对微处理器的简单调研

1、对微处理器的简单调研一、关于CPU与GPU微处理器(micro processor )是可编程化特殊集成电路。用作处理通用数据时，叫做 中央处理器(Central Processing Unit, CPU)这也是最为人所知的应用(如：Intel Pentium CPU)；专用于作图像数据处理的，叫做 Graphics Processing Unit图形处理器(如 Nvidia GeForce 6150 GPU)；用于音频数据处理的，叫做Audio Processing Unit音频处理 单元(如Creative emu10k1 APU)等等。物理性来说，它就是一块集成了数量庞大的微型 晶体管与

2、其他电子组件的半导体集成电路(Integrated Circuit, IC)芯片。微处理器的发展：工艺技术的进步和应用需求的增长一直是计算机技术发展的两大动力。微处理器的发展 也不例外。最早的微处理器Intel 4004出现在70年代初期，只有4位字长，其结构也相当简单， 只有2300个晶体管。而那个时代大型计算机的CPU体系结构已经有了长足的发展，采用 了流水线、动态调度、并行等提高性能的方式，实现上也很复杂。可以说，微处理器最初的 出现，完全是因为半导体集成电路工艺的进步。集成度提高意味着线宽变窄，从而信号在片内传输单位距离所需的延迟也相应增大(当 然另一方面也缩短了各功能单元之间的距离)

3、；时钟频率的不断提高，又使功耗不断增大。 为了解决这两个方面的问题，芯片的体系结构越来越强调结构的层次化、功能部件的模块化 和分布化，即每个功能部件都相对地简单，部件内部尽可能保持通信的局部性。另一方面， 集成度的提高，使得单片上可用的晶体管数越来越多，为处理器的设计者提供了更多的资源 来实现更高性能的芯片，可以在单个芯片上创造更复杂和更灵活的系统。随着半导体工艺按照摩尔定律的迅速发展，微处理器的结构和应用都有了很大的发展， 这个过程可粗分为如下三个发展阶段：1、初始阶段：从4004到出现个人电脑前，应用范围较窄，结构逐步改进中。2、追赶阶段：从Intel 8088用于IBMPC开始，微处理器

4、的应用逐步得到发展， 结构上不断吸取以前大型机的研究成果，性能不断提升。但主要用于微机和工业控 制，中大型机还不用微处理器。3、超越阶段：从上个世纪90年代开始，微处理器的性能开始超过传统的大型机， 结构上也出现了超标量、超流水线等传统大型机里没有的新结构，微处理器开始应 用于(几乎)一切计算机和电子设备。进入二十一世纪，当工艺技术进步到已经能够把应用所需要的足够多的晶体管放到一个 芯片上的时候，微处理器的发展就主要是由应用来决定了。因为没有哪个体系结构在运行所 有的应用时都能达到最优性能，因此处理器的设计者必需调整体系结构设计来适应目标应用 的要求。市场根据成本、性能、功耗、规模、进入退出市

5、场的时间来影响体系结构的设计。 应用领域的重要性(如军事)和流行程度(如Web应用和在线事务处理)也会产生新的市 场需求。二、AMD在CPU与GPU领域的现状与成就AMD处理器产品发展过程可分为五个阶段：第一阶段80486至K6阶段。初期的产品策略主要是以较低廉的产品价格为诉求，虽然最高性能不如同期的Intel产 品，但却拥有较佳的价格性能比。第二阶段K7阶段。K7的性能尤其是在浮点运算能力方面，受到不少DIY（自行组装电脑）用户的欢迎。 由于相对于Intel，AMD对于CPU的倍频锁定限制较松，因此广受许多超频用户的欢迎。 但也由于缺乏过热保护，超频过度的K7系列CPU有较高的烧毁风险，导致

6、部分消费者对其 稳定度的信心偏低。第三阶段K8阶段。由于率先于Intel之前优先投入64位CPU的市场，使得AMD在64位CPU的领域有比 较早发展的优势，此阶段的AMD产品仍采取了一贯的低主频高性能策略，解决因为电气性 能有限导致CPU不稳定和发热量、耗电功率过大的问题，并导入使用IBM开发的SOI技术， 使得K8相较同期Intel公司的P4处理器相同性能上有较低的功耗。第四阶段K10阶段。由于本地四核心的设计复杂，加上电路设计Bug，导致AMD初期82核心步进的Opteron （Barcelona）和Phenom（Agena）性能不彰，时钟频率提升困难。为此AMD特别发布解决 82核心步进

