飞翔在1000MHz——Athlon 1GHz处理器评测报告

电脑报评测实验室
2000年 第15期 

　　处理器的频率之战正在Intel和AMD之间激烈地进行，虽然Intel在市场占有率上仍然领先，但是在这场频率之战中，却是落后了一步。2000年3月6日，是个人电脑业界值得纪念的日子，AMD公司在这一天正式向OEM厂商出货1GHz K7处理器。1GHz一直被大家认同为CPU的重要里程碑，尽管两天之后的3月8日，Intel公司也发布了1GHz的奔腾Ⅲ处理器，但是业界的老大这次还是失了风头。在两家公司的1GHz产品发布之后，Intel公司宣称AMD K7 1GHz的性能并不理想，和奔腾Ⅲ 1GHz相比有较大的差距。那么1GHz K7处理器的性能到底怎么样呢？本报评测实验室及时取得了这款新产品，为大家分析一下1GHz处理器的性能。
　　2000年可以说是AMD公司大逆转的一年，在800MHz这一频率上，AMD产品的推出时间仍落后于Intel公司，但在2000年2月12日，AMD推出了850MHz的K7处理器，紧接着又推出了1GHz的产品，同时也推出了900MHz和950MHz的K7，至少在频率方面，抢尽了Intel的风头。（1GHz的Athlon处理器，编号清晰可见如^15070201a^）
　　在K7发布之前，AMD公司只能在中低端市场与Intel苦苦抗争，K6－2、K6－Ⅲ虽然在性能方面也各有特色，但表现出明显的“瘸腿”（整数性能优秀，浮点性能较差），在赛扬处理器强大的攻势下显得难有作为。更重要的是Intel不但在个人电脑高端处理器市场得到了丰厚的利润，而且树立了“技术领先”的形象。AMD公司要摆脱这一局面，就必须推出一款产品，在高端市场与Intel一争长短，由此诞生了K7 Athlon处理器。
　　作为AMD第一款进入高端市场与Intel奔腾Ⅲ竞争的产品，Athlon在技术方面有不少独到之处。它是AMD公司第一款第七代CPU，采用SlotA接口，支持200MHz EV6系统总线。从系统结构上看，Athlon包括：
　　（1）集成2200万晶体管；
　　（2）9端口超标量微结构和超标量管道式浮点单元；
　　（3）3个并行的X86解码器，支持增强3D Now!技术；
　　（4）动态推测时序，乱序执行；
　　（5）2048个入口分支预测表和12个入口返回堆栈；
　　（6）3个超标量乱序整数管道和3个超标量乱序多媒体管道；
　　（7）64K指令L1－Cache＋64K数据L1 Cache；
　　（8）2个通用64位数据Cache装载/存储端口；
　　（9）高速64位L2－Cache控制器，支持512K到8MB二级Cache。
　　当年Intel从Socket架构转向Slot架构，宣称Slot架构有更好的电器特性，并首次推出基于Slot架构的高端产品奔腾Ⅱ时，多少人为之欢呼雀跃，认为是CPU历史的转折点，现在想起来，不能不说大家都被“狡猾”的Intel“耍了一把”，真正说到Intel从Socket架构转向Slot架构的原因，可能有一大半还是因为生产工艺的问题，当时的生产工艺要生产Cache On－die的芯片比较困难，成品率不高，这也是奔腾Pro价格居高不下的原因之一，现在的Athlon显然面临着同样的问题。AMD公司一直受到生产能力的困扰，在生产工艺和制造能力上，它和Intel还有一段差距，这也不能不说是促使AMD转向242Pin SlotA架构的难言之隐。向1GHz频率的挑战，也可以说成是一场制造工艺的战争。
　　要在目前的生产工艺水平下，达到1GHz的高频率并不是一件简单事，需要解决的问题至少包括：CPU核心的能力、L2 Cache的速度、功耗和发热。为了在频率赛跑中压倒Intel，AMD公司在Athlon处理器上作了较大改动，并且采取了两项难言是利是弊的措施。
　　2000年3月推出了三款Athlon（900MHz、950MHz、1GHz）借用了K7的0.18微米核心工艺，0.18微米工艺意味着可以减少功耗和发热量，得到更高的极限频率。即使这样，Athlon要达到900MHz以上的频率仍然有困难，在处理器功耗、核心电压都呈下降趋势的今天，AMD公司不得不提高了高主频Athlon的核心电压，从新发布的三款产品来看，Athlon900、950、1GHz的标准核心电压都为1.80V，而频率较低的Athlon850核心电压为1.70V，主频更低的产品核心电压只有1.60V。可以看到，这和超频发烧友常用的方法并无两样，不过是AMD公司“合法”的超频，而用户不必担心烧毁CPU罢了。
