【IT168 专稿】最近一段时期以来，出现在人们眼中最多的字眼可能就是处理器的“双核心”了。Intel和AMD像比赛似的，都争着发布和调整自己的双核心处理器发布时间，最终都将在2005年中期推出自己的首款双核心处理器。除此之外，Intel更是在一年前就发布，准备在双核心处理器推出之后，即将在2006年推出专门为它的64位服务器处理器产品Itanium处理器而开发的16核心处理器Tanglewood。AMD作为Intel最大的竞争对手，当然不能显得太落后，也于去年年底向外界透露了将研发多核心AMD64处理器的计划，打算与IBM合作，采用新一代的65nm工艺技术，也将在2006年推出。

    作为一直以来相对沉默的RISC架构处理器厂商，此番也显得有些激动了，再也不能坐视Intel和AMD的步步紧逼了，也纷纷向外界透露了相似的双核心，甚至更为宏大的多核心计划。在RISC领域，虽然早在几年前，IBM、HP和SUN都已有了自己的双核心处理器，但面对Intel和AMD步步紧逼，也都急着郑重地向世人显示它们的最新技术和实力，纷纷宣布了他们最新的双核心和多核心计划。如IBM最新的双核心Power 5（已有Power 4是双核心处理器）和八核心Power5 MCM的计划（缓存高达144MB，如图1所示），前者也计划于2005年发布，而后者也是残酷的2006年。HP的PA-RISC和SUN的UltraSparc IV也都是双核心处理器，SUN还有专为Blade Server系列服务器应用的H系列UltraSparc处理器开发八核心处理器的计划，发布的时间上也都差不多。

    面对全球主要服务器处理器厂商的一致行动，我们不难看出，服务器的双核心，甚至多核心时代即将来临。它带给我们的不再是一次小小的技术创新，而是一次技术革命。单芯片单核心时代，这几家处理器厂商发展的背景各不相同，在技术积累了也有较大悬殊。然而却令人难以料到的，竟然在双核心和多核心时代，几家处理器厂商最终几乎在同一时刻又走在一起，回到了同一个起点（至少在中低档服务器处理器市场的Intel和AMD是这样的），不能不令人由衷地想起我国领袖邓小平同志的一句名言——科技是第一生产力。这么多名家，相聚在即将到来的2005和2006年，很难预料会出现多少牵肠挂肚的新闻，会不会再次出现曾经Intel和AMD都曾经有过的一再“跳票”现象呢？我们拭目以待。下面我们还是先来简单了解一下这块竞争的两个主角——Intel和AMD的双核心策略。

    一、Intel的双核心策略

    近几年来，由于受AMD的穷追猛赶，Intel采取一种比较直接、简单的方式来拉开与竞争对手的距离，那就是宽的主频至上理念。因为在上世纪九十年代末期以前，一直以来，全球桌面用户基本上都是由Intel在牵着鼻子走，随着Intel把处理器主频的一步步提升，在人们心中留下了“主频越高，性能越好”潜意识。Intel正是利用了人们心中这个由自己给全球用户加上的死结，充分利用各种技术尽可能把处理器的主频提升（包括制造工艺的改进），以此来向世人证明它仍处于绝对的领导地位，给世人造成错觉。由于AMD当时的制造工艺和技术方面确实与Intel存在较大距离，在主频上根本无法与Intel较量，于是AMD转而向处理器实际效能方面努力，最终取得了胜利。

    但传统的主频至上观念，在人们心中早已根深蒂固，不可能仅凭AMD自己的宣传就认定它的低主频处理器能与Intel高主频处理器相抗衡。尽管AMD后来一直不断地向世人宣传它的效能理念，把主频不等于效能的观念向人们灌输，为了不让人误解，刻意在处理器的命名上采取了新的PR值命名方法，如Athlon XP 2500+的主频并不是2.5GHz，而是远低于2.5GHz的1.833GHz，只不过AMD认为它的实际效能可以与Intel的P4 2.5GHz处理器相当。不过仍还是有许多人认为这只不过是AMD为了掩盖自己无能的一种手段。直到有许多专业的测试机构面对面地把AMD认为可以达到的实际效能值与Intel的等效主频处理器进行测试比较，得到确实有许多AMD处理器在低主频的情况下达到，甚至超过了高主频的Intel处理器，人们才开始慢慢接受。

    由于受AMD的穷追猛赶，Intel在开发处理器时把主频放在了第一位，尽可能通过各种办法（如增加流水线长度、改进制造艺、选用高工作频率的晶元等）提升处理器主频，于是1GHz时代AMD还第一次领先于Intel，可事隔不久，Intel在P4时代，主频一路飚升，远远把在后面穷追的AMD抛在身后。当Intel第一次推出主频达3GHz以上的处理器时，AMD此时的实际主频最高也才2GHz左右，整整相差了1GHz，一直直到今天也一样。所以AMD要面对的是，自己的产品要与主频高出自己1GHz以上的处理器同台竞技，其压力是可想而知了。主频是不可能有任何优势了，只能靠实际效能取胜了，因为其它方面的表面领先已没多大意义了。所以才会出现最终AMD以低主频的处理器战胜Intel高主频处理器的事实。

