英特尔至强处理器十二年发展历程_终端和服务器_基础信息化_4992

英特尔至强处理器十二年发展历程_终端和服务器_基础信息化_4992 英特尔至强处理器十二年发展历程_终端和服务器_基础信 息化 说起X86服务器，相信你一定会想到英特尔及其针对服务器、工作站的处理器平台:至强(Xeon)，毕竟X86服务器芯片这块市场十之八九的份额都在英特尔的手中。而且，更重要的是，在一定程度上，至强代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 了X86服务器的技术核心。 众所周知，英特尔的CPU先后经历了8086、80286、80386、80486以及此后的奔腾系列、赛扬系列和至强系列，奔腾系列又包括奔腾1、2、3、4，其中，具有里程碑性质的是8086、80486和奔腾。1993年，英特尔公司推出“奔腾”Pentium芯片，被称为586或P5，含有310万个晶体管，速度达60 MHz。1995年11月，英特尔推出“新奔腾”Pentium PRO，这是自从1979年以来的芯片家族的第六代，代号为P6，有550万个晶体管，第一批芯片运行速度为150-200 MHz。这种“新奔腾”就是至强的前身，目标直接定位于商业用高性能计算机、服务器等企业级计算领域。 翻开至强处理器12年的发展历史，我们看到，这款处理器已经发生了巨大的变化:经过了P6(奔腾III)、Netburst(奔腾4)、酷睿、Nehalem等几代微架构的变迁，制造工艺从最早的250纳米提升了现在的45纳米，CPU内核数量从单核发展到了6核，主频从400MHz提升到3.8GHz，前端总线带宽从100MHz发展到了1.6GHz，并最终转换到了全新的QPI直联架构，指令集和诸如超线程、智能节能、虚拟化等功能不断推陈出新„„ 至强的商标虽然经历了几代x86和x86-64处理器，但仍然保留了下来，旧型号是将至强放到对应的处理器名字的末尾，如奔腾II至强，奔腾III至强，但2001转换到奔腾4架构上之后，新型号则一率直接叫至强，这似乎也意味着基于至强的PC服务器正一步步脱离PC的色彩，更加强大，也更加独立。比较而言，至强 CPU除了多重处理能力、在同一主板上支持多颗处理器外，比对应的桌面级CPU拥有更多的缓存。 笔者按照处理器微架构的不同，将至强这12年的历史分成了四个阶段，分别加以阐述。 1998-2000年 P6微架构时代 包括250纳米的奔腾II至强Drake、奔腾III至强Tanner以及180纳米工艺的奔腾III至强Cascades，共20多款处理器，插座接口是Slot 2，指令集只有MMX和SSE。 P6时代，CPU主频几乎完全代表了产品高低档的不同——型号中的数字与主频是一致的，不过，主频都很低，直到2000年的8月22日才出现了1GHz的“奔腾III至强1000”;前端总线带宽也很低，只有100MT/s或133MT/s。 也许最让今天人们感慨的是，P6处理器的功耗低得惊人，最高也不过46.7瓦特，最低的一款只有23瓦特。比较来看，从250纳米到180纳米制造工艺的进步对于P6主频提升和功耗降低都是非常明显的:250纳米时代，主频在400-550MHz之间徘徊，而到了180纳米的奔腾III至强Cascades，主频已经跃升至1GHz，功耗则下降了10瓦特左右，跟今天八九十瓦、甚至100多瓦的CPU相比，只有20-30瓦特的Cascades真的是相当“凉快”～ 2001-2006年 NetBusrt微架构时代 这是至强历史上持续时间跨度最长的一代架构了，甚至到2007年一季度还发布了一款基于Netburst架构的产品，包括的处理器型号非常多:180纳米的至强Foster，130纳米的至强Prestonia和Gallatin，90纳米的至强Nocona、Irwindale、Paxville、Cranford、Potomac，以及65纳米的Dempsey和Tulsa，一共有70多款处理器，CPU插座有LGA 771、Socket 603。 这时至强已经开始逐渐摆脱PC的影响，型号前面也不在加上“奔腾III”、“奔腾4”的标称，正在朝面向企业计算的独立平台转化，至强出现了按UP(单路系统)、DP(双路系统)和MP(多路系统)的划分方式。可以说，在NetBurst时代，至强发生了脱胎换骨式的蜕变，企业计算的特征越来越明显，同时在2003年也直接受到了AMD皓龙处理器的强有力挑战。 