CPU的工作电压.doc

CPU的工作电压（Supply Voltage），即CPU正常工作所需的电压。任何电器在工作的时候都需要电，自然也有对应额定电压，CPU也 不例外。 目前CPU的工作电压有一个非常明显的下降趋势，较低的工作电压主要三个优点： 1、采用低电压的CPU的芯片总功耗降低了。功耗降低，系统的运行成本就相应降低，这对于便携式和移动系统来说非常重要，使其 现有的电池可以工作更长时间，从而使电池的使用寿命大大延长； 2、功耗降低，致使发热量减少，运行温度不过高的CPU可以与系统更好的配合； 3、降低电压是CPU主频提高的重要因素之一。 CPU的工作电压分为两个方面，CPU的核心电压与I/O电压。核心电压即驱动CPU核心芯片的电压，I/O电压则指驱动I/O电路的电压。 通常CPU的核心电压小于等于I/O电压。 早期CPU（286486时代）的核心电压与I/O一致，通常为5V，由于当时的制造工艺相对落后，以致CPU的发热量过大，导致其寿命缩 短。不过那时的CPU集成度很低，而目前的CPU集成度相当高，因此显得现在的CPU发热量更大。 随着CPU的制造工艺提高，近年来各种CPU的工作电压有逐步下降的趋势，目前台式机用CPU核电压通常为2V以内，笔记本专用CPU的 工作电压相对更低，从而达到大幅减少功耗的目的，以延长电池的使用寿命，并降低了CPU发热量。而且现在的CPU会通过特殊的电压ID （VID）引脚来指示主板中嵌入的电压调节器自动设置正确的电压级别。 许多面向新款CPU的主板都会提供特殊的跳线或者软件设置，通过这些跳线或软件，可以根据具体需要手动调节CPU的工作电压。很 多实验表明在超频的时候适度提高核心电压，可以加强CPU内部信号，对CPU性能的提升会有很大帮助但这样也会提高CPU的功耗，影 响其寿命及发热量，建议一般用户不要进行此方面的操作。 核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。 为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。 不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood核心就分为B0和C1等版本），核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化普通消费者是很少去注意的。每一种核心类型都有其相应的制造工艺（例如0.25um、0.18um、0.13um以及0.09um等）、核心面积（这是决定CPU成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集（这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口类型（例如Socket 370，Socket A，Socket 478，Socket T，Slot 1、Socket 940等等）、前端总线频率（FSB）等等。因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。 一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的Northwood核心Pentium 4 1.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 1.8GHz性能要高），但这也不是绝对的，这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。例如，早期Willamette核心Socket 423接口的Pentium 4的实际性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬，现在的低频Prescott核心Pentium 4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium 4等等，但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善，新核心的中后期产品的性能必然会超越老核心产品。 CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积（这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格）、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器等等）以及双核心和多核心（也就是1个CPU内部有2个或更多个核心）等。CPU核心的进步对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。 在CPU漫长的历史中伴随着纷繁复杂的CPU核心类型，以下分别就Intel CPU和AMD CPU的主流核心类型作一个简介。主流核心类型介绍（仅限于台式机CPU，不包括笔记本CPU和服务器/工作站CPU，而且不包括比较老的核心类型）。Tualatin 这也就是大名鼎鼎的“图拉丁”核心，是Intel在Socket 370架构上的最后一种CPU核心，采用0.13um制造工艺，封装方式采用FC-PGA2和PPGA，核心电压也降低到了1.5V左右，主频范围从1GHz到1.4GHz，外频分别为100MHz（赛扬）和133MHz（Pentium III），二级缓存分别为512KB（Pentium III-S）和256KB（Pentium III和赛扬），这是最强的Socket 370核心，其性能甚至超过了早期低频的Pentium 4系列CPU。Willamette 这是早期的Pentium 4和P4赛扬采用的核心，最初采用Socket 423接口，后来改用Socket 478接口（赛扬只有1.7GHz和1.8GHz两种，都是Socket 478接口），采用0.18um制造工艺，前端总线频率为400MHz， 主频范围从1.3GHz到2.0GHz（Socket 423）和1.6GHz到2.0GHz（Socket 478），二级缓存分别为256KB（Pentium 4）和128KB（赛扬），注意，另外还有些型号的Socket 423接口的Pentium 4居然没有二级缓存！核心电压1.75V左右，封装方式采用Socket 423的PPGA INT2，PPGA INT3，OOI 423-pin，PPGA FC-PGA2和Socket 478的PPGA FC-PGA2以及赛扬采用的PPGA等等。Willamette核心制造工艺落后，发热量大，性能低下，已经被淘汰掉，而被Northwood核心所取代。Northwood 这是目前主流的Pentium 4和赛扬所采用的核心，其与Willamette核心最大的改进是采用了0.13um制造工艺，并都采用Socket 478接口，核心电压1.5V左右，二级缓存分别为128KB（赛扬）和512KB（Pentium 4），前端总线频率分别为400/533/800MHz（赛扬都只有400MHz），主频范围分别为2.0GHz到2.8GHz（赛扬），1.6GHz到2.6GHz（400MHz FSB Pentium 4），2.26GHz到3.06GHz（533MHz FSB Pentium 4）和2.4GHz到3.4GHz（800MHz FSB Pentium 4），并且3.06GHz Pentium 4和所有的800MHz Pentium 4都支持超线程技术（Hyper-Threading Technology），封装方式采用PPGA FC-PGA2和PPGA。按照Intel的规划，Northwood核心会很快被Prescott核心所取代。Prescott 这是Intel最新的CPU核心，目前还只有Pentium 4而没有低端的赛扬采用，其与Northwood最大的区别是采用了0.09um制造工艺和更多的流水线结构，初期采用Socket 478接口，以后会全部转到LGA 775接口，核心电压1.25-1.525V，前端总线频率为533MHz（不支持超线程技术）和800MHz（支持超线程技术），主频分别为533MHz FSB的2.4GHz和2.8GHz以及800MHz FSB的2.8GHz、3.0GHz、3.2GHz和3.4GHz，其与Northwood相比，其L1 数据缓存从8KB增加到16KB，而L2缓存则从512KB增加到1MB，封装方式采用PPGA。按照Intel的规划，Prescott核心会很快取代Northwood核心并且很快就会推出Prescott核心533MHz FSB的赛扬。Athlon XP的核心类型 Athlon XP有4种不同的核心类型，但都有共同之处：都采用Socket A接口而且都采用PR标称值标注。Palomino 这是最早的Athlon XP的核心，采用0.18um制造工艺，核心电压为1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。Thoroughbred 这是第一种采用0.13um制造工艺的Athlon XP核心，又分为Thoroughbred-A和Thoroughbred-B两种版本，核心电压1.65V-1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz和333MHz。Thorton 采用0.13um制造工艺，核心电压1.65V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为333MHz。可以看作是屏蔽了一半二级缓存的Barton。Barton 采用0.13um制造工艺，核心电压1.65V左右，二级缓存为512KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为333MHz和400MHz。新Duron的核心类型AppleBred 采用0.13um制造工艺，核心电压1.5V左右，二级缓存为64KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。没有采用PR标称值标注而以实际频率标注，有1.4GHz、1.6GHz和1.8GHz三种。Athlon 64系列C