7、BUG的Patch，名称为“TLB Patch”。AMD接下来还将发布解决TLB Bug问题 的83核心步进，可使AMD K10处理器的整体性能再提升15%。第五阶段K10.5阶段，AMD在2007年5月已完成45nm的SRAM晶圆生产，10月宣布45nm的处理 器开始试产。AMD的45nm处理器在德国德累斯顿300mm晶圆厂Fab 36生产，生产制程由 AMD与IBM合作开发。譬如沉浸平版印刷术、AMD第四代SOI、Ultra-Low-K等，与Intel 的有所不同。AMD认为，即使没有High-K、金属栅极技术也能顺利步入45nm时代，并不 是必要的，不过到了32nm就是必需的了。此番展示

8、的处理器包括服务器版本“Shanghai”和 桌面版本“Deneb”，均为高端四核心型号。AMD在2008年10月正式发布45nm处理器，首先 推出的是“Shanghai”，之后在2009年5月推出了6核心的Opteron，代号“Istanbul”，仍使用 Socket F脚位，2009年下半年推出AMD第三代Opteron平台，改用Socket G34脚位，推出 代号Sao Paulo”的6核心Opteron，将支持DDR3存储器与HyperTransport3.0协议，还会推出 12核心 Opteron，代号为“Magny-Cours”中央处理器AMD的产品线中，大致分为以下几种。Geod

9、e属于低功耗嵌入式处理器，专门使用于嵌入式平台、移动设备和Thin ClientSempron属于较低级配备，单/双核心技术，性能与时钟频率较差，但温度相对低 很多Athlon 64属于单核心技术，适用于中低级用户Athlon X2属于双核心技术，适用于要处理多任务作业的用户Athlon II属于双/三/四核心45纳米技术，为AMD最新推出的产品Turion 64属于单核心技术，专门用于一般移动市场Turion 64 X2属于双核心技术，专门用于高性能移动市场Athlon 64 FX属于单/双核心技术，运行性能较高，对多媒体处理、3D游戏，FX 系列是最佳的选择Phenom属于三/四核心技术，

10、为AMD近期推出的产品Phenom II属于双/三/四/六核心45纳米技术，为AMD最新推出的产品 Opteron属于单/双/四/六/十二核心技术，专门用于高性能服务器产品 芯片组：在1999年，AMD发布了 K7处理器。由于使用与Intel处理器不同的Slot A接口，所以 AMD制造了自家的芯片组配合之。第一款芯片组是AMD-750，支持SDRAM和AGP接口。 该芯片组亦支持双处理器囹。在AMD收购ATI后，AMD得到了 ATI的芯片组技术。推出 集成式芯片组，例如AMD 690G芯片组。亦将原有的ATI芯片组产品正名为AMD产品。 显示核心：AMD于2006年7月24日（GMT+8）宣

11、布以54亿美元全面并购ATI，到2006年7月底并购 工作已经开始，原ATi的研发中心都已开始人事变动，AMD和ATi在等待来自联邦法院的 裁决，认定该兼并生效。这次收购令AMD取得显示核心技术。2008年8月，AMD与Broadcom达成协议，后者会收购AMD的数字电视芯片业务。包 括Xilleon集成处理器和Theater数字电视处理器6。其他非技术领域具有市场竞争力的因素：对于企业，最难预测的不是生产规模、财务预算，而是不知道下一次产业的转机是什么。 杰里.桑德斯用自己的行动和精神，将充斥在每一个市场的、冰冷的竞争性化作了一个企 业血管中奔流不息的热血，并且传承给了 AMD的后来者。三、

12、AMD最新发展动向与展望目前，虽然AMD近年来在处理器市场混的也算不错，特别是几款高性价比的双核，三 核和四核处理器上市满足了消费者眼球，也挣到了银子，不过随着Core i系列的推出，AMD 的处理器在性能上没有任何优势，特别是在Intel的“Tick-Tock”战略压制下，AMD始终不曾 在桌面处理器领域获得主动权，同时AMD在处理器领域玩的“田忌赛马”策略也逐渐出现颓 势，在Intel强悍的技术实力和领先的市场份额面前，AMD显得有点力不从心。因此，AMD 只有再次进行技术创新，才有希望改变一直被Intel所压迫的局面。2011年对AMD的分析 预测可能会比较扑朔迷离。AMD公司的首席执行

13、官德克.梅耶尔在1月17日下午突然离职 -这正是AMD公司的竞争对手英特尔和Nvidia公司宣布结成联盟的日子，与Nvidia进军处 理器市场仅隔一周的时间-这预示着AMD的管理层看到了不为外界所知的挑战。为打翻身 仗，在今年下半年，AMD将会和推土机处理器一同推出定位高端市场的Llano APU，这一 系列处理器将面向桌面和移动市场。1、关于AMD的新产品不论是消息中的四模块八核心推土机将拥有16MB超大缓存容量，还是推土机内存控 制器得到全面增强，抑或是推土机将使用弹性浮点单元”；无论是”推土机”将采用与老主板 不兼容的AM3+接口，还是近期闹得纷纷扰扰的“跳票”，这些都不如下面这条消息令