　　更为严重的问题在L2－Cache上，因为制造工艺的原因，Athlon并没有采用Cache On－die的结构，外部L2－Cache难以运行在很高的频率下，Intel曾经遇到过同样的问题，所以才出现了FSB（前端总线）架构。和L2－Cache半速运行的奔腾Ⅲ相比，Athlon在这一部分更是变本加厉。Athlon700以前的产品都采用1/2速L2－Cache，即是说Athlon700的L2－Cache工作于300MHz频率。而在Athlon 750、800和850处理器中，AMD设计了独特的2/5分频，以Athlon850而言，它的L2－Cache工作频率是340MHz。到最新款的Athlon900、950和1GHz处理器，问题更严重了，为了将L2－Cache限制在350MHz以下，保证其工作正常，AMD公司采用了1/3分频技术，L2－Cache的工作频率只有CPU主频率的1/3，也就是说Athlon 1GHz处理器的速度只有333.33MHz，还比不上Athlon850，这也正是Intel公司宣称Athlon 1GHz处理器性能不够理想的主要依据。从理论上说L2－Cache当然是越快越好，但是在鱼与熊掌不可兼得的情况下，要判断为了提高CPU主频而牺牲L2－Cache的速度是否值得并不容易，很难判定提高主频率和保持L2－Cache的速度谁对性能更重要。
#1    测试简介
　　我们取得的这款Athlon 1GHz处理器的产品编号是AMD－K7100MNR53B，从正面看，它和主频较低的Athlon 没有任何区别，不同的是CPU背面的铝板并没有漆成黑色，原因很简单，1GHz处理器的发热量肯定很大，AMD公司必须采取一切措施保证CPU的散热。遗憾的是K7外部的卡匣很难拆掉，所以我们也不能看到它的内部，但从仅可以看到的一点内部状况来看，Athlon 1GHz和主频较低的产品并非完全相同，虽然CPU核心和L2－Cache的位置都一样，但Athlon 1GHz明显多出了几个电器元件。另外从厂方的资料来看，Athlon 1GHz采用K75的0.18微米工艺，在晶体管数量不变的情况下，CPU核心的面积将由188mm减小到102mm。这颗CPU工作于100MHz系统时钟频率，10倍频，因为Athlon采用的EV6总线技术，可以在时脉的上升和下降沿同时传输数据，从工作效能讲，它相当于200MHz的外频。（1GHz Athlon和Athlon 600如^15070201b^）
　　测试平台
　　主板：微星K7V Pro
　　内存：128MB 金条PC133 SDRAM
　　显卡：丽台Geforce256 With DDR
　　声卡：启亨PCI 4.1
　　网卡：D－link 530TX
　　硬盘：金钻四代10G
　　光驱：源兴36×
　　电源：台达K7专用电源
　　操作系统：Windows98 SE
　　我们将测试硬盘分为3个逻辑驱动器，已经安装DirectX 7.0，Windows桌面分辨率为1024×768×32bit。我们使用的测试软件包括：Winstone99 1.1、Winstone2000 1.0、3D Winbench2000 1.0、Winbench99 1.2、3Dmark99 Max和SiSsoft2000 Sandra Standard。3D测试部分都使用1024×768×32 bit环境，24bit Z－buffer我们选择了Athlon 600和Athlon 800作为对比。在我们测试的三款CPU中，Athlon 600的L2－Cache频率为300MHz，Athlon 800的L2－Cache频率为320MHz、Athlon 1G的L2－Cache频率为333MHz。
#1    测试分析
　　本次测试使用的微星K7V Pro主板基于VIA KX133芯片组，支持AGP 4×和PC133规范。当我们安装好测试平台后，主板自动侦测到了CPU，结合我们上周所进行的K7主板测试，可以说现在的K7主板都已经可以很好地支持Athlon 1GHz处理器。
　　在前文中我们提到过CPU的发热量问题，事实上，我们在测试中发现Athlon 1G的发热量惊人，表面温度超过70℃，远远比Athlon 800高，如果CPU风扇有问题或者不够强力，它完全不可能正常工作，在解决发热量问题上，CPU制造厂商还有很长的路要走。
