CPU核心详解
整理了一下,权当是个原创吧.
核心（Die）又称为内核，是CPU最重要的组成部分。CPU中心那块隆起的芯片就是核心，是由单晶硅以一定的生产工艺制造出来的，CPU所有的计算、接受/存储命令、处理数据都由核心执行。各种CPU核心都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等逻辑单元都会有科学的布局。
为了便于CPU设计、生产、销售的管理，CPU制造商会对各种CPU核心给出相应的代号，这也就是所谓的CPU核心类型。
不同的CPU（不同系列或同一系列）都会有不同的核心类型（例如Pentium 4的Northwood，Willamette以及K6-2的CXT和K6-2+的ST-50等等），甚至同一种核心都会有不同版本的类型（例如Northwood核心就分为B0和C1等版本），核心版本的变更是为了修正上一版存在的一些错误，并提升一定的性能，而这些变化普通消费者是很少去注意的。每一种核心类型都有其相应的制造工艺（例如0.25um、0.18um、0.13um以及0.09um等）、核心面积（这是决定CPU成本的关键因素，成本与核心面积基本上成正比）、核心电压、电流大小、晶体管数量、各级缓存的大小、主频范围、流水线架构和支持的指令集（这两点是决定CPU实际性能和工作效率的关键因素）、功耗和发热量的大小、封装方式（例如S.E.P、PGA、FC-PGA、FC-PGA2等等）、接口类型（例如Socket 370，Socket A，Socket 478，Socket T，Slot 1、Socket 940等等）、前端总线频率（FSB）等等。因此，核心类型在某种程度上决定了CPU的工作性能。
一般说来，新的核心类型往往比老的核心类型具有更好的性能（例如同频的Northwood核心Pentium 4 1.8A GHz就要比Willamette核心的Pentium 4 1.8GHz性能要高），但这也不是绝对的，这种情况一般发生在新核心类型刚推出时，由于技术不完善或新的架构和制造工艺不成熟等原因，可能会导致新的核心类型的性能反而还不如老的核心类型的性能。例如，早期Willamette核心Socket 423接口的Pentium 4的实际性能不如Socket 370接口的Tualatin核心的Pentium III和赛扬，现在的低频Prescott核心Pentium 4的实际性能不如同频的Northwood核心Pentium 4等等，但随着技术的进步以及CPU制造商对新核心的不断改进和完善，新核心的中后期产品的性能必然会超越老核心产品。
CPU核心的发展方向是更低的电压、更低的功耗、更先进的制造工艺、集成更多的晶体管、更小的核心面积（这会降低CPU的生产成本从而最终会降低CPU的销售价格）、更先进的流水线架构和更多的指令集、更高的前端总线频率、集成更多的功能（例如集成内存控制器等等）以及双核心和多核心（也就是1个CPU内部有2个或更多个核心）等。CPU核心的进步对普通消费者而言，最有意义的就是能以更低的价格买到性能更强的CPU。
Athlon XP的核心类型
Athlon XP有4种不同的核心类型，但都有共同之处：都采用Socket A接口而且都采用PR标称值标注。
Palomino
这是最早的Athlon XP的核心，采用0.18um制造工艺，核心电压为1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。
Thoroughbred
这是第一种采用0.13um制造工艺的Athlon XP核心，又分为Thoroughbred-A和Thoroughbred-B两种版本，核心电压1.65V-1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz和333MHz。
Thorton
采用0.13um制造工艺，核心电压1.65V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为333MHz。可以看作是屏蔽了一半二级缓存的Barton。
Barton
采用0.13um制造工艺，核心电压1.65V左右，二级缓存为512KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为333MHz和400MHz。
新Duron的核心类型
AppleBred
采用0.13um制造工艺，核心电压1.5V左右，二级缓存为64KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。没有采用PR标称值标注而以实际频率标注，有1.4GHz、1.6GHz和1.8GHz三种。
Athlon 64系列CPU的核心类型
Clawhammer
采用0.13um制造工艺，核心电压1.5V左右，二级缓存为1MB，封装方式采用mPGA，采用Hyper Transport总线，内置1个128bit的内存控制器。采用Socket 754、Socket 940和Socket 939接口。
Newcastle
其与Clawhammer的最主要区别就是二级缓存降为512KB（这也是AMD为了市场需要和加快推广64位CPU而采取的相对低价政策的结果），其它性能基本相同。
Athlon XP的核心类型
Athlon XP有4种不同的核心类型，但都有共同之处：都采用Socket A接口而且都采用PR标称值标注。
Palomino
这是最早的Athlon XP的核心，采用0.18um制造工艺，核心电压为1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz。
Thoroughbred
这是第一种采用0.13um制造工艺的Athlon XP核心，又分为Thoroughbred-A和Thoroughbred-B两种版本，核心电压1.65V-1.75V左右，二级缓存为256KB，封装方式采用OPGA，前端总线频率为266MHz和333MHz。
目前Intel推出的双核心处理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同时推出945/955芯片组来支持新推出的双核心处理器，采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA 775接口，但处理器底部的贴片电容数目有所增加，排列方式也有所不同。
桌面平台的核心代号Smithfield的处理器，正式命名为Pentium D处理器，除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外，D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义。
Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台，Pentium D处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产。Pentium D内核实际上由于两个独立的2独立的Prescott核心组成，每个?
