AMD双核心处理器现状和将来
来源：慧聪网 作者： 时间：2005-05-16 18:11
(华强电子世界网讯) 为了诸如大多数游戏之类的单线程应用程序，AMD预计会继续推出单核心处理器 - 例如FX系列来满足游戏玩家，因为纯粹的处理速度仍然会是决定性的因素。双核心最初将面向高端用户和服务器市场。当前的价格水平将让终端用户理智地选择单核心处理器，或是把他们推向Intel的低频双核心处理器产品。需要给出的意见之一就是，双核心成为主流是以后的事情了。
在主要的新闻网站上对最近几个月的信息快速检索“摩尔定律”，无疑将会找到大量的评论，都是关于摩尔定律不再有效以及性能翻倍和晶体管数量翻倍的时代已经过去了的。AMD对于摩尔定律的回应是，它在一段时间内仍将继续生效，但表现的方法会不同。性能的翻倍将来自于核心数量上的增加，而不是通过时钟速度翻倍来实现；一个处理器上核心数量翻倍也将导致晶体管的数量翻倍，所以虽然时钟速度不像2000年前后那样飙升了，但理论上性能应该仍然成倍增长了。
处理器行业正面临几个挑战，它们当中并不是所有的都受到物理或工艺的限制，不过物理学显然是一个相关的因素。
生产更复杂处理器面临的问题之一与物理、化学或生产无关。问题是人力，把更多的工程师投入到设计上并不是解决的办法 - 设计者的数量与晶体管数量并不是依比例确定的，那意味着体系的复杂度会成几何级数增长。
这促成了处理器作为可复制结构的概念。对于双核心，大多数的电子元件是重复的，所以虽然晶体管的数量急剧增长了，但它跟增加更多的功能模块或更深的管线级数是有本质的区别的。
功耗是由晶体管数量以及时钟速度决定的，那意味着更大的发热量。双核心为了低得多的功耗而牺牲最大时钟速度，以与单核心处理器保持在相同的总体热力和功率需求范围内。虽然每个人都想知道双核心是如何保持在跟单核心处理器相同的电压和发热规格下的，但几乎找不到为什么会这样的解释。下面的图表显示了时钟速度和功耗之间的关系，其中n代表具有最高时钟速度的处理器，而每个单位意味着降低200 Mhz。
具体的例子是，令n代表2.6 Ghz下的FX-55；则n-1就是2.4 Ghz下的处理器，n-2将是2.2 Ghz，依此类推。注意到减少两个单位带来了功耗上大约40％的缩减量。然而，两个n-2核心的处理器由于晶体管的翻倍造成的发热量居然比拥有最高时钟速度的单核心处理器n的要低一点。
在厂商们转换制造工艺时，所有人似乎都会感到兴奋，例如在AMD的高端产品线上从Clawhammer到Venice的跃迁，那是工艺从130nm缩小到了90nm。AMD提醒说，向65nm的过渡并不是对发热量或增大频率的解决方案，因为电压通常是不与工艺同比变化的，而且晶体管泄漏会越来越多。
AMD断定，它们双核心方案的关键因素之一是北桥和新近引入的Crossbar控制器的整合，而不是现行第二个核心的增加。伴随着第二个核心到来的将是对内存和I/O带宽的资源争夺，而系统请求队列和Crossbar开关的结合将把这个问题的危害减小到最低限度。我们已经看到了集成内存控制器带来的非常低的延时，而附带的好处就是对缓存的依赖也减少了，那意味着省下的晶体管可以被用在其它需要的地方。往后，更多核心的增加将只需考虑核心之间的连接了。
我们已经简要地提到过，双核心在发热量上会有微小的减少，但额外的收获来自于双核心设计。散热片表面上的发热量是不均衡的 - 热点是在处理器的正上方。至于双核心，实际上有两个热点，每个Die上一个意味着发热更均匀了，那也就意味着更好的散热。
不过还有另外的问题，其中之一就是发热管理。AMD推断两个处理器上的负荷可能会不一致；例如，像Prime95这样的单线程应用程序能够单独地在一个处理器核心上运行，而另一个就相对空闲了。这导致了两个核心之间巨大的温差，而模拟热二极管在汇报正确的温度上存在不足。这个问题的解决办法是为处理器增加连续的接触面，覆盖整个Die。连续的接触面将连接外部设备，通过这样可以对处理器温度进行更好的管理。
最后的话题是超频，增加频率带来的还是同样的问题。根据AMD的说法，在双核心芯片上进行超频意味着更好的散热不光是可选的，而且是必需的，因为电流会显著增大，而热临界值会超过当前的水平。该发言人还强调，AMD或Intel所有的双核心产品将面临同样的问题。笔者对这个问题的看法是，在频率提升上可能没有很大的机动空间，我们应该接受大约每六个月推出高200 Mhz产品的一般规律。关于四核心处理器还有一个简短的注释，它们预计会在AMD转换到65nm后登场。加上关于摩尔定律做出的判断，有点怀疑AMD的策略是每当它们接近令人担忧的电压/发热水平时就让核心数量翻倍，并降低频率。虽然工艺不能支撑时钟速度提升，但AMD已经用SOI和别的工程技巧证明了它们能够在某种程度上控制发热和电压要求。
结论
从单核心处理器上榨取性能的日子快到头了，而双核心处理器只有在多线程性能上才能体现摩尔定律；也就是晶体管数量翻倍和性能翻倍。虽然多线程性能在工作站和服务器市场上将是主要的卖点，但它在消费级桌面市场上却没有那么大的吸引力，不过笔者确信，一般消费者将会为系统在运行一个很耗资源的任务的同时能够有效地做其它事情而激动不已的。当PC扮演更全面的角色时，多核心处理将体现出它的价值，特别是如果PC作为家庭数字中心的想法能够被实现的话。
目前来看，由于工程和物理方面的原因，它们正在推动处理器厂商向多核心方向发展，而AMD在WinHEC上简单地阐述了这些问题。双核心已经来了，并且由于没有能力继续提升时钟速度，它将在很长一段时间内成为市场的中坚。
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