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芯片相关-- Cpu历史--半岛彩票intel系列

发布时间:2023-08-01 06:02浏览次数: 来源于:网络

  半岛彩票上次发了一篇文章,本以为没有人会感兴趣,大家关注的还挺多的,正好最近有空,把cpu的历史做了一个简单的回顾,将历史上出现的相关厂家关键芯片做个梳理,通过发展历史,大致了解脉络后,看罗马也不是一天完成的。

  说明:使用到的图片大部分来源于厂家公开资料及网络上各种公开渠道,包含淘宝,博物网站等,如有侵权,请站内私信我删除。

  4004是美国英特尔公司(Intel)推出的第一款微处理器,也是全球第一款微处理器;1971年11月15日发布。4004处理器的尺寸为3mm×4mm,外层有16只针脚,内有2300个晶体管,采用五层设计,10um的制程工艺。4004的最高时脉有0.74MHz,能执行4位元运算,支援8位元指令集及12位元位址集。当时钟频率仅为108KHz时,可以每秒运算6万次。

  1978和1979年,Intel公司先后推出了8086和8088芯片,它们都是16位微处理器,内含29000个晶体管,时钟频率为4.77MHz,地址总线MB内存。内部数据总线,芯片首次用于IBMPC机中,开创了全新的微机时代。

  外形和课本上的8051芯片很像,功能性能都类似,但8051更像一颗SOC。1981年INTEL推出的MCS-51单芯片,数据是8bit,8051是其中一种,后来授权给其它芯片公司开发出各种形态的51单片机产品。

  1982年,Intel推出了80286芯片,该芯片含有13.4万个晶体管,时钟频率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其内部和外部数据总线有两种工作方式:实模式和保护模式。

  1985年,Intel推出了80386芯片,它是80X86系列中的第一种32位微处理器,内含27.5万个晶体管,时钟频率为12.5MHz,后提高到20MHz,25MHz,33MHz。其内部和外部数据总线位,地址总线的广泛应用,将PC机从16位时代带入了32位时代。比80286更多的指令集。

  这种陶瓷封装很有质感,成本估计不菲,现在估计只有在军品中可以看见身影了。

  1989年,Intel推出了80486芯片,这种芯片实破了100万个晶体管的的界限,集成了120万个晶体管。其时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是将80386和数学协处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内,并且在80X86系列中首次采用了RISC技术,可以在一个时钟周期内执行一条指令。

  1989年上市时价格为950美元,这时CISC中也加入了RISC技术,其实后来大家都在互相借鉴,都不适合简单粗暴的用cisc和risc来区分了。

  1995年11月1日,Intel推出了Pentium Pro处理器。Pentium Pro的工作频率有150/166/180和200MHz四种,都具有16KB的一级缓存和256KB的二级缓存。它是基于Pentium 完全相同的指令集和兼容性,达到了440 MIPs 的处理能力和5.5 M个晶体管。这几乎相当于比4004处理器的晶体管提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro采用了“PPGA” 封装技术。即一个256KB的二级缓存芯片与Pentium Pro芯片封装在一起 ,两个芯片之间用高频宽的内部总线互连,处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中,这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。TDP:31.7 W ~ 44 W,16 KB (資料與指令快取各 8 KB) 4-way,L2 快取大小:256 KB / 512 KB / 1 MB,Socket 8 ( 387 針腳 PGA 封裝),550万晶体管。

  例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是运行在200MHz,也就是工作在与处理器相同的频率上,这在当时可以算得上是CPU技术的一个创新。Pentium Pro的推出,为以后Intel推出PⅡ奠定了基础。

  PENTIUM引起的轰动尚未结束,Intel公司又推出了新一代微处理器——P6。P6含有550万个晶体管,时钟频率为133MHZ,处理速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。

  P6的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。值得注意的是在P6的一个封装中除P6芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片,两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线最引人注目的是具有一项称为“动态执行”的创新技术,这是继PENTIUM在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。

  1997年,在奔腾(P54C)和P6的基础上又有了新的发展,一块奔腾(P54C),加上57条多媒体指令,就得到了多能奔腾(P55C),相对P54C,P55C在以下几方面做了改进:(1)支持称为MMX多媒体扩展的新指令集,有57条新指令,用于高效地处理图形、视频、音频数据;(2)内部Cache从16KB增加到32KB。(3)优化了CPU的执行核心。

  金灿灿的年代到奔腾pro就结束了,后续的cpu封装感觉少了一份豪华感,据说这种封装里有价值上百的黄金

  为了弥补P6的某些缺陷,Intel在P6基础上开发了两个变体:Klamath(即PentiumⅡ)和Deschutes来补充完善它。

  PentiumII改变了以往的PGA陶瓷封装,而把处理器芯片、L2高速缓存以及TAGPAM(用来管理L2高速缓存)集成在一块电路板上,然后封装在新的SEC(SingleEdgeContact,单边接触盒)内。由于采用了新的SEC封装,PentiumII必须插在242线插槽内,也就是说,PentiumII不兼容Socket7结构。

  当时的减配版本,L2缓存减半的超频神器赛扬300A,当时由于cpu功耗大约20W,不像现在动辄一百多瓦,稍微改善一下散热就有超频环境,当时这颗CPU也成为经典,特别是370封装的,主板芯片组跨度大,实惠的选择很多。