　　性能测试方面，首先是显示电脑整体性能的Winstone测试，Winstone测试软件基于主流的商业应用程序，反映真实世界中计算机的性能，它受到CPU整数运算能力的影响较大，也就是说除了CPU主频率，Cache速度对这项测试也很重要。和我们预计的一样，Athlon 1GHz性能很出色，Winstone99和Winstone2000的测试得分和Athlon 800相比都有较大的提高，显示出它在商业应用软件中强大的实力。同时我们也可以看到，由800MHz和1GHz之间的性能差距，并没有600MHz和800MHz之间的性能差距大，这三款CPU的L2－Cache之间的速度差异不能不说是一个重要的因素。Winbench99的CPU Mark测试项同样证明了这一点。CPU Mark99测试处理器的整数运算能力，和Cache的速度关系密切，Athlon 800和Athlon 600之间得分差距为15，而Athlon 1G和Athlon 800之间的差距缩小到了11.3。由此我们可以判断，1/3速L2－Cache对Athlon 1G的整数性能确实造成了一定影响，但是在Cache速度增加较少的情况下，大幅提升主频仍然可以让CPU的商用性能增加不少。
　　在Winbench99的FPU WinMark测试项中，Athlon 1G浮点运算性能的增加显示出规律性，CPU的浮点运算性能依赖于CPU的主频率，和Cache速度基本无关，从测试得分来看，Athlon 1G和Athlon 800之间的差距为1090，而Athlon 800和Athlon 600之间的差距为1070，排除测试误差这一因素，可以说和它们之间的频率差距一样。SiSsoft2000的FPU测试项中，三款CPU之间的分数差距同样显示出这一规律。由此可见，Athlon 1G处理器的浮点运算能力并没有受到L2－Cache速度的影响，提高CPU的主频率对浮点运算能力来说是有利的，而在这过程中与是否降低L2－Cache的速度没有关系。
　　那么CPU的浮点性能不受影响是否意味着Athlon 1G的3D性能也不受影响呢？事实并非如此，在3D游戏中，起作用的并不仅仅是CPU的浮点运算能力，从3D Winbench和3D Mark的测试中，我们可以看到和Winstone测试同样的规律：Athlon 1G和Athlon 800之间差距小于Athlon 800和Athlon 600之间的差距。所以综合来看，Athlon 1G的1/3速L2－Cache确实在一定程度上限制了它的性能。（WCPUID的Flog Info信息如^15070201c^，上方为1GHz，下方为600MHz）
    在测试中我们还发现了一个很有意思的现象，使用WCPUID软件的Flog Info功能，可以看到Athlon 1G支持的功能比Athlon 600多两项，分别是Fast floating－point save and restore和36 bit page size Extension，理论上这是不可能的，我们正向AMD公司核实中。
#1    结　　论
　　1GHz的Athlon处理器是一款非常优秀的产品，主频率的优势使它的性能显得出类拔萃，虽然受到1/3速L2－Cache的影响，它的整体性能仍然是我们测试过的处理器中最出色的。对于AMD公司来说，Athlon 1GHz的象征意义更大于实用价值，可以想象，目前这款高端处理器的市场很小，虽然当这款处理器发布以后，Dell和ComPaq公司也发布了基于1GHz Athlon的系统，但是并不会大量供货。并且，1GHz的Athlon处理器也并非完全成熟，我们提到的发热量、L2－Cache速度等，都还是它的不足之处。从AMD的发展计划来看，下一款代号为Thunderbird（雷鸟）的处理器将再次由SlotA架构转向SocketA架构，并且采用0.18微米工艺，On－Die全速Cache，应该说这才是真正的1GHz处理器。
　　1GHz的Athlon在显示AMD的技术实力的同时，也暴露出了AMD公司在制造工艺方面的问题，虽然AMD在这一方面已经有了不小的进步，但是还是比不上Intel，Intel公司带有全速L2－Cache的1GHz奔腾Ⅲ已经发布，并且正在建设新工厂，为量产作准备，GHz产品的战争即将再度展开。（^15070201d^）