    不过，即使这样，Intel也还是保持了一定的领先优势，毕竟AMD全面胜过Intel的还是比较少，多数是打个平手或不及。更为可怕事Intel再也不能依靠原来的那些方法继续取胜于AMD，因为主频过高，已导致处理器功耗大幅上升（目前最新的3.2GHz Prescott处理器功耗已达103W），再提高主频就无法解决处理器温升问题（据推算，4GHz的Tejas处理器功耗将达150W），况且再来通过提高主频的方式，其性能不能成比例提高，意义已不大了。另一方面，由于处理器主频的提升，处理器中的各晶体管之间的电磁渗漏将更严重，严重影响了处理器性能超群的正常发挥，使得性能的提高不再像以前那么明显了，而且还会加剧功耗。为此，必须寻求一种新的方式，Intel最终看到了“双核心”技术。

    Intel为了这个双核心可谓是费尽了心机，其损失也是相当惨重的，毅然决定放弃3个原有的开发计划，做出重大的的处理器架构调整。我们先来回顾一下Intel变更计划前的发展蓝图。Intel原计划在2005年推出Tejas核心来取代现在的Prescott，前者将前端总线提高到1066MHz，工作频率超过4GHz，仍然执行高频制胜的策略，该核心除了用于桌面PC外，还将用于单路服务器/工作站系统中。同时，Intel也将推出Jayhawk、Tulsa核心用于双路和多路服务器系统，它们实际上也是Tejas的多处理器版本，内核设计没有多大差别。

    很明显，Intel当时并没有对处理器的功耗给予足够的重视，而最终是被Prescott的冷遇所惊醒。根据Tejas核心处理器所运行的工作频和现行的Prescott处理器功耗，可以得知Tejas核心处理器的功耗将在150W左右，仅凭现有的散热技术根本不可能让处理器稳定运作，如果散热成本太高，用户也不接受，所以就现在看来，Tejas计划基本上是不可执行。于是，Intel突然中止了Tejas、Jayhawk和Tulsa计划，将双核心产品提前了18个月，而且它不再以NetBurst架构为基础，而是转向了Pentium M架构。让服务器、桌面PC和笔记本电脑共享同一个Jonah核心，只是针对不同领域的产品在一些功能特性会有所差异。首款采用双核心的处理器开发代号为Jonah的Smithfield处理器计划于2005年中期发布，它将首先应用于桌面处理器中，那是因为目前Intel所面临的最紧迫竞争领域还是AMD的Athlon XP和Athlon 64桌面领域。当然，在有了双核心基础后，Intel随后将在服务器和移动处理器中全面推广，开发专门的双核心，甚至多核心Xeon和Itanium/Itanium 2处理器。

    据悉，新的双核心Smithfield仍采用现在的LGA775封装方式，使得处理器的升级变得比较容易。Jonah双核心处理器架构。

Intel双核心Jonah处理器架构（点击看大图）

    二、AMD的双核心策略

    相对Intel而言，AMD则采取了完全不同的策略。由于当时自身技术条件的限制，不可能在主频上与其主要竞争对手Intel正面交锋，于是放弃了把主频当作主要目标追求的打算，退而在处理器实际性能上与竞争对手一决高下。所以自Athlon XP处理器发布以来，尽管AMD处理器的主频与Intel的相差较远，但实际测试性能却不相上下，有的甚至还超过高主频的Intel处理器。本文前面介绍的Athlon XP 2500+如此，现在最新的Athlon 64/FX也如此。它在32位下与频率高出一截、规格优异的3.2GHz Prescott处理器打个平手。如果工作在64位下Athlon 64/FX再可获得20%的性能提升。

    更为重要的是，Athlon 64/FX却具有良好的低功耗特性，3200+版本的最高功耗为89W，由于引入Cool’n’Quiet节能技术，最低功耗不过22W，在正常运作时平均功耗值估计在50至60W上下，远远低于Intel的3.2GHz Prescott处理器的。正因如此，Intel现在所急需解决的是桌面处理器性能的提升，而在服务器和笔记本处理器方面，由于AMD在这方面所给的压力还相当小，高端服务器领域暂时还不会有太大压力，所以可以放在次要位置上。而AMD却正好相反，由于在桌面处理器方面，它还有较大的一段的性能提升空间，目前的处理器功耗和处理器面积都不是很大，特别是处理器功耗方面，所以在近一年内还可能通过原有方法与Intel竞争。