  最初版本Katmai与Pentium Ⅱ均使用0.25μm制程,唯一的差别是加入了SSE,改进一级缓存控制器,效能有所提升。

  第二个版本Coppermine(铜矿)开始普遍采用了新的Socket 370(FC-PGA)接口,由于使用了0.18μm制程,INTEL能够在CPU芯片内集成了低延迟性全速256KB第二级缓存。

  最后一个版本Tualatin只是实际上英特尔的0.13μm制程试验。在2001年至2002年早期推出,主频分别为1.0、1.13、1.2、1.26、1.33和1.4 GHz,同样采用了256K二级缓存。但由于使用FC-PGA2封装而无法与之前的主板兼容。针对桌面市场的Tualatin产量很少,大部分Tualatin特别是512KB二级缓存的衍生版本(称为 Pentium Ⅲ-S)用于服务器市场。

  英特尔公司于2000年11月发布的第7代x86微处理器。是继1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新设计过的处理器,这一新的架构称做NetBurst。首款产品代码为:Willamette,拥有1.4GHz左右的内核时钟,并使用Socket 423脚位架构,首款处理器于2000年11月发布。开启频率大战,性能却没有大幅度提升。到4GHz时,功耗问题止步,2005年年中放弃了Pentium 4,并转向升温更少的Pentium M。

  酷睿(Core)是英特尔公司推出的面向中高端消费者、工作站和发烧友的一系列CPU。酷睿替代了曾经是中高端的奔腾(PenTium),将奔腾移至入门级,并将赛扬(Celeron)处理器推向低端。当前常见的I3I5I5就是这个系列,I7还出过至尊版Intel Core i7 Extreme EdiTIon,还有I9处理器。

  奔腾(PenTium)是英特尔公司的一个注册商标,作为其x86处理器品牌之一,于1993年推出。之前奔腾是英特尔的唯一的x86处理器产品线,后来随着其产品线的扩展衍生出低端的赛扬(Celeron)系列、供服务器以及工作站使用的至强(Xeon)系列。2006年英特尔推出酷睿(Core)系列处理器产品线,取代原奔腾处理器系列的市场定位。如今奔腾定位中端系列,介于赛扬和酷睿之间。

  赛扬(Celeron)是英特尔公司中央处理器的一个注册商标。赛扬处理器是Intel旗下经济型产品,于1998年推出。

  至强(Xeon)是Intel的一个中央处理器品牌,主要供服务器及工作站使用,亦有超级计算机采用此处理器。Intel XeonE3-1230曾因高性价比而受到电脑DIYer的热捧,有“i5的价格,i7的性能”的美誉。

  安腾(Itanium),是英特尔安腾架构(IA-64)的64位处理器。第一款安腾于2001年推出,该处理器的市场定位是在于企业服务器与高性能运算系统。

  凌动(Atom)开发代号Silverthorne,是Intel的一个超低电压处理器系列。该处理器的市场定位是在于智能手机、平板电脑和低成本PC,上网本等。

  Quark是英特尔的32位x86 SoC和μCs系列,专为小尺寸和低功耗设备而设计,并面向包括可穿戴设备在内的新市场。该处理器虽然比 Atom处理器更慢,但体积和功耗更小。

  在2021的Hot Chips大会上,英特尔详细解读了高性能处理器——Alder Lake的架构。Alder Lake是英特尔的桌面级CPU架构,英特尔放弃了同构CPU核的设计,转向了大小核。P系列大核专注单线程性能,其中有两个新的东西:一个是Matrix Engine,作为AI协处理器;另外一个是PM Controller,负责细粒度的功耗管理。

  E系列小核专注多线程吞吐(Throughput),所以小核的Front-End更深,Back-End更宽。另外小核和大核的ISA是兼容的,且四核共享MLC。

  除此之外,Alder Lake为了大小核的调度,引入了Thread Director。工作原理是先根据应用部署在大核或小核上的IPC差异,对应用进行分类,然后OS根据应用类型进行调度。

  ITD,全称硬件线程调度器(Interl Thread Director),是一个全新的硬件资源调度方式。Alder Lake架构中将包含两种不一样的处理器核心:P-Core和E-Core。就像ARM架构SoC中的大小核一样,P-Core和E-Core在性能与能耗上也有自己的差异。因两种核心在结构、能耗与擅长的运算种类上有所差异,如何调度两种核心,将用户的操作分配到适合的核心就成了Alder Lake要面对的首要难题。

  ITD的出现为的就是解决硬件资源分配的问题。在ITD出现之前,Windows采用的是一个比较简单的硬件资源分配方式:Windows 10认为哪个软件在前台,哪个软件拥有最高的优先级,就能分配到最强的核心。同时,过去处理器与操作系统之间的信息汇报也较为单一,操作系统并不能详细了解各个核心的工作状况。

  根据英特尔公布的数据,Alder Lake最高可以支持16个混合内核、24个线、Thunderbolt 4、Wi-Fi 6E等等这些最新的接口、存储和数据传输技术。

  看到这里,应该对通用cpu的主力厂家之一intel有了一个初步的印象。Cpu的大厦也是从简单的4004一步一步发展到如今的程度,每一步的变化都是有历史原因的,是有迹可循的。

  目前主流的民用cpu除了intel就是AMD,也是大家说的农企,最近苏妈领导的农企表现非常抢眼,不光价格可以,性能也随着zen架构发布逆转,AMD,YES!成了装机吧佬的口头禅。

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