14、人震撼： 八核心推土机比八线程i7-950快50%。推土机架构带来了很多全新的特性，采用模块化设计，传统的核心被模块取代，每个模 块拥有两个四管线核心，互相共享一个浮点调度器和两个128bit乘法累加单元（FMAC）。 这两个核心都拥有自己独有的整数调度器、一级缓存，共享2MB L2缓存。最高等级的推土 机处理器采用四模块（相当于八核心）设计，L3缓存高达8MB，加上每个模块自身拥有的 2MB二级缓存，整颗推土机处理器的缓存容量达到了 16MB。这样每个模块设计共享一个 浮点调度器可以节省大量的晶体管，有效降低处理器核心面积进而降低成本，此外功耗也更 好控制。每个模块的两个128bit FMA

15、C单元既可以被每个核心（每个模块可以简单看做现 在的两个核心）单独使用，也可以合并成一个256bit FMAC。此外，推土机新架构讲支持全 新的 X86 指令集，包括 SSE4.1、SSE4.2、AVX、XOP。今年下半年，AMD将会和推土机处理器一同推出定位高端市场的Llano APU。Llano APU采用融合设计，CPU部分基于跟现在的Athlon II和Phenom II系列处理器同样的K10 架构，采用32nm工艺制造，GPU部分则是采用Radeon 6000系列显示核心AMD A8-3530MX 移动版APU将采用四核心设计，隶属Sabine平台，这款处理器默认主频为1.9GHz，

16、在第 二代Turbo Core技术帮助下，最高可以自动加速至2.6GHz，此外，A8-3530MX拥有4MB 二级缓存，内部融合了 Radeon 6620G物理显示核心，拥有400个流处理器，默认核心频率 为 444MHz。AMD A8-3530MX移动版APU内置了 DDR3-1333和DDR3-1600内存控制器，能够支 持标准电压版和节能低压版内存，尽管融合了 400个流处理器的HD6000系列显示核心，但 是整颗芯片的TDP功耗控制在了 45W。AMD A8-3530MX移动版APU将采用FS1接口，并和A60M、A70M南桥芯片组搭配。 这款处理器预定于今年年内发布，毫无疑问它将成为

17、2012年之前的最强四核移动处理器。2、关于市场竞争分析对于一家在几年前还不那么热衷于多核的厂商来说，AMD现在似乎已经无法满足现状 了，这也从另一方面反映了来自用户的需求AMD认为，用户尤其是高性能计算用户 正在部署采用12核Magny-Cours处理器的系统来取代8核系统。越来越多的用户会选 择更高主频和更好的内存/缓存带宽比，所以自然会选项与8和新版本。事实证明，有不少 主流企业用户正是如此。但是在高性能计算和其他领域，对更多核心的偏好要远远超过速度。不过，AMD顶级服务器芯片的核心优势并没有让他们在与Intel芯片的浮点性能方面 占优。Sandy Bridge和Bulldozer都支持

18、扩展的256位浮点运算，采用新的AVX指令。向量 扩展是FLOPS峰值性能提升两倍。但是因为每个双核Bulldozer模块共享一个256位浮点单 元，所以当应用进行这些扩展FP操作时，Bulldozer处理器将需要两倍的核心数来追赶Sandy Bridge oAPU的中文名字叫做“加速处理器”，是由AMD融聚理念而诞生的产品。它第一次将 CPU和GPU做在一个芯片上，因此同时具有高性能处理器和最新独立显卡的性能。APU支 持DirectX 11游戏和最新应用的“加速运算”，以此大幅提升电脑的运行效率，实现了 CPU 与GPU的真正融合。在不断变化的大环境下，AMD非常有信心的推出了 APU这款

19、产品。 APU是40年来X86架构发展的重大变革，目前市场中已经推出了 APU产品，且已经应用 在台式机和笔记本中。为何APU如此受到用户欢迎，APU是将CPU与GPU完全融合在一 起，现在的很多应用，比如看电影、上网、玩游戏以及一些工作方面的内容，通过CPU与 GPU的融合，APU可以在最流行的应用端方面大幅提升效率。目前，AMD公司仅仅是展 示了他们的Fusion C-Series低能耗APU（加速处理单元），其Fusion G-Series嵌入式加速处理 单元很快就会投放市场。这两款加速处理单元都是基于公司最新的低能耗山猫中央处理器核 心-这是AMD公司2003年首次推出的最新X86核心。两款加速处理单元的特性都是在同 一个硅晶片上整合了 Radeon图形处理器核心。尽管这些中央处理器和图形处理器结合的加 速处理单元很具吸引力，但要想用在智能手机或者平板电脑上却是不可能的，不过我们会拭 目以待。四、CPU、GPU以及AMD调研总结在微处理器的发展方面，成本、性能、功耗、规