制造工藝的微米是指IC內電路與電路之間的距離。制造工藝的趨勢是向密集度愈高的方向發展。密度愈高的IC電路設計,意味著在同樣大小面積的IC中,可以擁有密度更高、功能更復雜的電路設計。現在主要的180nm、130nm、90nm、65nm、45納米。intel已經于2010年發布32納米的制造工藝的酷睿i3/酷睿i5/酷睿i7系列。并且已有發布22nm與15nm產品的計劃。而AMD則表示、自己的產品將會直接跳過32nm工藝(2010年第三季度生產少許32nm產品、如Orochi、Llano)于2011年中期初發布28nm的產品(APU)
指令集
⑴CISC指令集
CISC指令集,也稱為復雜指令集,英文名是CISC,(Complex Instruction Set Computer的縮寫)。在CISC微處理器中,程序的各條指令是按順序串行執行的,每條指令中的各個操作也是按順序串行執行的。順序執行的優點是控制簡單,但計算機各部分的利用率不高,執行速度慢。其實它是英特爾生產的x86系列(也就是IA-32架構)CPU及其兼容CPU,如AMD、VIA的。即使是現在新起的X86-64(也說成AMD64)都是屬于CISC的范疇。
要知道什么是指令集還要從當今的X86架構的CPU說起。X86指令集是Intel為其第一塊16位CPU(i8086)專門開發的,IBM1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU-i8088(i8086簡化版)使用的也是X86指令,同時電腦中為提高浮點數據處理能力而增加了X87芯片,以后就將X86指令集和X87指令集統稱為X86指令集。
雖然隨著CPU技術的不斷發展,Intel陸續研制出更新型的i80386.i80486直到過去的PII至強、PIII至強、Pentium 3,Pentium 4系列,最后到今天的酷睿2系列、至強(不包括至強Nocona),但為了保證電腦能繼續運行以往開發的各類應用程序以保護和繼承豐富的軟件資源,所以Intel公司所生產的所有CPU仍然繼續使用X86指令集,所以它的CPU仍屬于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU(如AMD Athlon MP、)都使用X86指令集,所以就形成了今天龐大的X86系列及兼容CPU陣容。x86CPU目前主要有intel的服務器CPU和AMD的服務器CPU兩類。
⑵RISC指令集
RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ”的縮寫,中文意思是“精簡指令集”。它是在CISC指令系統基礎上發展起來的,有人對CISC機進行測試表明,各種指令的使用頻度相當懸殊,最常使用的是一些比較簡單的指令,它們僅占指令總數的20%,但在程序中出現的頻度卻占80%。復雜的指令系統必然增加微處理器的復雜性,使處理器的研制時間長,成本高。并且復雜指令需要復雜的操作,必然會降低計算機的速度。基于上述原因,20世紀80年代RISC型CPU誕生了,相對于CISC型CPU,RISC型CPU不僅精簡了指令系統,還采用了一種叫做“超標量和超流水線結構”,大大增加了并行處理能力。RISC指令集是高性能CPU的發展方向。它與傳統的CISC(復雜指令集)相對。相比而言,RISC的指令格式統一,種類比較少,尋址方式也比復雜指令集少。當然處理速度就提高很多了。目前在中高檔服務器中普遍采用這一指令系統的CPU,特別是高檔服務器全都采用RISC指令系統的CPU。RISC指令系統更加適合高檔服務器的操作系統UNIX,現在Linux也屬于類似UNIX的操作系統。RISC型CPU與Intel和AMD的CPU在軟件和硬件上都不兼容。
目前,在中高檔服務器中采用RISC指令的CPU主要有以下幾類:PowerPC處理器、SPARC處理器、PA-RISC處理器、MIPS處理器、Alpha處理器。
⑶IA-64
EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computers,精確并行指令計算機)是否是RISC和CISC體系的繼承者的爭論已經有很多,單以EPIC體系來說,它更像Intel的處理器邁向RISC體系的重要步驟。從理論上說,EPIC體系設計的CPU,在相同的主機配置下,處理Windows的應用軟件比基于Unix下的應用軟件要好得多。
Intel采用EPIC技術的服務器CPU是安騰Itanium(開發代號即Merced)。它是64位處理器,也是IA-64系列中的第一款。微軟也已開發了代號為Win64的操作系統,在軟件上加以支持。在Intel采用了X86指令集之后,它又轉而尋求更先進的64-bit微處理器,Intel這樣做的原因是,它們想擺脫容量巨大的x86架構,從而引入精力充沛而又功能強大的指令集,于是采用EPIC指令集的IA-64架構便誕生了。IA-64 在很多方面來說,都比x86有了長足的進步。突破了傳統IA32架構的許多限制,在數據的處理能力,系統的穩定性、安全性、可用性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。
IA-64微處理器最大的缺陷是它們缺乏與x86的兼容,而Intel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件,它在IA-64處理器上(Itanium、Itanium2 ……)引入了x86-to-IA-64的解碼器,這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器,也不是運行x86代碼的最好途徑(最好的途徑是直接在x86處理器上運行x86代碼),因此Itanium 和Itanium2在運行x86應用程序時候的性能非常糟糕。這也成為X86-64產生的根本原因。
超流水線與超標量
在解釋超流水線與超標量前,先了解流水線(Pipeline)。流水線是Intel首次在486芯片中開始使用的。流水線的工作方式就象工業生產上的裝配流水線。在CPU中由5-6個不同功能的電路單元組成一條指令處理流水線,然后將一條X86指令分成5-6步后再由這些電路單元分別執行,這樣就能實現在一個CPU時鐘周期完成一條指令,因此提高CPU的運算速度。經典奔騰每條整數流水線都分為四級流水,即指令預取、譯碼、執行、寫回結果,浮點流水又分為八級流水。超標量是通過內置多條流水線來同時執行多個處理器,其實質是以空間換取時間。而超流水線是通過細化流水、提高主頻,使得在一個機器周期內完成一個甚至多個操作,其實質是以時間換取空間。例如Pentium 4的流水線就長達20級。將流水線設計的步(級)越長,其完成一條指令的速度越快,因此才能適應工作主頻更高的CPU。但是流水線過長也帶來了一定副作用,很可能會出現主頻較高的CPU實際運算速度較低的現象,Intel的奔騰4就出現了這種情況,雖然它的主頻可以高達1.4G以上,但其運算性能卻遠遠比不上AMD 1.2G的速龍甚至奔騰III。
封裝形式
CPU封裝是采用特定的材料將CPU芯片或CPU模塊固化在其中以防損壞的保護措施,一般必須在封裝后CPU才能交付用戶使用。CPU的封裝方式取決于CPU安裝形式和器件集成設計,從大的分類來看通常采用Socket插座進行安裝的CPU使用PGA(柵格陣列)方式封裝,而采用Slot x槽安裝的CPU則全部采用SEC(單邊接插盒)的形式封裝。現在還有PLGA(Plastic Land Grid Array)、OLGA(Organic Land Grid Array)等封裝技術。由于市場競爭日益激烈,目前CPU封裝技術的發展方向以節約成本為主。
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