【IT168评测中心】我们已经有并且已经运行64位计算多年了，从桌面级别到服务器级别，除去比较偏门的原生IA64架构，我们已经对x64并不陌生。

Why towards 64?

　　和彻头彻尾的64位RISC架构不同，也异于Intel从头打造的IA64，我们经常接触的64位计算基于两种技术：AMD的x86-64和Intel的EM64T。从名字上可以看出，对AMD而言，64位计算是x86架构的一种扩展，而已。而对于Intel来说更为简单，仅仅是一种内存支持技术的提升。

x86-64的根本变化：更强大的寄存器

　　虽然如此，凭借着GPR通用寄存器方面的变化，x86-64和EM64T——统称为x64——仍然带来了计算性能上的提升，我们已经在《突破4GB内存屏障 64位平台解析(下)》里面分析了这方面的原因，接下来我们会通过SPEC CPU 2006这套测试软件，来更精细地察看这个问题，并进行解答：为什么一部分人会拒绝64位？

　　＊VIA的Nano处理器现在也能进行64位计算

　　为了避免枯燥的架构资料影响结论党的情绪，我们在分析之前我们先来直接看测试结果，按照规定，我们必须先给出测试平台，不感兴趣的同学可以直接看下一页~ 

SPEC CPU2006 v1.01

　　SPEC是标准性能评估公司（Standard Performance Evaluation Corporation）的简称。SPEC是由计算机厂商、系统集成商、大学、研究机构、咨询等多家公司组成的非营利性组织，这个组织的目标是建立、维护一套用于评估计算机系统的标准。

　　SPEC CPU 2006是SPEC组织推出的专门用来评估CPU子系统性能的测试软件，它目前版本为1.1，包括了CINT2006和CFP2006两个子项目，前者用于测量和对比整数性能，而后者则用于测量和对比浮点性能。

　　SPECfp测试过程中同时执行多个实例（instance），测量系统执行计算密集型浮点操作的能力，比如CAD/CAM、DCC以及科学计算等方面应用可以参考这个结果。SPECint测试过程中同时执行多个实例（instances），然后测试系统同时执行多个计算密集型整数操作的能力，可以很好的反映诸如数据库服务器、电子邮件服务器和Web服务器等基于整数应用的多处理器系统的性能。

SPEC CPU 2006总共包含了29个主要测试项目，最后两个specrand目录乃是SPEC自身的一部分 

　　SPEC测试代表了绝大多CPU密集型的运算，包括编程语言、压缩、人工智能、基因序列搜索、视频压缩及各种力学的计算等，包含了多种科学计算，可以用来衡量系统执行这些任务的快慢。SPEC测试包括了浮点(fp)与整数运算(int)两大部分。

　　SPEC CPU 2006是一个发行源代码的测试，需要测试者自行进行编译，因此我们得以分别进行32位和64位的测试。在测试32位性能的时候，我们采用了Windows Server 2003 R2 Enterprise Edition SP2 + Intel C++/Fortran Compiler 10.0.025的组合，而在测试64位性能的时候，我们采用了Windows Server 2008 Enterprise x64 Edition SP1 + Intel C++/Fortran Compiler 10.1.025的组合。因为经过多次试验，10.1.025版本编译器只能工作在32位Vista下，SPEC官方网站的大部分例子也是基于这一组合。除了操作系统和编译器之外，我们还安装了Visual Studio 2005 SP1提供相应的库文件，并使用了QxS对SSE4指令集进行了优化，编译时未使用SmartHeap商业优化库。

不仅仅测试耗时，对测试组件进行编译也很花时间。这个过程其实也能体现了系统的快慢

 　　在一个计算系统中，CPU子系统是影响最大的，而内存子系统和C/C++/Fortran语言编译器都会影响最终的测试性能，而I/O（磁盘）、网络、操作系统和图形子系统对于SPEC CPU2000的影响比较小。运行SPEC CPU 2006测试需要大量的内存和较多的磁盘空间。

　　整数运算主要包含编译、压缩、人工智能、视频压缩转换、XML处理等，此外，各种日常操作也主要是基于整数操作。SPEC CPU 2006的整数运算包含了400.perlbench PERL编程语言、401.bzip2 压缩、403.gcc C编译器、429.mcf　组合优化、445.gobmk 人工智能：围棋、456.hmmer 基因序列搜索、458.sjeng 人工智能：国际象棋、462.libquantum 物理：量子计算、464.h264ref 视频压缩、471.omnetpp 离散事件仿真、473.astar 寻路算法、483.xalancbmk XML处理共12项。

