【硬件技术全攻略――双核CPU】 8核6核4核双核cpu是什么意思 双核处理器

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一、【硬件技术全攻略――双核CPU】 8核6核4核双核cpu是什么意思

一、【硬件技术全攻略――双核CPU】 8核6核4核双核cpu是什么意思

在2007年的这个专栏中，我们向读者介绍了电脑主要部件的硬件知识。随着科学技术的飞速发展，计算机硬件技术也日新月异。其中CPU的技术水平越来越先进，计算能力越来越强。从最早的单核CPU，到超线程技术，再到现在的双核CPU和多核CPU，可以说CPU的性能提升是以几何数提升的。

一、双核CPU的由来随着CPU频率的不断提高和工艺线宽的不断缩小，CPU散热、漏电流、热噪声等问题变得越来越棘手，单纯的频率提升遇到了瓶颈，于是CPU厂商开始寻求新的发展方向，双核CPU计算机应运而生。降低功耗已经成为双核设计的重要因素。英特尔和AMD采用这项技术的真正原因并不是因为双核是一个突然出现的优秀创意。

事实上，芯片制造商原本可以对越来越快的单核处理器的不断推出感到非常满意。然而，这并不可行，因为随着时钟速度超过3GHz，单核处理器开始消耗过多的功率。英特尔在2005年取消了计划中的4.0 GHz“Tejas”处理器，因为这种芯片的功耗可能超过100W W.随着功耗的增加，超高速单核芯片的散热成本越来越高，需要更大的散热器和更强劲的风扇来保持其工作温度。

双核方案不仅可以继续提升处理器的性能，还可以暂时避免功耗和散热的问题。AMD商业解决方案总监也表示：“这是因为，作为处理器制造商，这是我们在一定功耗范围内提升性能的唯一途径。

“双核CPU有什么优势，吸引芯片巨头不遗余力的推广双核技术？以前处理性能的飞跃依赖于处理器主频的提升，但是随着散热等问题的日益严重，主频升级的想法逐渐变得捉襟见肘。双核技术的引入是提高处理器性能的另一种有效方法。

处理器的实际性能是处理器在每个时钟周期内可以处理的指令总数，所以增加一个核心会使处理器在每个时钟周期内可以执行的单元数增加一倍，从而大大提高处理器的工作效率。而且双核CPU的两个物理核是相对独立的，每个核都可以有自己独立的一、二级缓存、寄存器、运算器，这样两个独立的进程就不会互相干扰。

双核CPU超越了传统单核CPU的技术限制。凭借两个“心脏”的高性能和多任务处理优势，我们可以更轻松地创建数字内容和进行多任务处理。此外，双核计算机可以在前台创建专业的数字内容和编写电子邮件，同时在后台运行防火墙软件或从互联网下载音频文件。有业内人士表示，双核CPU的诞生为PC厂商打开了一扇门，这是一个非常有前景的应用领域。

二、AMD双核处理器介绍AMD目前的桌面双核处理器代号为Toledo和Manchester，基本上可以看作是将Athlon 64采用的两个Venice核心集成到了同一个处理器中。每个核心都有独立的512KB或1MB二级缓存，两个核心共享Hyper Transport，与目前的Athlon 64架构基本相同。

与英特尔的双核处理器不同，AMD的Athlon 64处理器内部集成了一个内存控制器，Athlon 64是为双核设计的，但它仍然需要一个仲裁器来保证其缓存数据的一致性。

AMD在这里采用了SRQ(系统请求队列)技术。工作时，每个核将其请求放在SRQ，当获得资源时，请求会被发送到相应的执行核，因此其缓存数据的一致性可以直接在处理器内部完成，不需要经过北桥芯片。与Intel的双核处理器相比，它的优势是缓存数据延迟大大降低。

AMD目前的桌面双核处理器是速龙64 X2，型号根据PR值分为3800到4800。同样采用90nm工艺，Socket 939接口，支持1GHz的Hyper Transport，当然也支持双通道内存技术。由于AMD双核处理器的仲裁者在CPU而不是北桥芯片，所以主板芯片组的选择要比Intel双核处理器宽松很多，甚至可以说与主板芯片组无关。

理论上，Socket 939的任何主板都可以通过更新BIOS来支持速龙64 X2。对于普通消费者来说，这样可以保护现有的投资，不需要和英特尔双核处理器同时升级主板。三、AMD双核架构分析从架构上来看，Athlon 64 X2除了多个“核心”之外，与现在的Athlon 64并无区别。

Athlon 64 X2的大部分技术特性和功能与目前市场上基于AMD64架构的处理器相同，这些双核处理器仍将使用1GHz HyperTransport总线与芯片组连接，并支持双通道内存技术。实际上，托莱多核心相当于两个Athlon 64处理器与圣地亚哥核心的集成，而曼彻斯特相当于两个威尼斯核心——也就是说，双核Athlon 64 X2处理器将支持SSE3指令集。