在这六年当中，至强的主要特性变化特点有: 1)能效计算:制造工艺从180纳米提升到了65纳米;伴随着制造工艺的进 步，主频和功耗之间的关系变得微妙起来，“要获得高主频往往得付出高功耗的代价”——180纳米(1.4-2GHz，48-77W)、130纳米(1.5-3.2GHz，30-90W)、90纳米(2.6-3.8GHz，55-165W)、65纳米(2.5-3.7GHz，95-150W)，比如主频3GHz的双核至强7040(Paxville MP)的TDP功耗就高达165W，“每瓦特性能”的概念开始出现并广泛流行，同时，英特尔也开始通过一系列技术创新如制造工艺改进、低功耗版处理器、EIST等，来保证平台更新时“在功耗不变的条件下提升性能”。英特尔甚至在2006年还尝试动用了用于笔记本电脑的处理器微架构，推出基于Pentium M (Yonah)架构的双核至强DP处理器(Sossaman)，TDP功耗为31W，使用Socket M插座，不过，主频最大仅2.166GHz。 唯主频论过时:由于唯主频论开始过时，至强的命名型号也发生了大的变 2) 化，从2006年开始，英特尔不再用“至强UP/DP/MP+主频”来的方式来命名、区别不同型号，而是分为针对双路平台的至强5000系列和针对多路平台的至强7000系列，如至强50XX(Dempsey)、至强70XX(Paxville MP)、至强71XX(Tulsa)，后面两位数用来标识CPU的不同，一般数字越大，表示性能越高;而且，由于这一阶段还开始出现核心数量、功耗的区别，所以有些产品前面也开始加上Dual Core(双核)、后面加上Low-voltage(低功耗)等字样。 3)64位计算:2004年6月，在AMD64位皓龙的竞争推动下，英特尔放弃过去单纯依靠安腾主打64位计算市场的策略，推出EMT64的Nocano，走上32位/64位兼容型计算道路; 4)多核计算:2005年开始出现双核芯，多核计算开始走上快车道; 5)多功能:指令集和CPU的功能得到了频繁更新，跟P6架构相比，新增了SSE2、SSE3指令集，以及许多过去闻所未闻的新技术，如超线程、EIST(Enhanced Intel SpeedStep Technology)智能降频节电技术、EMT64兼容32位和64位计算、XD bit(No eXecute)防病毒防恶意攻击技术、intel-vt硬件辅助虚拟化技术等。 6)均衡计算:随着处理器的性能越来越强，但前端总线的带宽提升幅度却不大，从400、533、667、800提升到1066MT/s，I/O瓶颈也越来越突出，尤其是对于四路以上的系统。在这一阶段，虽然AMD已经在2003年推出了“直连架构，集成内存控制器”的皓龙，但英特尔仍然坚持FSB架构。于是，我们看到，为了缓解CPU“吃不饱”的状况，这一时期英特尔主要是不断进行大容量L2缓存设计，甚至开始引入大容量L3缓存，如针对多路系统、FSB带宽仅有667 MT/s的双核至强7150N(Tulsa)就拥有2x1MB二级缓存和高达16MB的三级缓存。 7)虚拟化:随着X86服务器虚拟化的流行，英特尔在2006年5月份发布的Dempsey处理器中开始引入其硬件辅助虚拟化技术intel-vt，以缓解VMware等虚拟化软件的性能损耗，提高虚拟化的效率，此后，英特尔VT得到了长足的发展，直至今天。 总之，这是新旧交替的六年，也是英特尔历尽蜕变的六年，不仅要面对功耗攀升的棘手问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，还要面对来自AMD的挑战，期间双方在64位、双核、功耗等方面多次交手，虽然各有胜负，但总体来说，英特尔在这一时期失误颇多，最终让AMD皓龙在市场中占稳了脚跟。 2006-2008年 酷睿(Core)微架构时代 2006年其实是Netburst和酷睿两种架构并存的一年。差不多也是从这一年开始，英特尔引入了其新的产品更新策略:Tick-Tock，这其实也是英特尔对市场的一种承诺，即当年更新微架构，下一年更新制造工艺，依次类推，不断推动处理器技术的发展。