没有处理器,就没有计算机和手机!一文探秘处理器的前世今生

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俗语说的好,有人的地方就有「江湖」和「政治」。同理可证,有产品的公司就有「腰斩」、「中止」和「任其自生自灭」,处理器业界亦不可免俗,计算机工业的历史洪流充满无数无缘与世人见面的梦幻逸品,与渐渐被后人遗忘却开辟崭新时代的旷世巨作。

处理器是计算机系统中负责实际数字计算的部分,它接收用户输入数据,使用计算单元生成计算结果。

如今,一个人口袋里的普通智能手机拥有的计算算力是阿波罗登月任务中房间大小计算机的 100 万倍。这一演变的关键在于半导体行业,持续改进处理器的速率、功率和成本。

不学无术的笔者,再次野人献曝,简述知名的梦幻处理器:这深入迷雾的探险过程,不仅让各位一窥庐山真面目,更是一段横跨超过半个多世纪光阴的宏大叙事曲与记录计算机工业演进的显微胶卷片。

1960 年代:计算机结构、商业大型主机与超级电脑的诞生

要挑选出一家最能代表计算机工业的商业公司,只要对历史脉络不会太不熟,多半还是会想到那大大的「三个大写英文字母」。不过这家公司也并非在所有领域「叫我第一名」,更多是「后发先至」,因一度领先的竞争者都纷纷成为历史遗迹,所谓「英雄就是比气长」大概就是这回事。

第二代(晶体管)与第三代(集成电路)电脑交错期的1960 年代,可谓计算机工业的曙光期,奠定今日我们对「电脑」的基础认知,包含提升执行效率的指令流水线处理(IBM 7030 ″Stretch″)、让更换电脑也不必替换软件的指令集回溯兼容性(IBM System/360 家族)、高可靠性的商业导向大型主机(IBM System/360 家族)、以浮点运算为主的高性能运算超级电脑(CDC6600)、处理器必备武装Cache 存储器(IBM System/360 Model 85)与构成今日高性能处理器微架构的动态指令排程与乱序指令执行(IBM System/360 Model 91),都是这时期的产物,距今超过60 年。

漫长的计算机工业历史,第三代电脑(集成电路)先驱的IBM System/360 可谓最重要的主角,没有之一,奠定今日对电脑的基本认知,相同指令集架构的电脑可彼此软件兼容、微码(Microcode)控制单元、软盘机(存放微码)、虚拟化、Cache 存储器、「1Byte(位元组)=8Bits(位元)」的工业标准、虚拟存储、乱序指令执行,堪称近代电脑技术发展的缩影。

「兼容性」并非理所当然的天赋人权

不过开始过目「受害者清单」前,得先稍微了解当时市场竞争态势与产品技术概况。

1961 年IBM 可谓统治电脑市场,北美拥有超过三分之二市占率。当年问世的IBM 7030 ″Stretch″,是史上第一台通用的指令流水线化(Pipeline)电脑与IBM 首款「晶体管化(第二代电脑)超级电脑」,利用四级流水线,互相重叠指令撷取、解码和执行得到1.6 倍效能,目标比前代IBM 704 快100 倍,也是昵称「Stretch」(延伸)的由来。

在那个时代,不同电脑都有自己的独特指令集、专用操作系统与外围设备,意味购入或升级新电脑,就需要整个「砍掉重练」,连程序都要重新编写,极度不便,也严重妨碍电脑普及。

有鉴于此,一年营收25 亿美元(约今日230 亿美元)的IBM,1961 年12 月启动人类史上规模最大的商用产品开发计划(号称仅次登月计划和航天飞机),耗资50 亿美元(约今日的460 亿美元)、雇用6 万多名新员工、新建5 座工厂,历经4 年,1964 年4月7 日推出六种规格的System/360商用大型主机(Mainframe)和超过40 种扩充外围,开启第三代(集成电路)电脑序幕,价格从最低13 万美元一路延伸到最顶规550 万美元,客户可照需要选购不同机种和配件,或更省力全部用「租」的(这是大型主机常见的商用业模式)。

