再談Intel CPU微結構–過去，現(xiàn)在和將來 : 彎曲評論

瀟湘居士 2010-09-29

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再談Intel CPU微結構–過去，現(xiàn)在和將來

作者陳懷臨 | 2010-09-26 14:35 | 類型芯片技術, 行業(yè)動感 | 11條用戶評論 »

【陳懷臨注：時光如梭。上次寫這篇文章是2008年10月。轉眼2年過去。這次做一些修訂和校注?！?/p>

Intel CPU的產(chǎn)品稱呼比較混亂。這一點對于在Intel工作的員工也是如此。下面是筆者在這方面的一些經(jīng)驗。希望對讀者同學們有所幫助。

首先，對非專業(yè)人士而言，接觸的名稱通常為CPU的產(chǎn)品品牌（Brand Name），而不是微結構（Micro-Architecture）名稱。什么是微結構？就是你看不見的那些東西。例如流水線（Pipeline）的設計，局部總線（Local Bus），緩存（Cache）的設計，存儲總線（Memory Bus）等。到目前為止，一般而言，Intel CPU微結構的系列為：i386, i486, P5, P6, Netburst, Pentium-M，Core（Merom 65nm和 Penryn 45nm）。Core微結構的65nm流片有：Merom，Concore，Allendale等；45nm的流片Penryn，Workfiled，Yorkfield等。Penryn是Merom的直系后代。Nehalem是基于Penryn 45納米流程的直系后代。從Penryn 45nm工藝流程的基礎上，Nehalem微結構橫空出世。在Nehalem與Core微結構的繼承性上，目前英文的wiki上是不精確的。Nehalem最大的特點就是FSB和（或）北橋的消失，QPI的引入和把在Core微結構拋棄（或曰暫停的）HyperThreading從新引入。 Nehalem之后的事情比較清爽：Nehalem, Westmere(Nehalem在32nm工藝下的Tick )，Sandy Bridge，Ivy Bridge（Sandy Bridge在28nm 工藝下的Tick）和Haswell。通常，我們也可以說Nehalem和Westmere都屬于Nehalem微結構。Sandy Bridge和Ivy Bridge都屬于廣義的Sandy Bridge微結構。這種關系就是Intel現(xiàn)在非常重要的Tick Tock的流程。如下圖所示，為Intel的TT模型。

Tick其實就是Introduce一個新的工藝和各種PROCESS。Tock就是Introduce一個新的微結構。

工藝與結構的拆分對于Intel這些年來的成功是根本的。這里面的原因其實也很簡單：如果一個芯片建立在一個新的工藝 AND又是一個新的微結構上。一旦出了問題，基本上整個公司就歇了一半了。CEO就要買豆腐撞死。沒有Baseline的事情，最好不要去做。所以TT模式可以你確保，在一個已經(jīng)酒精考驗的PROCESS下，Tock一下，如果芯片有問題，那就基本上是新的結構出了問題。如果一個基于考驗過的微結構在一個新的工藝下（Tick一下），如果芯片有問題，顯然是工藝方面有bug。。。?？偠灾?，這樣一個拿著billion美金燒出來的芯片，就可控了。。。

另外，TT模型的另外一個好處就是把工程師隊伍有效的運作起來。例如，Core的Merom和Pennyn都是Intel以色列團隊主導做的；然后Nehalem和Westmere是美國Oregon團隊做的；然后Sandy Bridge和Ivy Bridge又是猶太人主導；再下面再是美國團隊做。TT下去，循環(huán)往復。。

Intel在這個方面是從血的教訓里學來的。當年的最新的NetBurst redesign Prescott在90nm就是Tick(90nm
新工藝與Tock（x86-64Extension）在一起了。一通混戰(zhàn)之后，最后發(fā)現(xiàn)是Power Leakage問題無法解決，從而導致Intel徹底放棄NetBurst，從新?lián)炱餚6微結構。。。

