生死时速——1GHz处理器对抗赛 eGen 2000年 第11期 　　3月6日是CPU发展史上一个重要的里程碑，AMD公司率先正式发布1GHz处理器，代号Magnolia，它又一次在主频上超过Intel的处理器，证明它在研发设计方面拥有的强大实力。Intel公司也不甘示弱，3月8日也推出了1GHz的Coppermine核心的PentiumⅢ处理器，两大巨擘再一次上演了生死时速的主频竞赛。 #1 一、AMD的千兆速龙 　　AMD公司自去年8月发布Athlon处理器起，就与Intel处理器在主频速度之争中不断地胜出。人们有理由相信AMD能够设计制造出更好的处理器，实际它也没有令人失望。在发布1GHz产品的同时，AMD还推出900MHz、950MHz的处理器，保持了全系列产品的连续性。 　　1．运行频率受制的二级缓存 　　1GHz的Athlon处理器采用0.18微米的铝连接制造工艺，它基于Slot A架构，外置512KB二级缓存，设定的运行频率只有CPU主频时钟的1/3（即333.3MHz），这使得CPU的效能受到一些限制。之前采用K75内核的Athlon 850MHz所用的二级缓存运行时钟可以达到内核的40％（即340MHz），但是从这次Magnolia的发布来看，AMD似乎还无法为其1GHz的处理器配备400MHz的二级缓存。为了避免缓存问题带来的性能限制，AMD将会在不久发布同英特尔Coppermine类似的“Thunderbird（雷鸟）”内核（0.18微米，铜连接）的Athlon，它将拥有256KB CPU内置全速二级高速缓冲。除此之外，Thunderbird的L2 Cache与内核之间的数据通道将达到256位。 　　2．工作电压与功耗 　　1GHz Athlon的内核工作电压是1.8V，而在此之前，Athlon 850MHz的内核电压则为1.7V，更早一点的CPU，则只需1.6V的电压。提高内核电压，将对AMD提高产量有着莫大益处，这似乎也在某种程度上说明，1.8V是在Athlon所能承受的最高电压，如果不是为了率先夺得突破1GHz的屏障，笔者相信AMD是不会轻易使用1.8V的核心电压的。 　　在Comdex＇99上，AMD曾展示过1GHz的Athlon系统。但该系统的Athlon CPU实际上是被超频运行的：CPU必须在摄氏零下40度下才能实现1GHz的速率。而这次AMD发布的Magnolia 1GHz则只需使用空冷或较为庞大的散热器。虽然如此，Magnolia的耗电量依然惊人，居然高达60W～65W。如果没有稳定的主板以及电源支持，是无法让Magnolia正常运行的。 　　3．优点与整体性能 　　从许多测试报道都可以看出，目前850MHz以及800MHz的Athlon在超频性能方面表现平平。根据一些消息来源指出，这是由于AMD正在囤积可以运行于1GHz的最佳Athlon所导致的。此外，由于目前的Athlon在设计上最高只能支持10.5倍频。 　　目前，Athlon在性能上的优势主要体现在它的浮点处理器上，当使用x87指令集（即没有为SIMD优化的浮点指令集）的时候，它的峰值执行效率将比相同的时钟频率的PentiumⅢ快一倍，如果综合它们在二级缓存上的差异，在实际的应用中，Athlon浮点效能应该比 Coppermine快大约35％。当然，如果是在SSE专门优化的软件中，PentiumⅢ依然占有很大的优势。 #1 二、Intel的千兆铜矿 　　自从Athlon处理器面世以来，Intel在产品研发上似乎总处于被动的局面，Coppermine核心的PentiumⅢ发布并没有带来多大的转机，1GHz的Coppermine的推出显得过于仓促，而且由于缺少900MHz和950MHz的CPU，使Intel的处理器系列第一次出现“断档”。 　　1．主频与工作电压 　　与AMD相似，Intel同样也是通过增加核心电压（从1.65V提升到1.7V）的办法来运行到1GHz的。Intel在生产的0.18微米处理器的伊始，声称已针对晶体管优化，处理器的核心工作电压为1.3V～1.5V时可以获得更高的性能以及更低的功耗。但在AMD正式发布超越1GHz界限的处理器时，Intel为了竭尽全力打垮AMD，不得不使用1.7V的核心电压以及特制的散热器。同时，Intel甚至牺牲其产量，来生产更高等级的处理器。