直到IBM System/360 于1964 年出现后,世人才知道「原来升级电脑后,我还可以继续用现有应用软件与外围硬件」,这对电脑普及是最重要的一步。

最终到1971 年,包含NASA(美国太空总署)特化机型(曾在登月计划扮演重要角色),总计出现14 个System/360 型号,统一执行相同OS/360 操作系统,共用一致系统外围设备,彻底改变人类对电脑的理解,「兼容性」从此成为计算机工业的「基本价值观」,催生「计算机架构」(Computer Architecture)这象征「指令集向前兼容」的历史性名词,也让开发软件和研发外围,成为具高度获利价值的产业。对客户来说,可视眼前需求选购合用机型,日后升级亦可沿用现有软件与外围,这也是今日司空见惯的常识,但在那遥远的年代,却不是理所当然的「天赋人权」。

值得注意的是,即使System/360 奠基于微码(Microcode)之上的CISC(复杂指令集电脑),但相较后进「同侪」,如DEC VAX 和英特尔x86 / iAPX432,指令编码格式和与定址模式(Addressing Mode)的对应关系,还是较简洁有条理,也让人不得不纳闷这票「后辈」到底在想什么,尤其是英特尔。就笔者印象所及,CISC 指令集唯一能与System/360 媲美者,好像也就只有Motorola 68000 了。

开创计算机结构的System/360,发表后第一个月就卖出超过一千台,之后半个世纪,以System/360 为首的IBM 大型主机产品线,贡献蓝色巨人超过一半利润。最新成员System z 更位居服务器世界顶峰,成为无数金融业核心帐务不可或缺的最可靠心脏。

System/360 主架构师Gene Amdahl(也曾负责IBM 7030)以「Amdahl′s Law」(针对电脑系统某特定元件最佳化,观察能改变多少整体系统效能)闻名于世。当时专案经理Frederick Brooks 事后根据System/360 软件开发经验,写成《人月神话:软件专案管理之道》(The Mythical Man-Month: Essays on Software Engineering),记述人类工程史上里程碑式大型复杂软件系统。美国企管学家Jim Collins 在《从A 到A+》(Good to Great)将IBM System/360 与福特T 型车、波音第一款喷气机波音707 齐名,列为史上最重要的三项企业成就。

源自二战美国海军密码破解团队的CDC 与定义「成功的超级电脑」的CDC6600

称之为「人类历史上最伟大电脑」大概不会有太多人敢反对的System/360,既然如此成功,为何会冒出被腰斩的全新产品?就只因一家1957 年草创时只有30 几个人的小公司CDC(Control Data Corporation)。但这些人来头可不小,神秘且显赫,都是来自二次世界大战期间,美国海军破解德国和日本密码的极机密工程团队,成员含首席架构师、大名鼎鼎的超级电脑大师Seymour Cray。

和System/360同年的9 月,有每秒300 万次浮点运算、足足是IBM 7030 三倍的CDC6600,1969年前都占据最快电脑宝座,销售总数超过100 台,定义了日后人类对「高性能运算」(HPC,High Performance Computing)和「超级电脑」(Super Computer)的观感。少少34 名员工(只有14 名工程师和4 名程序设计师,剩下就是行政打杂看门之类)就能打造出这么高性能的产品,对IBM 高层更是极大的刺激。

CDC6600 之所以如此夸张,不外乎大量采用「超越时代」手段:近似超标量(Superscalar)的多派发指令执行单元,貌似乱序指令执行(Out-Of-Order Execution,OOOE)的记分板(Scoreboard)动态指令排程,神似多线程(Multithreading)的共用外围处理器(Peripheral Processor),RISC(精简指令集电脑)存储器载入/回存(Load / Store)架构、仅有两种运算元定址模式与区区74 个指令,以上种种都使CDC6600 成为RISC 与众多先进处理器高性能技术的起源。