目前Intel推出的双核心处理器有Pentium D和Pentium Extreme Edition，同时推出945/955芯片组来支持新推出的双核心处理器，采用90nm工艺生产的这两款新推出的双核心处理器使用是没有针脚的LGA 775接口，但处理器底部的贴片电容数目有所增加，排列方式也有所不同。
桌面平台的核心代号Smithfield的处理器，正式命名为Pentium D处理器，除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外，D的字母也更容易让人联想起Dual-Core双核心的涵义。
Intel的双核心构架更像是一个双CPU平台，Pentium D处理器继续沿用Prescott架构及90nm生产技术生产。Pentium D内核实际上由于两个独立的2独立的Prescott核心组成，每个核心拥有独立的1MB L2缓存及执行单元，两个核心加起来一共拥有2MB，但由于处理器中的两个核心都拥有独立的缓存，因此必须保正每个二级缓存当中的信息完全一致，否则就会出现运算错误。
MCH协调两颗核心之间的相互调用
为了解决这一问题，Intel将两个核心之间的协调工作交给了外部的MCH（北桥）芯片，虽然缓存之间的数据传输与存储并不巨大，但由于需要通过外部的MCH芯片进行协调处理，毫无疑问的会对整个的处理速度带来一定的延迟，从而影响到处理器整体性能的发挥。
由于采用Prescott内核，因此Pentium D也支持EM64T技术、XD bit安全技术。值得一提的是，Pentium D处理器将不支持Hyper-Threading技术。原因很明显：在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流、平衡运算任务并非易事。比如，如果应用程序需要两个运算线程，很明显每个线程对应一个物理内核，但如果有3个运算线程呢？因此为了减少双核心Pentium D架构复杂性，英特尔决定在针对主流市场的Pentium D中取消对Hyper-Threading技术的支持。
同出自Intel之手，而且Pentium D和Pentium Extreme Edition两款双核心处理器名字上的差别也预示着这两款处理器在规格上也不尽相同。其中它们之间最大的不同就是对于超线程（Hyper-Threading）技术的支持。Pentium D不能支持超线程技术，而Pentium Extreme Edition则没有这方面的限制。在打开超线程技术的情况下，双核心Pentium Extreme Edition处理器能够模拟出另外两个逻辑处理器，可以被系统认成四核心系统。
前言：
受硬件发烧友追捧的Athlon 64处理器在2004年下半年开始改用90nm制程的新核心。目前，90nm K8 Winchester核心已经广泛应用在Socket 939 Athlon 64 3000+、3200+和3500+和Socket 939、754 Sempron处理器系列中。然而Winchester并不能完全取代此前采用130nm制程的Athlon 64处理器核心。
之所以这样，里面有诸多原因，其中最大的问题是Winchester核心的频率提升潜力的并不是很理想。与130nm核心相比，尽管它拥有较低的电源消费量及热量，但基于Winchester核心的处理器最大实际工作频率仅仅只有2.2GHz。这也是为什么拥有2.4GHz和2.6GHz核心频率的Athlon 64顶级型号及Athlon 64 FX-55仍然基于采用0.13微米制程的Newcastle和ClawHammer旧核心的原因。
然而，AMD宣称将在2005年4月开始停产基于旧制程核心的Athlon 64处理器了。正是在这种情况下，第一款基于Winchester核心的处理器诞生了！AMD公司的工程师们已经完成了大量工作。他们设计了一个新的90nm Venice核心(E3改进版)，它应该会让130nm旧核心成为历史。
对新核心寄予的巨大希望是基于这个事实的：AMD开始引入专门对Venice核心使用的新生产标准了。当然，这个新核心并不仅仅只用来取代低频Athlon 64型号的Winchester核心、将新功能性、新特性能引入到了这些处理器之中那么简单，同时也将取代在顶级Athlon 64处理器中使用的Newcastle和ClawHammer核心。
而且Venice的到来为更快的Athlon 64处理器型号的发布亮起了绿灯。在不远的将来，AMD预计会发布基于Venice和San Diego核心(San Diego是Venice的改进版，具有更大的L2缓存)的Athlon 64 4200+和Athlon 64 FX-57新处理器。那么新的Venice核心将为Athlon 64 带来多大的新意思呢？这就是本文所要探讨的主要话题！