此外，我们不难发现，AMD的桌面双核处理器的频率与其单核产品基本处于同一水平——与英特尔的差距很大(英特尔目前最高频率的桌面单核处理器达到3.8GHz，而其最高频率的双核处理器只有3.2GHz)。

当然这也不难理解，因为速龙64处理器的发热量，尤其是90nm SOI工艺的速龙64处理器，要比Intel的高频Prescott core处理器低很多，所以自然要采用更高的工作频率(当然从频率上看，速龙64 X2还是低于奔腾D的)。因为Intel受限于发热量，目前双核处理器只有3.2GHz，所以性能肯定低于AMD的Athlon 64 X2。

然而奔腾D仅在这一点上并不逊色于Athlon64 X2。AMD的双核解决方案面临一个重要问题，就是随着第二核的出现，会出现内存和I/O带宽资源的竞争。如何解决这个问题是AMD双核处理器性能的关键问题之一。与奔腾D不同的是，速龙64 X2的两个核心不需要通过外部FSB进行通信。

Athlon 64 X2集成了一个系统请求队列(SRQ)仲裁设备，每个核心将其请求放在SRQ。获得资源后，请求会被发送到相应的执行核，所有的进程都在CPU核内完成。AMD的双核强调的是真正把两个核心整合成一个硅芯，真正能发挥双核的效率，不像竞争对手的产品实际上是用两个包设计的，会有两个核心之间传输瓶颈的问题。

所以Athlon 64 X2的架构要优于奔腾D，特别是在高负载的多线程多任务环境下，AMD的处理器会表现出比Intel的处理器更好的性能。此外，随着第二核的出现，还会出现内存和I/O带宽资源的竞争。如何解决这个问题是AMD双核处理器性能的关键问题之一。AMD推出了Crossbar控制器，结合优化的系统请求队列可以有效降低这个问题的危害。

AMD处理器集成内存控制器的优势在向双核时代的演进中更加明显。低延迟内存控制器大大降低了对CPU缓存的依赖。在这种情况下，未来过渡到多核时，要考虑的问题更多的是基于核之间的连接。我们可以看到，两个内核使用的L2缓存也是排他的，即存储在两个L2缓存中的数据是一致的。

本文面向尚未安装PDF浏览器的用户。请先下载安装原文全文。实际可用容量与核心L2高速缓存相同，与英特尔相同。与Intel不同的是，AMD方案的两个核心之间的通信是通过处理器内部的Crossbar来实现的。相比之下，英特尔奔腾D处理器的内核之间的通信需要通过芯片组的MCH来进行。这显然比AMD的方案带来了更多的延迟时间。

但是AMD的架构并不完美，双核处理器仍然只支持双通道DDR400内存无疑是一个遗憾。两个处理器内核自然需要更大的内存带宽。要解决这个矛盾，我们只能使用全新的图钉设计，而DDR2就是一个不错的选择。

Athlon 64 X2这种设计的另一个好处是，如果你打算支持新的双核处理器，对旧平台的唯一要求就是升级到最新的BIOS，这将大大降低平台的应用和升级成本。当然，AMD沿用之前的内存控制器也是非常有利的，那就是双核速龙64 X2处理器可以在目前几乎所有的Socket 939主板上使用。在这方面，AMD有着英特尔无法比拟的优势。

因为之前的915/925主板无法支持英特尔的双核处理器。另外，与奔腾D通过降频来降低功耗不同，同样采用90nm生产工艺的速龙64 X2似乎不需要面对这样的问题。这是由于AMD在Athlon 64 X2处理器上采用的“双应力衬里”应变硅技术。双应力衬层技术是AMD和IBM联合开发的，据说可以将半导体晶体管的响应速度提高24%。

事实上，DSL与英特尔在90nm生产工艺中推出的应变硅技术非常相似。众所周知，晶体管越精细，运行速度越高，但同时也会导致漏电流增加，开关效率降低，从而导致功耗和发热量增加。另一方面，DSL通过对晶体管的硅层施加应力来提高速度并降低功耗。

与Intel使用的应变硅不同，AMD和IBM的DSL可以用于NMOS和PMOS两种类型的晶体管(具有N和P沟道)，而不使用极难获得的硅锗层，这将增加成本，并可能影响芯片良率。DSL的双重性使其比英特尔的应变硅更有效。DSL可以将晶体管的响应速度提高24%，而应变硅可以提供15-20%的最大提高。

更重要的是，AMD和IBM的这项新技术对产量和生产成本没有负面影响。因为生产中不需要使用新的生产方式，使用标准的生产设备和材料就可以快速进行批量生产。此外，通过使用硅绝缘膜结构(SOI)和应变硅，可以生产具有更高性能和更低功耗的晶体管。AMD工程师表示，DSL和SOI的结合可以将Athlon 64处理器的频率潜力提高16%左右。