 
SPEC CPU 2006整数测试成绩

　　浮点运算包括的全部都是科学运算，科学运算需要用到大量的高精度浮点数据，如410.bwaves 流体力学、416.gamess 量子化学、433.milc 量子力学、434.zeusmp 物理：计算流体力学、435.gromacs 生物化学/分子力学、436.cactusADM 物理：广义相对论、437.leslie3d 流体力学、444.namd 生物/分子、447.dealII 有限元分析、450.soplex 线形编程、优化、453.povray 影像光线追踪、454.calculix 结构力学、459.GemsFDTD 计算电磁学、465.tonto 量子化学、470.lbm 流体力学、481.wrf 天气预报、482.sphinx3 语音识别共17项测试。

SPEC CPU 2006浮点运算测试成绩

　　整数运算的提升令人惊讶，从46.4分提升到74.8分，61.2%的提升部分要归功于操作系统的变化才对，也表明32位2003系统下成绩偏低。而浮点运算提升只有6.7%，很正常的数值。我们可以看到，在整数运算中，并不是所有的项目都得到了提升，而提升的项目中，幅度也不同，400.perlbench项目提升幅度比较过分，如401.bzip2这样的测试提升就不大。有些项目的性能还倒退了，如403.gcc、429.mcf、445.gobmk这三个项目就如此。这表明64位环境虽然很好——但非尽善尽美。

　　导致这种情况发生的原因是目前处理器未完全为64位计算优化。从AMD推出x86-64开始的时候就未考虑完全，到了Intel推出EM64T则是一种迫于压力的行为，先头Prescott部队内部架构甚至还没完全准备好：

支持EM64T的Prescott Pentium 4核心的ALU（算数运算单元）采用了32位/64位同时支持的设计

从电路上看，这个ALU实际上分为两个32位的部分

　　从实际性能来看，Prescott在执行64位整数运算的时候（整数运算使用ALU单元），延迟很高，性能也比32位情况下低多了。

　　当然，NetBurst架构的Pentium 4已经是明日黄花，我们再来看看现在的主流Core微架构：

　　Core微架构提供了一个预译码（pre-decode）功能，结合取指令缓冲和译码单元可以提供Macro Fusion（宏指令融合）功能——这是Core微架构中增加的一项新功能。从Pentium Pro处理器中，Intel便开始采用了类似RISC的做法，将所有的x86指令先解码成一条一条的内部指令：uops，基于CISC架构的x86指令集的特点是指令不等长，执行时间也不等，而类似于RISC架构的uops则不同，每一条指令长度都一样，执行时间也一样（都为一个时钟周期），这也是RISC被称为“简单指令集”的原因。

前端单元对比：Core、yonah、P4

　　历史总是峰回路转的，从Pentium Pro乃至NetBurst Pentium 4，Intel让x86分解变成uops，到了Core微架构，Intel又想办法让uops合体：Macro Fusion宏聚合使得解码器可以将两个x86指令的uops合成为一个uop，一般做法是把x86比较或者测试指令同x86跳转指令融合为一条uop，这样最终就降低了执行指令的数量，提升了运算速度。据说macro-op fusion可以降低约10%的uops数量。

Macro Fusion功能

Macro Fusion功能

　　不幸的是，Core 2为止的处理器都只能提供在32位指令下的宏聚合功能，你也可以理解为：幸运的是，Intel在Nehalem上提供了64位下的宏聚合功能：

为了获得完美的64位性能，你要买Nehalem

　　【IT168评测中心】影响人们进入64位世界的因素还有许多，如：64位可执行文件映像总是要比32位大上一些、64位操作系统占用的空间总要多一些等，当然，如缺乏64位应用、担心32位应用无法运行，以及不是所有的64位应用性能都有提升才是最主要的。

Nehalem的SPEC CPU得分纪录都是在64位Vista下得到

　　不过世界正在逐渐变得美好，以前不坚定的64位步伐现在也一步一步走远，原生64位应用也不少见了，我们有理由相信，Nehalem将会带来更好的64位表现。