一、Venice核心新在那里？—三大新特性！
1、Dual Stress Liner(DSL)技术
在2004 年末，AMD和IBM联合公布在晶体管工艺领域取得突破。这两家公司的工程师共同开发了一项称为Dual Stress Liner的技术，可以将半导体晶体管的响应速度提高24％。
其实这技术背后的原理是相当简单的。事实上，DSL很类似于英特尔在90nm生产技术中引入的应变硅技术。我们都知道，晶体管越微细化，运行速度就越高，但同时也会引发泄漏电流增加、开关效率降低，从而导致耗电和发热量的增加。而Dual Stress Liner通过向晶体管的硅层施加应力，同时实现了速度的提高与耗电量的降低。
换句话说，DSL能改变硅之间的原子格，从而让晶体管获得更快的响应时间及更低的热量。在一种情况下硅原子是被“拉开”的，而在另一种情况下则是“挤在一起”的，这通过把它们移到一个具有要么伸展，要么压紧的原子格的氮化物封闭层上来实现。与Intel使用的应变硅不同，来自AMD和IBM的DSL能够被用于两种类型的晶体管：NMOS和PMOS(具有n和p通道)而无需使用极难获得的硅锗层，硅锗层会增加成本，并且有可能影响芯片的产量。
DSL这种双重性性，让它比英特尔的应变硅更有效：DSL可以将晶体管的响应速度提升24%，而应变硅能提供的最大改进在15-20%。并且更重要的是，AMD和IBM 这项新技术对产量及生产成本并没有任何负面影响。由于在生产时无需使用新的生产方法，所以使用标准生产设备和材料便可迅速展开量产。另外，配合使用硅绝缘膜构造(SOI，绝缘体上硅)与应变硅，还可生产性能更高、耗电更低的晶体管。
新的Venice处理器核心是AMD第一款应用Dual Stress Liner技术的桌面处理器。这项新技术与目前的SOI技术共同使用可以让基于Venice的处理器能够达到更高的核心工作时钟频率。AMD工程师们预料，Dual Stress Liner和SOI一起结合可以让Athlon 64处理器的频率潜力有大约16％的增长。换句话说，基于Venice的CPU应该拥有达到2.8GHz的标称频率。
2、支持SSE3指令集
在生产技术转换过程中也引入了一些更具切实意义的东西。我们应该首先指出Venice处理器核心所支持的SIMD指令集有所扩展。目前基于Venice核心上的Athlon 64已经提供对SSE3指令的支持，就象基于象基于Prescott核心的Pentium 4处理器一样。然而,需要提醒你的是SSE3并不是一个完整的指令集，但仅仅只是SSE2指令集的扩展版本。
因此，Venice所支持SSE3指令集包括11条新指令：
(1)ADDPS，HSUBPS，HADDPD，HSUBPD
这几条是优化命令，它们能有效地优化标量向量乘积的计算，可以对程序起到自动优化的作用。这些指令对处理3D图形相当有用。
(2)ADDSUBPS，ADDSUBPD，MOVSHDUP，MOVSLDUP，MOVDDUP
这几条属于数据处理指令，这些指令可以简化复杂数据的处理过程，由于未来数据处理流量将会越来越大，因此Intel在这里应用的指令集最多、达到了五条。
(3)FISTTP
这属于数据传输命令，它有利于x87浮点转换成整数，并可以大大提高优化的效率。
(4)LDDQU
这属于特殊处理命令，这条指令主要针对视频解码，用来提高处理器对处理媒体数据结果的精确性。
在P4中SSE3还包括MONITOR、MWAIT两条指令，而在Venice核心中已经被省去了，因为它们只对Hyper-Threading技术起作用。
因此，基于Venice核心上的新Athlon 64处理器是目前支持最多SIMD指令集的处理器，包括3DNow!，SSE2和SSE3。从技术上来看，SSE3对于SEE2的改进非常有限，我们不应该期望SSE3指令集能为新Athlon 64带来大幅度的性能提升，而且性能提升也需要有软件支持为前提。尽管Intel在03年夏天就为软件开发者公布了SSE3指令指南，但目前支持SSE3软件的软件寥寥无几，而且都是一些特殊应用程序。
3、改良的整合内存控制器
每推出一款新Athlon 64处理器核心，AMD工程师都会改良一下它们的整合内存控制器。虽然这可以在一定程度上增加处理器的性能，但更主要的是为了增加内存控制器对不同DIMM模块和不同配置的兼容性。
