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標題: 2009年最具影響力的處理器技術解析 [打印本頁]

作者: philipmark0218 時間: 2010-7-23 10:24 標題: 2009年最具影響力的處理器技術解析

2009年是芯片領域飛速發展的一年，眾多全新的理念與技術均在09年得到了全面發展。在Intel與AMD的大力推動下，四核處理器不僅離普通消費者的腳步越來越近，一些全新的概念諸如雙芯片平台也已經正式推出。CPU可以說已經開始進入了整合時代。

　　在「Tick-Tock」的路線方針的策略下，Intel已經在09年成功的進行了全新Nehalem架構的普及工作，並且首度展示了32nm整合處理器Westmere。在09年，Intel也成功的推出了LGA1156接口產品。完成了從高端LGA1366，性能LGA1156和大眾LGA775接口全系列產品線的擴張。持續佔據了處理器領域頭把交椅的位置。

09年初Intel展示的首款32nm工藝整合GPU處理器

　　在另一位領軍企業AMD那裡，雖然在08年的表現不佳，但是並沒有妨礙09年的產品擴張，不僅推出了自己旗下的45nm系列產品，更在09年創下了多項處理器超頻世界紀錄，這也充分體現了45nm在處理器技術上的價值。隨著產品線的不斷擴張，AMD也成為了第一個將四核處理器全面普及的企業。在這一點，AMD也走在了Intel之前。

競爭讓技術發展的腳步越來越快

　　可以說09年的整個技術工藝的發展完全是在競爭下展開的。同時，Intel與AMD之間的競爭也加速了工藝技術的發展。現在距離09年的離去還有不到兩個月的時間，本年度的新品及新技術發佈也暫時告一段落。在即將迎來新年度的時候，讓我們回首一下本年度的技術發展，看一看09年都有哪些處理器技術最具影響力。
睿頻技術

　　說起睿頻技術可能會有些讀者朋友感到陌生，因為這個名詞自誕生之日起至今不過僅僅兩個月的時間，但是如果從他的英文名字來說的話，這項技術的推出已經有長達1年的時間了。從08年11月酷睿i7 900系列處理器的上市開始，睿頻技術就已經開始了他的推廣，不過由於限定在了高端範圍內，並沒有使這項技術全面推廣，因此真正瞭解並且使用到這項技術的用戶也並不算多。從酷睿i7 900系列的市場佔有率來看，Intel似乎對此也並不在意，畢竟酷睿i7 900系列產品的定位較高，因此試探性的測試瞭解的人數較少是可以理解的。

　　在今年的9月，Intel正式全球發佈了面向主流市場的LGA1156接口酷睿i7/i5系列處理器，雖然在接口方面進行了從新設計，但是新發佈的LGA1156接口酷睿i7/i5處理器提供了較為完整的酷睿i7 900系列處理器技術（超線程技術除外），其中就包括了睿頻技術。從此，該項技術也正是開始了普及之路。

　　那麼什麼是睿頻技術呢？我們為何又要大張旗鼓的去宣傳這項技術呢？下面我們就為大家介紹一下什麼是睿頻技術，和睿頻技術所帶來的好處。

●　動態超頻，核心數量按需分配睿頻技術簡介

　　目前上市的所有Nehalem架構處理器都提供了睿頻技術（英文為Turbo Boost Mode），該項技術的運用可以幫助處理器在空閒時期將整體功耗降低，從而達到節能的目的，但是節能並不是睿頻技術的最大亮點，其最大的亮點就在於可以視平台運行狀態而定，選擇性的提高一個或多個核心的運行頻率，從而做到提高工作效率且降低功耗的目的。

睿頻技術可以提高一個或多個核心的頻率

　　我們以大型3D遊戲為例，某些遊戲可能對主頻更為敏感，多核心並不能帶來明顯的效能提升，對處理器進行超頻反而效果更好，如果這個時候開啟Turbo模式，並且將TDP設定在用戶所採用的散熱器允許範圍內，那麼CPU在這個時侯可以對某顆或某兩顆核心進行動態超頻來提升性能。