假如要笔者用最短文字描述「大型主机」(Mainframe)和「超级电脑」的差异,唯一可想到的是「前者必须永不停机跑COBOL,后者则要吃奶加速冲FORTRAN」。相信内行人马上就了解笔者想表达的意思。

前面提到IBM System/360 以「兼容性」著称,那CDC6600 后面又如何?后继机型CDC7600(原CDC6800)为了避免「牺牲性能」,就仅维持「高级程序语言原代码的可携性」(意思就是重新编译代码),且连操作系统也不同。以今日观点看,为追求性能放弃兼容性看似舍本逐末,但在那个时代却习以为常。

功败垂成的IBM ACS

IBM 原先1961 年启动实验性专案「Project-Y」,目标达IBM 7030 百倍效能,1965 年转为加州ACS-1(Advanced Computer Systems-1)计划,动员超过200 名工程师。但IBM 在1968 年5 月却要求ACS 须兼容System/360,并改名为ACS-360。很明显的,要「兼容CISC 的System/360」并「性能超越『类』RISC 的CDC6600」完全相互矛盾。因此挣扎了一年,IBM 还是在1969 年5 月黯然中止ACS-360,也失去大量研发人员。

但塞翁失马焉知非福,IBM ACS 并非一无所获,不但得到比CDC6600 更多「前RISC」相关技术与诸多创新,更在编译器领域有突破,特别是IBM 首位女性院士、也是第一位得到计算机工业最高荣誉「图灵奖」(Turing Award)的女性Frances Allen,就是ACS 团队的一员,并在IBM 任职长达45 年之久。

划时代的电脑:IBM System/360 Model 91

但这笔者不得不提及划时代的电脑:IBM System/360 Model 91。

近代高性能处理器微架构必备的乱序指令执行,核心技术「暂存器重新命名」(Register Renaming)背后的灵魂「Tomasulo 演算法」,就是由IBM System/360 Model 91 为起点。上图摄于美国太空总署戈达德太空飞行中心(NASA Goddard Space Flight Center)。

原名Model 92 的Model 91,原先寄望性能可抗衡CDC6600,并有System/360 的指令兼容性。System/360 引入很多崭新观念,包含暂存器重新命名(Register Renaming)的Tomasulo 演算法、动态侦测存储器危障(Memory Hazard)、广义的运算元前馈(Operand Forwarding)机制,讲白话点就是「各位今天眼前看到所有乱序执行就是这样诞生的」,System/360 Model 91 更是第一台使用多通道存储器(Multi-Channel Memory)技术的电脑。

开创大量先进技术的System/360 Model 91,也成为当时最强的整数运算王者,每秒最多可执行1,660万个指令(16.6MIPS),假若不管指令集架构的差异和每个指令的平均工作量,这相当于「1991 年」时钟频率20MHz 的英特尔80486SX 或40MHz 的AMD 80386DX。

不幸的是,设计高复杂度使其较晚上市,且只卖了少少几台(生产总数,据信不超过20 台),市场并不成功,导致第一台有Cache 存储器的Model 85 还卖比较好。

近些年的处理器变化主要体现在核数一次又一次的突破。

那么,处理器的核数变化有着怎样的发展历程和标志性产品呢?

首个双核处理器:Intel Pentium D

其实Intel与AMD的双核处理器发布时间都在2005年5月,但Intel的Pentium D要早一点,所以它就成了第一个双核处理器了,首发的包括Pentium D 820/830/840,采用90nm工艺核心代号Smithfield,每核心拥有1MB L2缓存,均是800MHz的FSB,随后还推出了带超线程技术的Pentium Extreme Edition 840处理器,双核四线程,FSB也提升到了1066MHz,频率也更高。