    但在服务器和笔记本方面，为了巩固近一年来才获取的市场成绩，必须尽快拿出性能更佳的处理器来与Intel竞争。加上自己的处理器现在同样面临功耗上升、制造工艺提升困难的难题，尽管目前来说还没有Intel那么迫切。这一切也是AMD最终选择了双核心的最重要因素，况且服务器本身就是一个需要多处理器的领域，而且据说AMD在开发AMD64系列处理器时就考虑到了双核心，甚至多核心问题，已留有相应的接口，开发出双核心的AMD 64处理器难度不会像Intel那么大。AMD的首个服务器Opteron版双核心处理器名称为Toledo，原来计划将于2006年发布，但为了紧跟Intel，近期宣布提前，也将于2005年中期发布，时间上基本上与Intel一致。双核心Opteron处理器架构。

AMD双核心Opteron处理器架构（点击看大图）

    三、服务器双核心历程

    一直以来，服务器及处理器厂商都要寻求一种提高服务器性能的方法，从传统的SMP（对称多处理器）技术，到服务器群集技术，都是通过增加处理器数量进行的。如图4所示的是一块支持4路SMP处理器的服务器主板，服务器就是通过多个处理器均衡负载来提高整个服务器的处理器性能。这也是目前高性能服务器必须采用的一种方式，而且无数的事实都证明这些措施都是可行的。然而对于一些中小企业来说，用这种方式来获取服务器性能的提升代价似乎太高，因为一台双处理器的服务器价格远不是添加一个处理器价格那么简单，几乎是单处理器价格的双倍。是否有一种更好的方式呢？直到今天，人们似乎真正看到了希望，那就是单芯片的双核心，甚至是多核心。一方面可以大大提高单核心处理器性能，另一方面由于有许多部分（如缓存或内存控制器等）是多核心共用的，所以双核心的处理器价格远比两块单核心处理器的价格总和便宜。还有，单芯片多核心的出现，也大大缩减了服务器主板的体积，不用提供那么多的处理器插座，也不用群集那么多服务器或模块，服务器的总体占用空间也小了许多。况且这种采用诸如SMP和服务器群集技术得到的多处理器服务器也不适用于在桌面PC机应用，因为成本实在太高，普通家庭用户不可能接受得了。

    正是在这种需求的推动下，Intel的处理器开发人员早在开发PⅢ处理器时就开始考虑是否能够将两个处理器或是处理核心集成到一个芯片上面来，为此而出现了SMT（同步多线程处理器）技术和CMP（单芯片多处理器）架构。然而当时由于制造工艺的限制，CMP一直都无法解决芯片高发热量和核心面积大小的问题。因此仅仅在像IBM、SUN这样的高端RISC处理器市场得以应用，IBM自Power 4开始就采用CMP技术、而SUN也自UltraSparc Ⅳ开始应用这一技术，而无法在像Intel、AMD这样的中低档处理器市场大规模推广。

    因此众多厂家将目光转到了SMT架构上，而英特尔也在其后不久的P4处理器中推出了基于超线程技术的至强处理器，而超线程技术的核心就是SMT架构的运用。超线程技术虽然能够提升处理器计算能力（某些应用）50%以上，但毕竟只有一个物理核心，只不过通过模拟的方式让单个硬件核心执行多个任务，这样做有利于提高硬件资源的使用率，在理想情况下可以让效能有一定的提高。但如果在系统本身高负载时开启该功能，反而可能造成性能的下降，这也为实践所证实。

    在以上这一切想法都无法实现最终的目标后，在制造工艺得了极大发展的今天，各处理器厂商的开发人员再次将目光集中在CMP架构上面，希望新的制造工艺能够实现这一目标。这也就有了本文前面介绍的各主要处理器厂商都先后宣布即将推出双核心处理器的一幕。

    前不久，IBM计划推出的第二代双核心处理器Power 5（第一代是Power 4处理器），集成了两个核心处理器单元，而且每个处理器单元都支持SMT技术。也就是说在操作系统中，这样算下来一颗Power 5处理器最多可以同时有4个线程被处理，大大提高了单芯片处理器的性能。

    另外，在游戏市场，一直倍受玩家关注的CELL多核心处理器也已经成功研制出来，并在试运行生产。目前有消息指出CELL处理器将集成4到16颗通用处理器内核，不过在当前的生产工艺看来，也仅是一种设想而已，但双核心的CELL处理器还是完全有可能的。因为这款处理器是由IBM设计的，凭借IBM在Power处理器双核心方面经验，这一定不是什么难事。

    大多数厂商的双核心处理器都不是什么新的处理器核心，而是借用了原有处理器核心，这样一方面可以缩短研发时间，另一方面可以实现平滑升级。如IBM的Power 4便是在Power 3核心基础上构建的；SUN的Gemini双核心处理器则直接集成了两个UltraSparc II内核；UltraSparc Ⅳ是采用了两个UltraSparc Ⅲ核心。当然也有新的，总不能总是用原有的旧核心，毕竟一块芯片中目前来说只能集成两个核心，新的双核心芯片肯定要重新采用新的处理器核心，如IBM的双核心Power 5处理器就不可能再采用Power 4所用的Power 3核心了，而是重新开发的Power 5核心。