硬件工程师培训教程（八）

天山雪

硬件工程师培训教程（八）

二、AM D 公司的新款C P U

1 .D u r on 处理器

D u r on 的研发代号为S p i t f i r e(烈火)，其中文名字叫钻龙。D u r on 一词源于拉丁语“durare ”，意思是“长久”，再加上后缀“-on ”，显然A MD 选择 Duron 作为处理器的名字是因为希望它能为用户的投资价值 延长寿命。当Athlon 终于在高端C PU 领域把I n t el 重重打 了一拳后，2000 年4 月27 日，AMD 宣布正式推出D u r on 作 为其新款廉价处理器的商标，并以此准备在低端市场向 I n t el 发起更大的冲击。

Duron 处理器采用了ThunderBird(雷鸟)处理器的核心， 0.18 μm 铝工艺制造，集成有全速的1 2 8 KB 一级缓存，采 用Socket A 架构并支持200MHz 的前端总线频率，具有增强 了的3DNow!多媒体技术。Duron 处理器的晶体管数目为2500万个，工作电压和电流分别为1 .6 5V 和2 5A 。总功耗为 4 1W，是C e l e r o n Ⅱ 600MHz 处理器的两倍多，因此发 热量较大。正式上市的D u r on 起始主频为600MHz 。目前 已经发布了6 0 0 M Hz 、6 5 0 M Hz 、7 0 0 M Hz 和8 0 0 M Hz 等几种 型号，稍后还会有更高主频的型号上市。由于D u r on 全 部采用A M D T h u n d e r B i r d(雷鸟)处理器的核心，因此具 有全面优于K6 系列的卓越性能，能耗较之原来的K6 系列 大幅降低，三通道的浮点运算处理能力使一直让A MD 倍 感头痛的浮点运算问题得以解决。

从技术角度分析，A M D D u r on 处理器与I n t elC e l e r o n Ⅱ处理器有许多类似之处，但也有着极大的不同。相同的是，这两款低价位的处理器都针 对于需要廉价电脑的商业和家庭用户，而且技术应用也十分相似，都是采用0 .18 μm 的制造工艺， 将全速L2 Cache 集成在Die(CPU 内核)中。不同的是，Duron 处理器的L2 Cache 为64KB，而Celeron Ⅱ则为128KB 。Duron 处理器采用的是ThunderBird(雷鸟)处理器的核心，其L1 Cache 为1 2 8 KB，外 频为100MHz，而Celeron Ⅱ采用的是Coppermine 核心，而且其L1 Cache 为3 2 KB，外频仅为66MHz 。

众所周知，CPU 的二级缓存和内存之间的数据传输率始终是系统运行的瓶颈所在。Duron 内置的128KB一级缓存从数量上已经是Celeron Ⅱ的4 倍，这样在平时工作中就允许有足够多的数据存放在一级缓存中，一级缓存的命中率提高了，二级缓存的瓶颈就可以得到有效遏制。从这一点上分析，尽管Duron 只有64KB 的全速二级缓存，但其性能表现已超过具备1 2 8 KB 全速二级缓存的C e l e r o n Ⅱ。

由于D u r on 与C e l e r o n Ⅱ一样也引入了0 .18 μm 的铝工艺技术制造，能耗降低的好处自然就是 超频性能的提升。

2 .T h u n d e r b i rd 处理器

新款的Thunderbird(雷鸟)处理器和P Ⅲ Coppermine 处理器相比有以下几点区别:首先，在缓存 系统构架方面，Thunderbird 处理器采用的是外置缓存构架，而I n t el 公司一贯采用的是内置缓存构 架。基于内置缓存系统的P Ⅲ Coppermine 处理器在正常工作时，其存储在L1 Cache 中所有的数据都 被复制到L2 Cache 中。

基于外置缓存的Thunderbird 处理器则恰好与内置缓存运作相反，其在工作时不是将L1 Cache 中 的数据复制到L2 Cache 中，L2 Cache 中只是包含了将要写回内存子系统的备份缓存模块。因此，A MD 一直强调其Thunderbird 处理器核心采用了384KB 片内缓存，因为如果Thunderbird 处理器内建了128KB 的L1 Cache 后再加上容量为L1 Cache 一倍的高达256KB 的L2 Cache，累计起来正好384KB 。