在次年一月份Intel推出了升级65nm工艺的Presler,也就是Pentium D 900系列,更先进的工艺带来了更高的频率以及更好的功耗控制,L2缓存也升级到每核心2MB,但FSB没变,至尊版则包括955和965两个型号,他们均解除了倍频锁,同时他们还推出了Pentium D 805处理器,频率比Pentium D 820更低,而且FSB降低到533MHz,但价格低得多,它的存在确实为普及双核处理器有不少贡献。

当然了Pentium D也是一款争议很大的产品,毕竟他里面是两颗以高频低能著称的Pentium 4处理器,而且不是两个Pentium 4内核,而是真的是两颗Pentium 4处理器(Smithfield是两个Prescott,而Presler则是两个Cedar Mill),他们被封装到一块PCB上,而且他们之间是没有直接互联的,数据交换需要通过FSB,但FSB本来就不够用,这导致双核效能季度低下,性能完全不是AMD Athlon 64 X2的对手,再加上Pentium 4本来就热,把两个封在一齐只会更热,在很长一段时间里Pentium D都被人叫作大火炉。

现在来看Pentium D系列处理器只是Intel的一个缓兵之计,要第一款双核处理器的头衔,还得找产品对抗AMD的双核,但自己的真双核Core 2 Due要等新工艺,所以就把Pentium D搬了出来。

首款原生双核:AMD Athlon 64 X2

AMD的双核处理器Athlon 64 X2也是在2005年5月份出的,但比Intel要晚,没抢到首款双核的头衔,但与Pentium D不同,AMD的Athlon 64 X2是在同一块芯片内整合了两个K8核心,两个核心之间可透过System Request Queue实现数据互通,执行效率比Pentium D好多了,所以有了当年声势浩大的真假双核讨论。

最初Athlon 64 X2只出在Socket 939平台上,采用90nm工艺,型号从3600+到4600+,频率从2GHz到2.4GHz,L2缓存有256KB*2、512KB*2以及1MB*2三种。在2006年5月推出AM2平台后就转移到了那边,这次频率范围是2GHz到3.2GHz,型号则是从3600+到6400+,L2缓存依然是那三种容量。

在2006年12月,AMD推出了升级65nm工艺的Athlon 64 X2处理器,L2缓存统一成512KB*2,频率从1.9GHz到3.1GHz,型号是3600+到6000+,此外还有45W的低功耗衍生版本Athlon X2 BE 45w系列。

K8时代可以说是AMD当年的顶峰,基本上K8架构是要远优于对手Intel Pentium 4所用的NetBusrt架构的,与后来这Core 2 Due相比虽然说处于劣势但至少还可打得有来有回,而K8之后的K10以及推土机架构的表现就真的一言难尽。

首款四核处理器:Core 2 Quad

Intel的Pentium D处理器的继任者是非常经典的Core 2 Duo处理器,而且他们还用当年炮制首款双核处理器的手法造出了首款四核处理器Core 2 Quad。

首款桌面级的四核处理器诞生于2006年11月2日,首发的只有Core 2 Extreme Edition QX6700,最后陆续推出了Core 2 Quad Q6600、Core 2 Extreme Edition QX6800、Core 2 Quad Q6700、Core 2 Extreme Edition QX6850。

这些处理器的核心代号是Kentsfield,其实就是由两个Conroe的Core 2 Due封装而成,跨芯片通信同样需要通过FSB,不过FSB频率和Core 2 Due一同提升到了1066MHz,至尊版的QX6850则直接提到1333MHz的FSB,主频则是从2.4GHz到3GHz,均配备4MB*2的L2缓存。

这次Intel比AMD足足早了一年拿出了四核处理器,也就是说Core 2 Quad在一年的时间内根本没有对手,即使AMD在一年后拿出了K10这个原生四核,并再一次挑起了真假四核之争,但K10早期存在TLB bug大幅影响性能,再加上Core架构实在太强了,即使是胶水四核也能把AMD的原生四核打趴下。

