作为电脑的核心器件:处理器,在去年除了频率的有限提升,并没有划时代的产品的出现。但是Intel提出的一些处理器发展新动向却令人瞩目,将对今后电脑发展产生重大影响。
首先是将“双核心”技术被确立为今后提升CPU性能的重点。其次在未来一年内,Intel会终止Tejas等下一代NetBurst架构处理器的开发计划,转而将目前的移动平台Pentium-M作为未来桌面平台的核心架构,在65nm生产工艺的支持下,构造一个性能强、功耗低、成本适中的桌面处理器平台,这完全颠覆了过去二十年中个人电脑处理器发展的一贯模式。
一、双核心处理器技术
CPU是决定电脑性能的核心部件,而CPU性能与工作频率密切相关。英特尔从P4开始采用增加管线长度的方法来提升工作频率,但前进至3 GHz以上后,遭遇到因漏电流问题导致产生大量废热,限制芯片频率提升的瓶颈,通过增加管线长度来提升工作频率的技术已经走到尽头。使用多个处理器来提高电脑计算能力是很容易想到的解决方案,也在服务器领域得到了广泛应用。
不过由于组建双CPU系统的高成本和复杂性,桌面电脑上并未得到普及。在CPU频率提升遇到困难和双CPU系统难以普及的情况下,Intel推出了在单颗CPU内部模拟两个虚拟逻辑处理器的超线程技术,然而该技术带来的性能提升并不明显,因为只使用了一套执行单元和缓存,在某些情况下,甚至导致性能反而下降。目前长期引领处理器性能发展的“摩尔定律”已经受到挑战,人们发现处理器频率提升的步伐明显放慢,而从提高处理器工作效率入手来提高性能的“基辛格规则”今后必将取代“摩尔定律”。
真正解决CPU性能提升困难的方法是采用“双核心”技术。顾名思义,就是在一颗CPU中真正集成两个物理运行核心,并且每个核心都使用自己独立的高速缓存,因此在实际使用中,这种“双核心处理器”和使用两颗独立CPU组建的系统在工作原理和性能上基本没有区别。
在双内核处理器当中,每个内核都有独立的HyperTransport总线连接系统请求单元(SRQ)和系统内存,能在一个时钟周期之内处理两倍以上的数据,管理一个以上的线程,这种技术使得整个系统性能有相当大的提高,而整体设计难度和制造成本并不高,从而能够在普通桌面系统中得到普及。
双核心处理器将带来的性能提升是毋庸置疑的,尤其对那些用电脑进行视频文件处理工作的朋友特别有益。即使你使用的视频处理软件不支持双核心处理器,但仍可以发挥其善于同时进行多任务的特长,让视频软件利用一个CPU核心在后台运行长时间才能完成的视频文件处理任务,你却可在前台利用另一个CPU核心同时运行其它程序,而且不影响后台的文件处理运算,大大提高工作效率。
目前双核心处理器已经有不少实际的产品推出,象IBM Power4处理器, Sun的UltraSparc IV也采用了双核心设计。预计从明年开始,各厂商将争相发布相关产品。英特尔将在2005推出的首款桌面电脑用双核心处理器:“Smithfield”,更令我们关注。而代号为“Tanglewood”的高端Itanium芯片将包含多达16个独立的处理器。
继Intel、AMD之后,VIA也确认将进军双内核处理器市场,看来64bit运算和双内核将是今后处理器发展的两大趋势。VIA双内核处理器预计将在明年六月前推出,按照这个计划,VIA很可能将成为第一个发布双内核x86处理器的公司。VIA双内核处理器的特点在于体积小巧而且耗电较低,两块处理器可以安装在一块小的Mini-ITX主板上,这样客户可以选择包括两个Mini-ITX主板,总共4个双内核处理器在1U服务器上使用。VIA的双内核处理器包含了两个芯片,每个芯片内都封装了一个Esther处理器。相比而言,AMD和Intel的双内核处理器是在一个单独的芯片内集成两个内核。VIA也计划发布单独的双内核芯片,但是该产品估计不会在短期内上市。
二、新型材料技术的应用
在半导体制造业发展的几十年中,硅原料本身的自然属性一直没有对芯片运行速度的提高产生任何阻碍作用。但是,随着芯片制造技术的不断改进,硅原料自身的一些不足之处逐渐成为了芯片运行速度进一步提高的绊脚石,著名的“摩尔定律”一次次受到挑战。为此涌现出很多新技术用来改进这种状况,但是许多年来,制作芯片的硅衬底本身在本质特性上并未发生任何变化。
目前在一些实验中采用了单一同位素硅(100%的硅28)做原料,大大改善了芯片的发热和能耗问题。尽管这种纯同位素材料与现在的混和同位素材料相比能够带来很高的性能提升,但是其高昂的制造成本也使得该材料被大规模使用的可能性极小。目前在大规模量产中真正可行的改进方案就是应变硅技术。
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