Athlon 64 X2的初始频率与目前Athlon 64的频率相同，可见DSL技术确实有效。当然，AMD未来也会转移更先进的65nm生产线，改进他们的内存控制器，以支持DDR2、DDR3、FB-DIMM等高性能内存，也会开始使用更快的HyperTransport 2.0总线和更有效的节能降耗技术。

四、英特尔双核架构分析AMD的“真假双核论”是站不住脚的，但英特尔双核处理器可能存在前端总线资源争用的问题是真的吗？对此，英特尔表示：“AMD不了解我们的产品和我们未来产品的技术趋势，对其竞争对手和他们的产品进行猜测和评论并不值得称道。

AMD曾经指出奔腾至尊版是两个内核共享一个L2缓存，这是一个非常明显的错误。事实上，Pentium Extreme Edition和Pentium D都为每个内核提供了专属的一级和二级缓存。不同的是，Intel把双核争夺前端总线的任务仲裁功能放在芯片组的北桥芯片中。按照“靠得越近，走得越快”的集成电路设计原则，将这些功能部件集成到处理器中，确实可以提高效率，降低延迟。

但在短时间内台式机不可能支持四核或更多的现实中，只要有高带宽的前端系统总线，即使这些任务仲裁组件是外置的，对于双核处理器的台式机来说，延迟和性能损失也是微乎其微的。目前，英特尔945和955系列芯片组可以提供800MHz和1066MHz前端总线。如果是四核处理器使用，肯定会导致资源争夺，但是对于双核来说，这个带宽足够了。

英特尔认为，目前双核系统的主要瓶颈是内存、I/O总线和硬盘系统，提高这些模块的速度可以使整个系统的计算平台更加均衡。基于这一设计思路，英特尔加强了945和955系列芯片组对PCI-Express总线的支持，增加了对更高速DDR2内存的支持，将对SATA的支持速度从1.5Gb/s提高了一倍至3Gb/s，并进一步增加了对磁盘阵列RAID 5和RAID 10的支持。

此外，英特尔奔腾至尊版还有一项独特的“绝活”，那就是双核超线程架构，可以同时处理四个线程，这使得它在多任务多线程应用中优势明显。而且CMP和SMT(同时多线程，英特尔超线程是一种SMT技术)的结合是业界公认的处理器重要发展趋势，最早推出双核处理器的IBM也是这一趋势的推动者。

英特尔之所以在奔腾至尊版和奔腾D上采用共享前端总线的双核架构，是因为双核架构本身紧凑的设计和生产工艺。这种架构使英特尔能够快速推出全系列双核处理器家族，加速双核处理器的产品化，其带来的成本优势大大缩小了奔腾至尊版和奔腾D与现有主流单核处理器——奔腾4系列的价格差异，有利于双核处理器在PC市场的快速普及。

五、双核技术与超线程技术的区别超线程技术并不是什么新技术，但读者可能离不开双核技术。

例如，启用超线程技术的奔腾4 530和奔腾D 530在操作系统中都被认为是两个处理器。它们是一样的吗？其实双核技术可以简单理解为两个“物理”处理器，这是一种“硬”的方式；超线程技术只是两个“逻辑”处理器，是一种“软”的方式。超线程技术原则上属于英特尔版多线程技术。

这项技术可以使单个CPU具有处理多线程的能力，而在物理上只使用一个处理器。超线程技术为每个物理处理器设置两个entry AS(体系结构状态)接口，以便操作系统和其他软件可以将其识别为两个逻辑处理器。

这两个逻辑处理器像传统处理器一样，都有独立的IA-32架构，它们可以分别进入暂停、中断状态，或直接执行特殊线程，并且每个逻辑处理器都拥有APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller，高级可编程中断控制器)。

虽然支持超线程的Pentium 4能同时执行两个线程，但不同于传统的双处理器平台或双内核处理器，超线程中的两个逻辑处理器并没有独立的执行单元、整数单元、寄存器甚至缓存等等资源。它们在运行过程中仍需要共用执行单元、缓存和系统总线接口。

在执行多线程时两个逻辑处理器均是交替工作，如果两个线程都同时需要某一个资源时，其中一个要暂停并要让出资源，要待那些资源闲置时才能继续。因此，超线程技术所带来的性能提升远不能等同于两个相同时钟频率处理器带来的性能提升。可以说Intel的超线程技术仅可以看做是对单个处理器运算资源的优化利用。

而双核心技术则是通过“硬”的物理核心实现多线程工作：每个核心拥有独立的指令集、执行单元，与超线程中所采用的模拟共享机制完全不一样。在操作系统看来，它是实实在在的双处理器，可以同时执行多项任务，能让处理器资源真正实现并行处理模式，其效率和性能提升要比超线程技术要高得多，不可同日而语。

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