更重要的是,AMD在推出K10的时候,Intel这边已经拿出了45nm制程升级版的Yorkfield,更先进的工艺带来了更高的频率,FSB也全部提升到1333MHz,而且产品线也进行了细分,根据L2的容量来进行划分,有2MB*2的Q8x00系列,3MB*2的Q9x00系列,还有6MB*2的Q9x50系列,最高端的当然还是至尊版,Core 2 Extreme QX9770可以说LGA 775平台的绝唱,FSB达到了1600MHz,频率3.2GHz,不过呢,实际上Core 2处理器的超频能力都非常好,很多45nm的Core 2 Quad动手超下都能达到它的水平。

首款三核处理器:AMD Phenom X3

AMD的K10架构四核是2007年11月11日发布的,它确实是首款的原生四核处理器,并且首次把L3缓存引入到消费级市场,但它上来就碰到TLB bug,虽然可以通过bios升级修复问题,但会导致5%到20%的性能损失,直到次年4月推出的B3步进产品才修复了问题,但整体效能还是不如对手的Core 2 Quad。

不过原生四核倒是能比Intel的胶水四核玩出更多的花样,比如屏蔽一个核心就可以当成三核处理器拿去卖了,这就有了Phenom X3,在市场上销售的盒装Phenom X3其实都是B3步进的,第一代产品由于还是采用65nm工艺,所以频率较低,从1.9GHz起步,最高2.5GHz,每个核心独享512KB L2缓存,所有核心共享2MB L3缓存。

Phenom X3的目标对手自然不会是对手的四核,而是他们的双核处理器,想凭借多一个核心来战胜对手,但当时系统与软件对多线程优化远没有现在那么好,再加上到了2007年Intel的产品已经升级到了45nm工艺,频率以及超频能力都要比AMD好不少,多一个核心其实没给AMD带来多大优势,而且较低的频率让Phenom X3在当时的游戏表现还不如自己的高频K8双核。

但这些三核处理器带来了开核玩法,就是把原本屏蔽了的残缺核心通过BIOS里面的ACC选项重新开启,这就让当时AMD的处理器充满话题性,当然开出来的是原本残缺核心,多少有些问题,所以频率可能要降一点,电压也要加一点,但这对玩家来说不算什么,开核的玩法后来也扩展到后来的Athlon II和Phenom II处理器上。

在45nm版K10处理器推出后AMD还推出了Phenom II X3以及屏蔽L3缓存的Athlon II X3处理器,后续的第一代采用K10内核的APU也有A6-3500这个三核的型号,基本上三核处理器伴随了K10架构的整个生命周期。

首款六核处理器:Core i7-980X

2010年3月16日推出的Core i7-980X是首款6核处理器,核心代号Gulftown,它基于Westmere架构 ,也就是Nehalem的32nm版本,所以也继承了整合三通道内存控制器、QPI总线、Turbo Boost以及重新启用的超线程技术,处理器每核心拥有256KB L2缓存,共享12MB L3缓存,主频是3.33GHz,最高睿频3.6GHz。

由于X58属于HEDT平台,所以Gulftown六核其实也没几款,前后一共才出了四颗,售价也高高在上,对市场影响有限,但它的存在是给对手六核Phenom II X6的一个降维打击,性能远超对手,发布也比你早一个月,用的工艺也比你先进一代,在当时,从CPU技术上讲,AMD彻底失去了“话语权”,当然了如果说对市场的影响,便宜的Phenom II X6比高价的Core i7-980X要大多了。

首款八核处理器:AMD FX-8100系列

其实说2011年AMD推出的Bulldozer推土机是首款八核处理器估计会有很大争议,因为它是一个模块化的CPU,每个模块内有2个整数单元和1个高度共享的浮点单元,AMD的FX系列处理器最多拥有4个这样的模组,而AMD将每个整数单元都视为一个核心,所以FX-8100系列也成为世界上首款原生8核桌面CPU。