其次，虽然Thunderbird 处理器仍采用64 位数据通道，但这种64 位的数据通道比P Ⅲ Coppermine 处理器所采用的256 位数据通道窄得多，而这相差3 /4 的二级缓存数据带宽势必会妨碍Thunderbird 处 理器较之P Ⅲ Coppermine 有更佳的性能表现。第三，Thunderbird 处理器和P Ⅲ Coppermine 处理器 的二级缓存还有一个不同之处在于，T h u n d e r b i rd 处理器内置了16 通道的二级缓存访问，而P Ⅲ Coppermine 处理器仅设置有8 通道二级缓存访问。显而易见，拥有16 通道相对L2 Cache 的Thunderbird处理器比只带有8 通道相对L2 Cache 的P Ⅲ Coppermine 处理器有着更高的数据命中率。

3 .P a l o m i no 和M o r g a n(摩根马)

Palomino 处理器是AMD 对Intel Pentium 4 处理器的回应，而且很有意思的是发布的时候它居然 被叫做了Athlon 4，此前并无Athlon 2 或Athlon 3 的说法。从设计规划上看它有能力威胁到Intel Pentium Ⅲ处理器的市场份额。这款芯片拥有512KB 全速二级缓存；起始工作频率大约在1 .5 G Hz 上 下;芯片组采用A M D 7 60 、A M D 7 6 0 MP 、V I A K X 2 66 和V I A K T 1 33 。

Morgan 是用来替换AMD Duron 处理器的。这样的升级可以保证A MD 在一个时候只制造一种处理器核心，而不是高端已经升级，低端却仍然保留在过去的水平上，从而降低成本。M o r g an 的关键技 术特征有:64KB 或128KB 全速二级缓存;起始时钟频率900MHz;芯片组:VIA KM133 、KL-133 、SiS 730S 。 这款处理器被期望在2001 年3 季度转而采用0.13 微米的技术加以制造。(AMD 可能会和IBM 有某种 方式的合作，来提升生产力)。这种转换将有助于降低电力消耗和增加核心的时钟速度。

4 .T h o r o u g h b r ed 、A p p a l o o sa 和B a r t on

2 0 01 年年底之前，AMD 将把其第七代处理器过渡到更小、更先进的0.13 微米制作工艺。第一块 0 .13 微米芯片将是P a l o m i no 继承者，代号“T h o r o u g h b r ed ”。目前，A MD 还没有透露有关T h o r- o u g h b r ed 的更多信息。据我们所知，A MD 预计在年底开始限量供货，到2 0 02 年上半年全线生产 Thoroughbred 。既然AMD 以前把2002 年初的奋斗目标定在2GHz，我们就有理由相信Thoroughbred 将 是2GHz 的产品。而M o r g an 的继承者是“A p p a l o o sa ”，AMD 计划以这种0.13 微米的处理器进军经济 型市场。AMD 的规划显示，A p p a l o o sa 将比T h o r o u g h b r ed 稍微晚一点点发布。

A MD 处理器未来的规划中还包括了一个新的面向高性能市场的速龙核心，代号“B a r t on ”。和 Thoroughbred 一样，有关B a r t on 的信息AMD 说得含糊不清，惟一知道的一点是它将运用从IBM 获得许可的SOI(Silicon-On-Insulator)技术。Barton 将在2 0 02 年下半年某个时候推出，届时，AMD 还计划推出它的第一个64 位处理器“H a m m er ”。

5 .K8　

代码为“SledgeHammer ”(大锤)的K8 处理器是AMD 与Intel Pentium 4 竞争的下一代技术产品。从AMD 已经公布的资料分析，K8 处理器将不再采用全新的64 位设计，而是重新回到x86-64 的轨道上来(即增强型的x 8 6 -3 2)，以便与现有的32 位和16 位程序兼容。K8 就是这种设计下的第一款成品。

新一代的K8 芯片尺寸将会进一步缩小，达到1 1 0 mm 2 ，同时可以在一个内核中集成两个处理器并 使之并行工作。K8 处理器将不再采用E V6 总线结构，而是全新的LDT(Lightning Data Transport， 闪电数据传输总线)。它能提供高达6 .4 G B /s 的数据传输率，并且兼容当今的外围设备和输入/输出 装置。A MD 也在开发适用于此总线的API(Application Programming Interfaces，应用程序接口)和插拔接口。第一颗K8 将使用与摩托罗拉共同开发的0 .18 微米铜线互连技术制造， 初始速度为1 G Hz，2 0 01 年正式上市。A MD 如果能成功开发出K8，势必会如愿以偿地 成为x 86 体系的领导者。　