睿頻技術讓處理器超頻智能化，自動化

　　實現Turbo技術需要在核心內部設計一個功率控制器，大約需要消耗100萬個晶體管。但這個代價是值得的，因為在某些遊戲中開啟Turbo模式可以直接帶來10%左右的性能提升，相當於將顯卡提升一個檔次。值得一提的是，Extreme版本的Core i7處理器最高可以將TDP在BIOS中設定到190W來執行Turbo模式，在個別應用中進一步提升CPU時鐘頻率，帶來效能上的提升。目前，主流的酷睿i7 750處理器在開啟該技術後，可在單線程任務是將一顆核心的主頻提高至3.2GHz。想必這樣高的主頻運行單線程任務可以說易如反掌。

　　09年最有影響力的5大處理器技術之睿頻技術

　　重要指數：★★★★
　　影響力指數：★★★
　　普及指數：★★★
　　實用指數：★★★★★
　　綜合指數：★★★☆
超線程技術

　　超線程，早在2002年Intel便已經推出了這一技術，並且廣泛的在奔騰4處理器中大規模應用。據當時的Intel官方資料，採用了超線程技術的奔騰4處理器可以比原產品效能提升10%-15%左右，可見Intel對超線程技術的運用是信心滿滿的。

　　但是事實卻出乎Intel的意料。首先是來自操作系統端的問題，當時微軟已經發佈了Windows 2000系統，然而該系統並沒有加入對超線程技術的支持，雖然後來出現的Windows XP系統加入了對該技術的支持，但也最終因為應用軟件端對超線程技術的優化較少而作罷。另一個問題是來自於Intel自身的奔騰4處理器。基於NetBurst架構的奔騰4處理器由於過分的追求高主頻加長了流水線設計，這導致了處理器的主頻雖然達到了3GHz以上，卻並沒有提供3GHz主頻相等的性能。由於過高的流水線已經造成數據運算錯誤率提高，在加上超線程技術的雙核模擬容易讓CPU在運算時命中失敗，且對帶寬的驚人需求。超線程技術不但沒為處理器帶來更高的執行效率，反而在某些情況下降低了奔騰4處理器的性能。所以說超線程技術雖然是一個非常先進且使用的概念，但在那個時代並不適合。

早在奔騰4時代Intel就加入了HT超線程技術

　　進入酷睿2時代後，由於內存帶寬沒有獲得突飛猛進，而且酷睿2處理器的短流水設計並不適合超線程技術，因此新一代的酷睿架構處理器也就取消了超線程這一概念。

　　隨著技術的進步，Intel已經進入了45nm工藝和Nehalem架構時代，在最新的Nehalem Core i7處理中，由於對DDR3內存控制器的整合，同時引入了三通道內存技術，內存帶寬得到了質的飛躍，QPI總線的引入也令處理器的帶寬大幅提升。這為超線程技術的回歸提供了契機，於是乎Intel在酷睿i7系列以及未來的雙核酷睿i5處理器中加入了超線程技術。

Nehalem架構時代超線程技術再次回歸

　　此外，新一代操作系統的推出也給多線程處理器提供了施展拳腳的機會，而3D遊戲以及眾多的應用軟件也針對多線程進行了優化，可以說超線程技術在此時回歸時絕對的最佳時機。

　　可能看到這裡依然會有眾多的讀者朋友會感到奇怪，這超線程技術目前只在高端酷睿i7處理器當中有所運用，並不是普通消費者能夠使用到的，為何把它也列為09年最具影響力的技術之一呢？相信瞭解硬件的讀者一定知道，處理器行業中的另一個領軍企業AMD一直以來並沒有為自身的處理器加入超線程技術。而AMD的高管人士甚至曾經一度認為超線程技術是影響處理器性能發揮的元兇之一。但是在看到Intel為服務器的至強以及桌面高端處理器引入超線程技術得到了超高的執行效能後，AMD內部高層承認，沒有早早引入此類技術是一項技術選擇上的失誤。為了能夠盡快彌補這一技術缺陷，AMD已經決定在不久的將來為旗下的服務器用以及桌面級處理器引入超線程技術。可見超線程技術在酷睿i7及未來的酷睿i5中回歸，影響的不僅僅是用戶，更影響到了對手。在不久的幾年裡，也許從低端到高端的所有處理器就可以全部應用到超線程技術。

