDT公司的部分技术，推出一款代号叫“Samuel”的整合芯片，Samuel将整合IDT CPU及S3的Savage2000绘图芯片核心，以达到降低整机成本的目的。Samuel将于明年下半年现身。
#1    四、64位处理器
　　386、486的诞生使我们遗弃了16位的DOS、Windows3.X，享受32位平台性能卓越的桌面应用，但在进入新世纪的今天，Internet和电子商务的飞速发展，对服务器计算性能和可靠性提出了更高的要求，32位CPU已不能满足当前应用的需求，为此，Intel和AMD计划在今年推出64位处理器。
　　1999年8月31日，Intel展示了第一款64位处理器 Itanium（开发代号Merced）的样机，并在样机上运行了64位的Windows 2000和64位的3D应用程序。Intel准备在今年第一季度以前售出几千台样机，供软、硬件厂商进行产品设计和调试。Merced将在今年8月～10月开始出售，主频在700MHz左右，会在服务器和高档工作站中得到应用。Merced的下一代产品也将在今年底发布，2001年量产，预计会采用0.15微米制造工艺，主频在1GHz左右。
　　Merced推出即得到广大厂商的支持，Compaq、Dell、HP、IBM、Intel、NEC、Sun、SGI等公司均表示会采用Merced作为服务器和工作站产品的处理器。微软和Intel也宣布将在64位平台继续紧密合作，本年度64位平台的软、硬件系统将同步推出。
　　Merced作为Intel第一款使用IA－64架构的CPU，比32位CPU具有更快的运算速度，更大的寻址空间，更多的流水线和执行单元，更快的浮点运算性能，比同频率PentiumⅢ快三倍。Intel 在Merced中舍弃x86指令集，采用了全新的指令集架构EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing，显性并行指令计算），是一款超越现有所有RISC CPU和x86 CPU的新型CPU。
　　Merced的不足之处是运行32位x86程序时，必须转换成IA－32的模式，这将严重阻碍Merced 的性能发挥。而IA－64的程序在相当一段时间内还很稀少，即使Windows2000及其应用程序也不是一个完全的64位软件，使Merced暂时还无法在一般台式机中投入应用。
　　AMD的64位CPU Sledge Hammer（K8）将于今年晚些时候发布。K8保留了x86指令集，将x86指令集从32位扩展成了64位。保留x86指令集这一措施虽然使K8在64位应用软件中不敌Intel的Merced，但运行目前主流的IA－32应用程序时，K8将会有优异的性能。几年后IA－64程序成为主流时，相信AMD会推出换代产品。
　　AMD还计划将多只64位CPU集成在一个芯片内，使这种CPU拥有2个或更多的处理单元，在运行多线程软件时，可以将不同的线程分配给不同的处理单元，就像有多个不同的CPU一样，能大大提高软件的执行速度。
　　64位CPU厂商还有康柏、Sun、IBM、Motorola、HP、MISP等厂商。其中康柏的Alpha处理器性能很强，有消息说俄国Elbrus公司的64位处理器E2K比Intel的Merced性能高很多，只是目前还没有能力批量投产。如上所述，Intel、AMD争夺64位CPU市场不会一帆风顺。
#1    五、结束语
　　CPU的性能发展除了更新CPU架构以外，主要得益于芯片制造技术的发展。近年来CPU生产工艺的改进对CPU性能的提高有着很大的影响。
　　目前生产CPU主要采用铝导线连接工艺，铜导线连接工艺比铝导线连接工艺生产的CPU速度快得多；另外由于铜比铝的导电性能好，CPU的功耗会进一步下降。AMD、Intel均准备采用铜导线连接工艺生产下一代CPU。CPU体积小，功耗大，最新的芯片封装工艺已能提供接近1:1的封装，薄而小的封装为散热提供了良好的条件。由于现有技术已能将大容量全速二级缓存内置于处理器芯片中，笨重的Slot卡盒显得很累赘，Intel和AMD均会使其一部分CPU重返Socket架构。大型绝缘硅圆片制作技术的产生，也为在CPU中集成更多的晶体管、更多的Cache提供了条件，同时，也是整合各种功能的物质基础。随着CPU厂商将显示芯片加入CPU中，整合的热潮将进一步掀起，成本将进一步降低。2000年CPU厂商将不断更新CPU架构，给我们带来性能更强、速度更快、价格更低的CPU。