于是我们看到2006年是酷睿微架构年，2007是45纳米工艺Penryn，2008是Nehalem微架构，2009是32纳米工艺的Westmere，2010年是Sandy Bridge全新架构...... Core架构尽管历时才3年左右，但英特尔一共推出了近90款CPU，包括:65纳米针对单路平台的的双核Allendale(至强3000系列)、双核Conroe(至强3000系列)、四核Kentsfield(至强3200系列)，针对双路平台的双核Woodcrest(至强5100系列)和四核Clovertown(至强5300系列)，针对四路以上平台的Tigerton(双核至强7200系列、四核至强7300系列)，以及45纳米针对单路平台的双核Wolfdale(至强3100系列)和四核Yorkfield(至强3300系列)，针对双路平台的双核Wolfdale-DP(至强5200系列)、四核Harpertown(至强5400系列)，还有针对四路平台的四核/六核Dunnington(至强7400系列)等十来个类别。 和Netburst微架构相比，Core时代至强处理器的变化主要有: 1) 制造工艺从65纳米升级到了45纳米(统称为Penryn)，使用了高K 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，这一工艺的进步为英特尔在CPU中集成更多的晶体管、提高主频、降低功耗、进行下一代微架构创新等提供了基础; 2) 多核计算得到进一步发展，出出四核(最早出现在Clovertown至强5300系列中)与六核(最出现在Dunnington至强7400系列中)产品; 3) 指令集得到进一步发展，新增SSE4.1，在虚拟化、智能节能等方面也得到了进一步增强; 4) 针对单路服务器的处理器统一到至强3000系列名下; 5) 为了将CPU功耗控制在可接受的范围以内，英特尔一方面通过多核设计来提升性能，另一方面通过工艺进步来实现主频与功耗的平衡，跟Netburst相比来看，主频甚至有所降低，但功耗基本得到了有效控制，65纳米(1.6-3GHz，35-150瓦特)45纳米(1.866-3.5GHz，20-150瓦特); 6) 由于Core时代仍然采用前端总线结构，为了提升I/O带宽，降低I/O延迟，英特尔一方面提升总线带宽(1066、1333、1600 MT/s)，另一方面继续采用大容量L2和L3缓存设计，如六核心的至强7460主频为2.667GHz，FSB为1066MT/s，L2缓存为3x3MB，L3缓存为16MB。 7) 这一时期的CPU插座也发生了变化，主要有LGA 771、LGA 775和Socket 604。 2009年 Nehalem微架构时代 虽然Nehalem微架构在2008年就已经在个人电脑的i7处理器上得到采用，但在服务器上的应用却是今年3月30日Nehalem-EP至强处理器的发布——包括45纳米的针对单路系统的双核/四核Bloomfield(至强3500系列)以及针对双路系统的双核/四核Gainestown(至强5500系列)。 对英特尔而言，基于45纳米的Nehalem代表了一个全新时代的到来:放弃传统前端总线架构，转向QPI直连架构，打破传统I/O瓶颈的束缚，QPI带宽高达4.8-6.4 GT/s，远远高于FSB时代的1.6 GT/s～ 如果说当年的奔腾Pro开创了X86工业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 服务器大批量生产和普及的时代，那么，至强5500则是15年来性能提升幅度最显著的一代，其性能是2005年单核至强的9倍，是上一代至强5400的2.5倍，同时空闲状态下的平台功耗降低了50%，其背后采用了一系列技术包括45纳米工艺、全新内存子系统、快速通道互联技术(QPI)、智能节能技术、全新I/O子系统。在性能方面，智能加速技术可以满足对CPU主频比较敏感的应用需求，超线程技术则可以满足高度并行的应用需求，针对能耗方面，则有集成功率门限、自动低功耗、节点管理器等 等。这些创新的技术使得今天的用户“可以在需要的时候提高性能，也可以在不需要性能的时候自动降低功耗。” 针对四路以上的系统，英特尔刚刚发布的八核心Nehalem-EX(命名为至强7500，代号Beckton)。Nehalem-EX将拥有23亿晶体管，拥有4个QPI链接，可以让服务器从双路一直轻轻松松地扩展到8路，且无须第三方芯片组技术支持，从而最高可以支持到64核、128个线程，拥有24MB共享L3缓存，每个处理器支持16个内存插槽，引入了原来只在安腾上采用的RAS特性:MCA(机器检验体系结构)功能。根据英特尔的测试，Nehalem-EX与上一代的至强7400相比，在性能和带宽两方面都实现了“前所未有”的飞跃:内存带宽高达9倍，数据库性能超过2.5倍，整数吞吐量超过1.7倍，浮点吞吐量超过2.2倍～