当然了,推土机处理器的性能有多糟糕我已经不想再提了,当年关于AMD FX系列处理器是否是“真8核”很多玩家与AMD之间出现争议,一些玩家甚至认为AMD涉嫌非法宣传,将AMD告上了法庭,最后这官司还赢了,AMD因此而吃了罚单。

首发的FX-8100系列有五个型号,最高加速频率是4.5GHz,每个模组共享2MB L2缓存,所有核心共享8MB L3缓存,TDP有95W和125W两种。一年后推出的Piledriver打桩机处理器则是推土机的改良版本,不过性能其实也没高多少,FX-8300系列一共有7个型号,最高加速频率降至4.3GHz,TDP同样是95W或125W,不过嘛,还有FX-9590和FX-9370两个标配一体式水冷散热器的奇特产品,他们的TDP高达220W,前者最高加速频率达到了5GHz,后者也有4.7GHz,当年是AMD追高频追得比较疯狂。

其实推土机一共有四代架构,除了上面已经提到的推土机和打桩机之外,还有Steamroller压路机以及Excavator挖掘机,但AMD在推出打桩机后就放弃了与Intel在高端平台上的争夺市场,后面两种架构只出现在APU上。

而桌面市场的第一颗真八核处理器是Intel在2014年推出Core i7-5960X,属于22nm的Haswell-E架构 ,基础频率3GHz,最高睿频3.5GHz,拥有20MB L3缓存,是用HEDT的X99平台上的,999美元的高昂售价也让许多玩家望而却步。

至于主流平台的八核处理器,则是2017年AMD Zen架构的第一代Ryzen 7系列处理器,是它正式引发了Intel与AMD在处理器市场上的核心数量大战。

首款十核处理器:Core i7-6950X

Intel在2016年5月发布的Core i7-6950X是首款桌面的十核处理器,它所用的Broadwell-E架构其实就是Haswell-E的制程升级版,生产工艺从22nm升级到14nm,核心数量从上代Core i7-5960X的8核增加到10核,晶体管数量也从26亿增加到32亿,但因为更先进的制程工艺,芯片面积从355.52mm2缩减到246mm2。

除了核心数量与制程之外,Core i7-6950X与Core i7-5960X的区别其实不算大,L3缓存容量增加到25MB,基础频率依然是3.0GHz,最大睿频2.0频率3.5GHz,但在这一代处理器Intel引入了Turbo Boost Max 3.0技术,最高单核睿频能到4.0GHz,此外支持DDR4的频率也从2133MHz提升到2400MHz,但这个对于X99主板来说意义不大。

而主流市场的10核处理器直到2020年5月才到来,它就是Core i9-10900K,目前市场上就Comet Lake这一代有10核的产品,最新一代的Rocket Lake最多就只有8核,AMD的Zen 2因为架构问题8核以上只能出12核或16核的产品,而Zen 3理论上是能出10核或者14核的,但AMD可能觉得没必要所以没出。

Intel Skylake-X:12/14/16/18核一同到来

在2017年6月份,Intel推出了第七代Core X系列处理器,不过这代产品有点奇葩,有Skylake-X与Kabylake-X两种不同架构的处理器,当中Kabylake-X可以说是非常坑,所以后续也没有类似的产品了,而Skylake-X则与以往HEDT产品一样源于服务器处理器。

与上一代X99平台的Broadwell-E处理器相比,Skylake-X处理器多了12核、14核、16核、18核的产品,并且用Core i9取代Core i7成为Intel消费级市场上最强处理器的代名词。

Skylake-X与主流级的Skylake相比,缓存结构有了明显的调整,L2缓存从每核心256KB提升到1MB,L3则从每核心共享2MB变成了1.375MB,这样做可以提升L2的命中率降低访问延迟,提升IPC。此外网状总线取代了环形总线,这样有利于拓扑更多核心数量,AVX-512指令集也是从这代架构开始引入的。Turbo Boost MAX 3.0从Broadwell-E的只能提升单核频率变成最多可以提升两个核心的频率,但频率提升幅度没以前那么大。