天山雪

三、其他厂商的新款C P U

1 .V IA 的C y r i x Ⅲ处理器 C y r ix 曾经是一家相当有实力的处理 器设计公司。早在486 时代，C y r ix 便红 极一时，甚至俨然已经可以和当时的 I n t el 分庭抗礼。C y r ix 所设计的5 x 6120MHz 处理器是一款比奔腾75 还要快的4 86 级处理器，推翻了下一代处理器总比上一代处理器要快 的结论，不仅创造了一个奇迹，也延长了4 86 处理器的生命。不过进入5 86 时代后C y r ix 公司便 开始下滑，连年亏损最终被V I A(威盛)收购。而586 时代的另一个C PU 厂商I DT 也因为经营困难而 被V IA 收购。C y r i x Ⅲ便是威盛收购C y r ix 和I DT 之后开发的。

Cyrix Ⅲ原名Joshua(约书亚)，定位于低端 市场，锋芒直指I n t el 的C e l e r on 处理器。但 Joshua 没有上市，后来VIA 将IDT 的WinChip4 重 新命名为C y r i x Ⅲ，这就是S a m u el 。与前一款 产品不同的是，新款Cyrix Ⅲ的芯片面积大幅度 缩小，内核电压也降为1 .8V，一级缓存为 128KB，但没有二级缓存。由于Cyrix Ⅲ内置了 MMX 和3DNow！指令，因此在多媒体领域应该还是 具有一定实力的。早在处理器面市之前，VIA 便声称Cyrix Ⅲ将是抢夺Celeron Ⅱ处理器市场份额的利器。首先，Cyrix Ⅲ的外频可以支持66MHz 、 1 0 0 M Hz 甚至133MHz，而且为了改变C y r i x Ⅲ处理器天生浮点运算能力较差的弱点，新款C y r i x Ⅲ提供了两个80 位的浮点处理单元。其次，C y r i x Ⅲ与 Celeron Ⅱ处理器一样采用了Socket 370 接口，可以兼 容C e l e r o n Ⅱ处理器所使用的芯片组。第三，C y r i x Ⅲ 处理器较之C e l e r o n Ⅱ还有一点优势，那就是C y r i x Ⅲ 可以同时支持Intel 的MMX 和AMD 的3DNow！多媒体指令集。 但一些权威媒体的测试表明，由于没有了二级缓存，新 款C y r i x Ⅲ的性能大打折扣，综合性能赶不上同频的 C e l e r o n Ⅱ。

2 .V I A C3 2 0 01 年5 月25 日，V IA 在CeBIT 2001 上发布新的C3

36处理器，采用标准的Socket 370 接口，起始频率为7 3 3 M Hz 。该处理器采用0.15 微米工艺制造，核 心面积只有5 2 mm 2 ，内部集成了1 2 8 KB 全速一级缓存，6 4 KB 二级缓存。支持1 3 3 M Hz 前端总线频率、 3 D N ow！和MMX 多媒体指令集。

另外VIA 的整合型处理器M a t t h ew 的计划依旧，并没有受到Intel Timna 夭折的影响。这颗内建S a m u e l 2 核心、A p o l l o P r o 1 3 3A 、S3 Savage4 、音效、网卡、M o d em，采用0 .18 微米制程的处 理器，是V IA 进军低价笔记本电脑的有力武器。

3 .C r u s oe

2 0 00 年1 月16 日，一家在业界很不出名的公司T r a n s m e ta 突然宣布了他们自行研发的处理器Crusoe 。一石激起千层浪，惹得I n t el 、AMD 两家自以为世上无人再有能力生产便携机CPU 的厂商大 跌眼镜。Crusoe 是一款应用于笔记本电脑和Internet 网络设备的新型处理器。Crusoe 芯片的开发者Transmeta 公司在芯片研发过程中采用了一种革命性的微处理器设计方案。与主流的x86 处理器完全使 用硬件设计不同，Crusoe 处理器的解决方案采用软硬兼施办法，即硬件引擎核心和软件核心的合成结 构。

Crusoe 处理器的硬件核心组成部分采用了高性能低功耗的VLIW(Very Long Instruction Word， 超长指令)引擎，其核心指令与普通的x86 处理器指令没有相同之处。这种VLIW 结构的处理器逻辑控 制芯片，采用非常简单的设计和软件的指令时序安排。它允许一个简单和非常直接的硬件执行流程， 包括7 条整数管道流水线和10 条浮点管道流水线，使得参与处理器逻辑控制的晶体管数量大为减少。

而Crusoe 处理器的软件核心则是包围的软件层构造，以此使得Crusoe 能与x 86 硬件结构的处理 器运行指令相同。这个具有全新定义的软件层又称之为“C o d e M o r p h i ng ”(代码融合)软件，它可 以动态“M o r p h i n g(融合)”x86 指令进入本地硬件引擎。在指令执行时，Cruose 编译x86 指令块一 次，就将编译的结果保存到编译缓冲区中，下一次(已经编译)的代码执行时，系统跳过编译这一 步，以全速直接运行已编译过的指令。