　　09年最有影響力的5大處理器技術之超線程技術

　　重要指數：★★★★
　　影響力指數：★★★★★
　　普及指數：★★
　　實用指數：★★★★
　　綜合指數：★★★
VT虛擬化技術

　　我們接下來要介紹的這項技術與前邊的超線程技術一樣，也不是09年才被創新出來的。這項技術誕生於奔騰4處理器時代，兩大芯片巨頭當時均已這項技術為宣傳目標，但都因為受制於技術性能以及軟件方面的問題沒有推廣開（服務器不在我們的討論範圍內）。隨著09年2月，新一代操作系統Windows 7測試版的發佈，這項技術才被重新挖掘出來，並且被消費者廣為瞭解。這項技術就是虛擬化技術。

　　其實我們所提到的Windows 7系統下的虛擬化系統，也僅在高級至旗艦版本才提供了，並不是所有的版本都提供了這一技術。但其帶來的好處依然被廣大的消費者討論，即使消費者完全用不到這一技術，但在購買處理器的時候依然考慮到了自己所購買的產品能否提供虛擬化技術。

使用虛擬化系統運行的IE6.0瀏覽器

　　虛擬化技術到底有什麼過人之處竟然讓眾多消費者都參入其中呢？其實要說虛擬化的用途，對企業級用戶來講實質性較強，對於普通用戶來講，虛擬化的用途目前還並沒有被廣泛開發。在企業級用戶那裡，通過虛擬化系統，企業可以集中並且共享資源，實現降低成本、優化利用率的目的。以高性能服務器為例，在系統閒置的過程中，服務器的性能會造成嚴重的浪費。如果通過虛擬機將服務器分為若干個部分，進行各自所需的工作，這樣就可以最大化的利用服務器的全部性能，從而節省企業開支。而在一些情況下，企業甚至可以通過虛擬機出售服務器的剩餘性能，從而達到利潤最大化。虛擬化所提供的另外一個好處就是安全。用戶可以通過虛擬網絡進行數據傳輸，這樣可以最大限度的保證網絡的加密能力，提高網絡環境的安全度。以上兩點是對企業級用戶來講最為基本的用途。那麼對普通消費者而言又會有哪些好處呢？

虛擬化技術的運用可以解決因病毒造成的系統崩潰問題（圖片源自互聯網）

　　我們以操作系統為例。目前微軟所提供的Windows操作系統的全球使用人數最多，而黑客也針對Windows系統進行的攻擊行為也是最多的。如何能夠保證操作系統的安全性就顯得尤為重要。在虛擬化系統推出之後，用戶在不確定自己手中的數據安全性的前提下，如軟件，網頁等，可以通過虛擬系統來檢測數據的安全性。如果發生了如病毒等問題，僅需簡單的關閉虛擬系統就可以保證系統的安全性。此外，現有系統在不支持某款軟件的情況下，用戶也可以通過虛擬機來實現對該軟件的支持。

　　簡單的用一句話來解釋虛擬化就是，可以提供最高的安全保障，並最大限度的利用系統所提供的性能的技術。

　　09年最有影響力的5大處理器技術之虛擬化技術

　　重要指數：★★★
　　影響力指數：★★★★
　　普及指數：★★★★
　　實用指數：★★★
　　綜合指數：★★★
45nm工藝技術

　　在2007年年末，Intel正式發佈了第一款採用45nm工藝製程的處理器，酷睿四核QX9650。由於運用了當時最先進的工藝技術，這款四核處理器雖然身價過萬，但依然吸引了不少人的目光，因為他的出現標誌著45nm工藝時代的降臨。