在芯片的制造过程中，Intel将优先处理能够运行在更高时钟频率的芯片，得到更成熟的1GHz的处理器。这也就是为什么在目前的英特尔产品线中，没有900MHz以及950MHz这两个产品的原因。 　　2．全速二级缓存和SSE 　　1GHz的Coppermine使用的是已经使用长达5年之久的Pentiunm Pro体系，它的256KB二级缓存是置于CPU核心内，拥有256位数据通道以及与CPU同步的工作频率。1GHz Coppermine还整合了Intel特有的“Streaming SIMD Extensions”——SSE指令集，目前，只有少数的软件是为SSE优化的。至于前面所提及的Athlon，也拥有类似的指令集——“Enhanced 3Dnow!”，不过，AMD并没有一个与之提供相匹配的编译器，这使得它的推广相对滞后。 　　3．制造工艺与功耗 　　1GHz Coppermine采用了Intel的0.18微米6层金属层制造工艺，而且，还利用fluorine－doped SiO2 （SiOF）电介质以减少电容量。它的106平方毫米封装要比AMD Athlon 1GHz大4平方毫米。相对于AMD Athlon 1GHz的1.8V核心工作电压和60W的功耗，PentiumⅢ 1GHz的核心电压为1.7V，而功耗仅为33W，在这一点上，Intel总是尽占先机。即便如此，为了让高速CPU运行得更稳定，最好还是使用300W的电源。 #1 三、1GHz处理器谁更强 　　尽管1GHz的主频让AMD与Intel公司最终在这场速度竞赛中打了一个平手，但实际性能表现也并非各家提供的测试数据所能证明的，事实上CPU结构的不同也使得性能的表现各有差异。两款1GHz CPU之间的主要差别在于其二级缓存。在大多数的应用程序中，Coppermine由于二级缓存的全速运行的优势，表现出来的性能已经优于体系更先进的Athlon。但在CAD方面的应用中，Athlon的浮点性能远较Coppermine优秀。 　　在主板支持芯片组方面，对于AMD的Magnolia来说，到目前为止，只有有两个不同的平台与之搭配，一个是AMD自行研发、表现稍嫌落后的的AMD 750芯片组，该芯片组缺乏AGP 4×以及更快内存的支持（它只能提供PC100 SDRAM的支持）。另一个是威盛的KX133芯片组，它提供了PC133 SDRAM以及AGP 4×的支持。目前，KX133已经成为了最流行的Athlon芯片组。 　　1GHz的Coppermine的主板支持状况显然要好得多，有不少芯片组提供了对它的支持。首先是8XX系列的i810e、i820以及i840芯片组，但并不是现在可以考虑的主流平台。VIA的Apollo Pro 133A提供了不错的折衷方案，以其性能表现来说，用来玩游戏以及跑各种办公应用，还是绰绰有余的，同时PC133 SDRAM的支持也提供了一个可以接受的较佳性价比的组合。最后就是Intel经典的i440BX芯片组，它虽不是为 Coppermine处理器准备的，但却可能是目前最有效的搭配平台，BX芯片组提供100MHz的系统总线的，但可使用133MHz的非标外频，在一段时间内，它仍会是Coppermine的搭档之一。 　　另外对于1GHz的Coppermine的处理器，还有一个更为严重的问题，就是如何更好地正常使用在i820芯片组上，并真正使用DRDRAM。虽然大家都对这样的组合存在怀疑的态度，但从实际的测试可以看到，Coppermine处理器更好的性能发挥，肯定需要i820＋DRDRAM的组合。 　　^11030101a^1和^11030101b^2是AMD与Intel1GHz处理器在Winston 2000与QuakeⅢ测试中的性能比较。 #1 四、结语 　　1GHz虽然跨越了一个新的高度，但也并非就是两大公司的完美之作，首先是它们的CPU核心技术已经不能适应1GHz主频时钟下的更好的性能表现，这包括了Athlon的二级缓存问题和Coppermine缺乏能够完全发挥其性能的平台等。其次随着AMD的Thunderbird、Mustang处理器以及Intel的Willamette正式发布，这两款1GHz的CPU将由于其内核的落伍，而面临两难的窘迫局面。不过，1GHz界限的超越让我们更有信心地期待更高、更快、更强的处理器出现。