第7、9、10代Core X处理器都是用Skylake-X架构的,虽然第10代的代号改成了Cascade Lake,但本质上就是Skylake-X,就多了4条PCI-E通道并且强化了AI性能。

不过实际上第一个上市的12核和16核处理器是AMD的锐龙Threadripper 1920X和1950X,他们在2017年8月份就上市了,而Intel只是在6月份纸面发布了第七代Core X系列处理器,7月份首批上市的只有10核及以下的产品,12和到18核的产品要等到10月份才上市。

在2019年,AMD推出了Zen 2架构的锐龙3000系列处理器,把12核与16核处理器推向了主流市场。

Ryzen Threadripper系列:24/32甚至64核

实际上这些年挑起核心数量大战的不是Intel,而是AMD,他们在第一代EPYC上玩起MCM之后就一发不可收拾,而基于EPYC的锐龙Threadripper自然也这样,第一代锐龙Threadripper处理器最大核心数量只有16,而到了2018年发布的第二代锐龙Threadripper,最大核心数量直接翻倍到32。

锐龙Threadripper 2000系列处理器采用12nm Zen+内核,分为WX系列和X系列,X系列和第一代是一样的,只有两个内核可工作的内部双路系统,最大核心数16个,而WX系列则是四个内核都可工作的,和服务器的EPYC一样内部是四路互联,最大核心数32个。

核心之间采用25GBps的Infinity Fabric总线互联,只有核心0和核心2提供内存控制器和PCI-E控制器, 于核心1和核心3是没有直接连接内存和PCI-E的,锐龙Threadripper 2970WX/2990WX只能工作在NUMA模式,这核心1/3的通信延迟明显高于核心0/2,所以会限制这两个核心的性能。

到了Zen 2架构的锐龙Threadripper 3000,CPU被拆分成CCD计算核心和IOD输入输出核心,所有的内存、PCI-E、USB、SATA控制器转移到了IOD上,CCD与IOD之间采用第二代Infinity Fabric总线连接,这样延迟虽然会有所增加,但是很好的解决了每个核心之间访问内存和PCI-E时延迟不一的问题,并且每个IOD最多可连接8个CCD,于是就有了64核的锐龙Threadripper 3990X。

Intel Lakefield:开启混合架构新时代的五核处理器

Intel的Lakefield项目其实在2019年就正式公开了,而产品正式上市是2020年,这款产品的实验性质很重,它是首款采用Intel Foveros 3D堆叠工艺的产品,也是首款采用混合架构的x86处理器。

Lakefield SoC至少包含四个层,顶部两层是由PoP封装的DRAM内存所组成,由两块BGA DRAM堆叠在一起,第三层则是由10nm工艺打造的CPU与GPU,最底层则是由22nm工艺打造的I/O与缓存层。

10nm工艺的计算芯片包含一个Sunny Cove大核,独享512KB L2缓存,四个Tremont小核,它们共享1.5M L2缓存,所有核心共享4MB的L3缓存,内存控制器是4*16位的,支持LPDDR4,整合了Gen 11核显,有64个EU单元,Gen 11.5显示控制器还有新的IPU,支持DP 1.4。

Lakefield家族只有Core i5-L16G7和Core i3-L13G4两款产品,两者的主要区别的是频率以及核显的EU数量,只有少数轻薄本用了这款处理器,性能表现其实还不错,5W的Core i5-L16G7甚至可以与15W的Core i5-10210U叫板。

在经过Lakefield的小规模实验后,Intel的混合架构将会在这个月底发布的Alder Lake处理器上开花结果,大家可以期待桌面满血的混合架构x86处理器到底会怎么样的表现,而Foveros 3D堆叠工艺也会用在未来的Xe-HPC服务器计算卡上。

来源:technews,永乐日志,超能网

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