QX9650的問世標誌著CPU進入了45nm工藝時代

　　45nm有何本領？竟然讓一顆身價過萬的CPU也成為了矚目的焦點。這一切就要從Intel與AMD兩家芯片巨頭的45nm工藝入手了。

●　　Intel —— 突破式的45nm （關鍵字：High-k + Metal Gate介質引入）

　　2007年，Intel正式發佈了四核心Core 2 Extreme QX9650處理器，由此引領行業搶先來到了45nm的新世界。Intel的45nm採用了突破式的新材料，為晶體管發展四十年來之最大進步。

　　在過往四十餘年的時間中，業內均普遍採用二氧化硅做為製造晶體管柵介質的材料。而在65納米製程工藝下，Intel公司已經將晶體管二氧化硅柵介質的厚度壓縮至1.2納米，基本上達到了這種傳統材料的極限。此時不但使得晶體管在效能增益以及製程提升等方面遭遇瓶頸，過薄的晶體管二氧化硅柵介質亦使得其阻隔上層柵極電流洩漏的能力逐漸降低，漏電率大幅攀升。

45納米新型High-k + Metal Gate介質與傳統材料之比較

　　為了使上述情況得到解決，Intel公司於45納米Penryn家族處理器中首度引入High-k技術。此種以hafnium鉻元素為基礎物質的新型材料不但擁有良好的絕緣性，且比傳統二氧化硅柵介質更為厚實，能夠進一步控制晶體管的漏電率。當然，由於High-k晶體管柵介質與現有晶體管柵極並不兼容，因此Intel公司亦同時拿出新型晶體管柵極材料，使得晶體管內部源極到漏極之間的驅動電流增加20%以上，不僅能夠有效提升晶體管效能，亦能夠使得晶體管內部源極到漏極之間的漏電率降低5倍左右。

Intel公司45納米High-k + Metal Gate介質示意圖

　　High-k柵介質與Metal Gate柵極的引入能夠使得晶體管漏電率較之傳統材料降低10倍以上，與65nm製程工藝相比能夠在相同耗能下提升20%的時鐘頻率亦或是在相同時鐘頻率下擁有更低的耗能。45納米晶片每秒鐘能夠進行約三千億次的開關動作，在以銅與low-k材料搭配組成的內部連接線的作用下，晶片開關速度能夠提升20%且耗電量降低30%。

Intel運用High-K工藝的45nm晶圓

　　值得一提的是，在於用於連接硅晶片與基板的內部連接點第一層內5%左右的焊錫中，Intel公司以錫、銀、銅的合金取代現有鉛、錫為主的焊錫，並宣佈於45納米High-k + Metal Gate產品中全面採用100%無鉛工藝製造，對於擁有複雜硅晶片連接結構的處理器技術而言，替換其連接材料絕非易事，Intel公司為此耗費了大量的精力，但其意義無疑是相當深遠的。
AMD —— 沉浸式光刻技術

　　相對於Intel複雜的用料及工藝流程來說，AMD所採用的45nm技術則相對的簡單，AMD的45納米製程工藝是聯合IBM一同研發。這項技術包括了超低K電介質互聯技術、多重增強晶體管應變技術和沉浸式光刻技術。

　　對於AMD為什麼到現在都沒有使用High-K，很多朋友們都存在疑問，其實這得益於AMD自Athlon時代就開始使用的SOI工藝。SOI是Silicon On Isolator的縮寫，即絕緣體上的硅技術。和傳統的純硅晶圓不同，SOI工藝使用的晶圓底部是一層絕緣層。這層絕緣體切斷了上方MOS管漏電流的回路，使得基於SOI技術的芯片能夠輕鬆抵抗漏電流。

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