此前基于采用90nm 制程、Winchester核心的 Athlon 64处理器当与4条DDR400 SDRAM内存模块搭配使用时，性能将会受到一定程度是限制。如果在一个基于Winchester 核心的Athlon 64处理器的系统中使用4条单面DDR400 ，那么这些内存模块只能工作在2T默认模式下，这将会这导致使系统性能要比普通水准的性能低几个百分点。
如果使用4条双面内存模块装，DDR400 SDRAM将不能工作在它默认工作频率下，工作频率将会自动降到333MHz。AMD工程师们承诺在新的Venice核心中解决这个问题，他们也的确实现了他们的承诺。基于Venice的Athlon 64处理器能够没有任何限制地与四条单面DDR400 SDRAM内存一起运行，并且如果安装了双面DDR400 SDRAM DIMM的话，它们能够以2T时钟工作在400MHz下。
除了Venice内存控制器的兼容性得到改进外，内存控制器的性能也有显著的提升。在Venice运行在性能最佳模式时优，我们明显感受到增强型硬件数据预取和更多的写入联合缓存区(4个代替2个)所带来的性能提升。
所有这些改进正是基于Venice核心的Athlon 64处理器在同频下能胜过旧核心的原因，并且如果在系统中安装了四条内存模块的话，那性能提升将会更为明显。
二、新产品，新的产品阵容线
新90nmVenice核心将会应用到AMD所有Socket 939 Athlon 64处理器系列中。如果说此前的Winchester核心只能用于工作频率低于2.2GHz的处理器，那么Venice显然应该有助于改善这种情况。AMD从四月4日开始发布基于Venice核心的Socket 939 Athlon 64了，PR值从3000+到3800+。需要注意的是，3000+，3200+和3500+ CPU型号将取代Winchester核心上的相应型号，而新的Athlon 64 3800+将取代Newcastle核心上的相应产品。
整个核心替换还将包括Athlon 64 4000+，它现在是基于ClawHammer核心的，拥有1MB L2缓存。四月十五日，AMD将开始推出基于San Diego核心的新Athlon 64 4000+处理器，它架构、功能与Venice一样，但拥有更大的L2缓存。下表中列出了基于新旧处理器核心的所有Socket 939 Athlon 64处理器，它们已经上市或短期内将现身：
我们可以看到，基于Venice的CPU还有一个更令我们感到惊奇的地方：动态电压。在对处理器内核心封装时，AMD采取了与Intel一样的手法—基于Venice的处理器将不会在内核封装上标识电压。不同的CPU可能会有不同的电压：1.35V或1.4V。但不幸的是，我们以后从它的外观上将无法知道处理器的默认核心电压。
至于在TDP(散热设计功率)方面，新的Venice核心的发热量看起来似乎与老版核心一样，然而实际上情况却并非如此。这一点已经得到证明：Venice拥有更大的频率提升潜力，这主要是因为优异的散热设计有效控制了热量的产生。基于Venice核心的Athlon 64在2.6GHz频率以下的功耗将只有89W，而只有在工作频率达到2.8GHz时才会达到更高一级TDP标准—104W。
总而言之，Venice核心除了以上改进之外，它的内核尺寸及晶体管数量仍与Winchester一样。下面还是让我们看看首款采用Venice核心的Athlon 64处理器—Athlon 64 3800+。这是Athlon 64处理器家族中新的顶级型号，它将在4月15日之前正式进入零售市场。
基于新Venice内核的处理器看起来与它的前辈相差无己。不过，我们仍然可以从编号中辨出谁才最是新者。在处理器封装盖上，如果最后两个字母是“BP”的，就暗示这是最新的Venice核心(E3修正版)。下面是这款处理器在CPU-Z诊断工具所显示出来的相关信息：
令人遗憾的是，最新CPU-Z 1.28版本仍然无法识别出Venice核心，但它检测出该核心支持SSE3，并显示了新处理器的ID号：00020FF0h。
结语：
尽管Venice核心仍然采用与老版核心相类似的内部架构，但从实际的观点上来看，他仍然显著地不同于前辈：Venice核心引入了DSL技术、SSE3指令集，成功拓展Athlon 64处理器频率提升潜力及功能性。因此，即使这个时候AMD决定不大肆宣扬新核心的发布，我们也不能忽视它为Athlon 64处理器家族的进一步发展展现了新的前景这个重要的事实。那么基于Venice核心的新Athlon 64 3800+的性能、超频性能是否得会有新的突破呢？迟些时候我们将为大家揭开这个迷团……
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