所以，Intel的微結構變化可以簡單概括為：
i386, i486, P5, P6, Netburst, Pentium-M，Core（Merom，Penryn ），Nehalem(Nehalem, Westmere), Sandy Bridge(Sandy Bridge, Ivy Bridge), Haswell(Haswell, Rockwell)。
從下面這張Intel解釋其Tick Tock的圖中讀者也可以清晰的認識到這些微結構的家族關系：

多個CPU產(chǎn)品可以來源于同一個微結構。其意思是一代產(chǎn)品。屬于同一個微結構的多款CPU基本上可以認為是同一類，或同一代產(chǎn)品。同一個微結構下的多款CPU的原因很多，例如，簡單化的版本；某個特定市場的定制版本等。

同一個名稱的CPU可以是來自不同的微結構。如Celeron CPU有P6微結構的，Netburst微結構的，Pentium-M微結構的和Core微結構的。如果不懂的話，您購買了一個Netburst微結構的Celeron，在性能價格比上就不好了。在同年代中，您當然應該選擇Pentium-M的款式。對Intel的Xeon名稱的CPU也一樣，讀者可以發(fā)現(xiàn)，Xeon可以來自不同的微結構技術。

因此，CPU的產(chǎn)品名稱基本上沒有用。一定要知道其來自哪個微結構。換言之，CPU名稱與微結構的映射關系是M:N。

這些微結構名詞與我們?nèi)粘？吹降膹V告上的“Inside Intel”的名稱的關系如下：

(本文不討論IA64體系結構。筆者認為IA64除了在科學計算方面，基本上沒有任何意義了。）

<微結構名稱>: {CPU品牌（Brand）}+

i386: 80386DX, 80386SX, 80376, 80386SL, 80386EX

i486: 80486DX, 80486SX, 80486DX2, 80486SL, 80486DX4

P5: Pentium, Pentium with MMX

P6: Pentium Pro, Pentium II, Celeron (Pentium II-based), Pentium III, Pentium II and III Xeon, Celeron (Pentium III Coppermine-based), Celeron (Pentium III Tualatin-based)

Netburst：(32位)Pentium 4, Xeon, Mobile Pentium 4-M, Pentium 4 EE, Pentium 4E, Pentium 4F，（64位)Pentium D, Pentium Extreme Edition, Xeon

Pentium-M：Pentium M, Celeron M, Intel Core, Dual-Core Xeon LV, Intel Pentium Dual-Core

Core：（64位）Xeon, Intel Core 2, Pentium Dual Core, Celeron M

Nehalem：Xeon， Core i7，Core i7 Extreme，Core i5。

Westmere：Xeon， Core i7，Core i7 Extreme，Core i5， Core i3，Pentium，Celeron

在基于Nehalem微結構下45nm工藝下流片的CPU有：

Nehalem(45nm)

桌面（Desktop）
Bloomfield (4核，8線程)
Lynnfield（4核，8線程）//存在4/4，無HyperThreading變種
Clarkfield（4核，8線程）

服務器（Server）
Nehalem-EX（8核，16線程）（Beckton）
Nehalem-EP（4核，8線程）(Gainestown) //存在4/4，2/2無HyperThreading變種

下圖是Nehalem-EX和Nehalem-EP的結構比較圖：

Westmere(32nm)

Westmere-EX (還沒有出來。應該10個核，20個線程)
Westmere-EP（6核，12線程）（Gulftown）//存在4/8，4/4變種。XEON 5690為6/12.
Clarkdale（2核，4線程和加了一個45nm的iGFX）//其實是兩個die。一個package。
Arrandale（2和，4線程和加了一個45nm的圖形卡iGFX）。//其實是兩個die。一個package。

下圖所示為Westmere的Clarkdale的芯片圖。一個Package，二個Die。CPU Die是32nm；Graphic芯片是45nm。換言之，就是混在一起完事交差。讀者想想馬上要出來的無縫的Sandy Bridge的GPU集成，就知道其中之區(qū)別了。