Intel发展史图拉丁奔腾酷睿的前生今世.docx

1、Intel发展史图拉丁奔腾酷睿的前生今世Intel发展史(图拉丁、奔腾、酷睿的前生今世) 第一部分图拉丁的分类与技术浅谈奔腾M是图拉丁的儿子，酷睿是图拉丁的孙子！图拉丁，英文名Tualatin，是美国一条河流的名字。这是英特尔最后一款奔腾III处理器的核心研发代号，图拉丁奔腾3的历史极为短暂，但又有着特殊的地位。不要忘记，桌面版奔腾III有三种核心：最古老的Katmai奔腾III（其实就是奔腾II的核心加上SSE指令集，0.25微米工艺，512KB半速二级缓存，Slot 1接口）、最流行的Coppermine奔腾III（0.18微米工艺，256KB全速二级缓存，Socket 370与Slot

2、1两种接口），以及本文的主角Tualatin奔腾III（0.13微米工艺，256KB全速二级缓存，Socket 370接口）。在这三种奔腾III中，只有图拉丁被单独罗列出来，以示与另外两种奔腾III的本质区别：图拉丁奔腾III集古老的P6架构优点于一身，具有高性能、低功耗、低发热量的优势，是奔腾III的极致，也是奔腾M和酷睿（这两种处理器依旧是继承了P6架构）出现以前的P6微处理器架构的极致。时至今日，就连不懂CPU技术的二手笔记本商家都懂得以“图拉丁”的名字来标榜自己奔腾III二手笔记本的与众不同，由此可见图拉丁在用户心目中的神圣地位。上面所说的都是桌面版本处理器的情况。其实图拉丁除了具有桌

3、面版以外，还有移动版和服务器版，桌面版也有奔腾III和赛扬的分别，下面就来具体介绍一下它们的区别。先说桌面版图拉丁奔腾III。这款处理器和133MHz FSB铜矿（Coppermine）奔腾III有很多共同的地方：同为133MHz FSB，同样具有256KB全速二级缓存，不同的地方在于：图拉丁奔腾III不支持双路处理器并行工作模式而铜矿奔腾III支持；图拉丁奔腾III的二级缓存延迟时间为1而铜矿奔腾III为0；图拉丁奔腾III支持自奔腾4开始采用的数据预读取技术而铜矿奔腾III不支持。因此在性能方面，同主频的图拉丁奔腾III并不比铜矿奔腾III快（数据预读取技术可以弥补二级缓存延迟时间长而带来

4、的性能损失）。图拉丁奔腾III有如下几款：1A GHz/1.13A GHz/1.2 GHz/1.33GHz。再来谈谈桌面版图拉丁赛扬。很多人认为图拉丁赛扬就是采用100MHz FSB的图拉丁奔腾III，这是不正确的。图拉丁赛扬的性能比同主频的图拉丁奔腾III要低，除了FSB低以外，还因为图拉丁赛扬仅支持精简的数据预读取技术（还有一种说法是根本不支持，笔者手中资料有限，所以不做论证），此外二级缓存的位宽也低，所以不能和图拉丁奔腾III相比。根据我的测试，图拉丁赛扬1.4 GHz的性能略低于图拉丁奔腾III 1.13A GHz，但是高于1GHz的 铜矿/图拉丁奔腾III。图拉丁赛扬有如下几款：90

5、0A GHz/1A GHz/1.1A GHz/1.2 GHz/1.3GHz/1.4 GHz。很多人都否认图拉丁赛扬有1.4GHz的版本，其实IBM NetVista A22就有采用赛扬1.4 GHz的机型，笔者就买了一款。第三谈谈服务器版的图拉丁奔腾III- S。这款处理器是图拉丁家族的性能王者，价格也是出奇地昂贵（笔者收藏过两款：1.26GHz和1.4GHz）。图拉丁奔腾III-S面向双路服务器市场，采用133MHz FSB，具有512KB全速二级缓存，二级缓存延迟时间为0，支持增强型数据预读取技术，性能极为强悍。当时国外很多英文硬件评测网站都有图拉丁奔腾 III-S与奔腾4/Athlon

6、XP的对比评测，以Tom's Hardware Guide网站的评测为例，在采用815平台、PC133 SDRAM内存的情况下，图拉丁奔腾III-S 1.26GHz战胜了850平台、PC800 Rambus内存的奔腾4 1.8GHz。图拉丁奔腾III-S有如下几款：1.13 GHz/1.26 GHz/1.4 GHz，此外还有极少量的1.53 GHz工程样品散落于世界各地的著名硬件评测室。最后来谈谈移动版的图拉丁奔腾III-M。这款处理器的技术特征基本等同于桌面版图拉丁奔腾III，但是二级缓存增大到了512KB，同主频下的性能显然强过桌面版图拉丁奔腾III而直追图拉丁奔腾III-S。图拉

7、丁奔腾 III-M显然比桌面版图拉丁奔腾III的地位高，因为移动版奔腾4处理器发热大功耗高，很难应用在轻薄笔记本上，相比之下发热低功耗低的图拉丁奔腾 III-M就有了用武之地，得到了长足发展，直到奔腾M出现以前，图拉丁奔腾III-M都是轻薄笔记本的当然之选。而桌面版奔腾III因为性能太强会威胁到奔腾4，所以英特尔人为打压它：阉割二级缓存、保持高售价和低产量、鼓励品牌机厂商采用奔腾4等等不公正的市场举措。图拉丁奔腾III-M的型号很多很复杂，以正常电压版为例，主要有866 MHz/933 MHz/1 GHz/1.13 GHz/1.2 GHz/1.33 GHz等几款。第二部分 英特尔为何要推出图拉

8、丁奔腾III及以前的微处理器时代，是一个处理器性能与主频紧密结合的时代。那个时候无论是英特尔还是AMD，他们的处理器产品在主频提升的同时，同样也会带来相应的性能提升。以Katmai奔腾III为例，在FSB相同的情况下，主频每提升50MHz，性能相应提升7%左右（参考PC Shopper-电子测试）。当时英特尔与AMD的处理器竞争和现在一样，说到底就是性能之争。但是当时处理器的性能高低与主频高低是合二为一的事物，因此性能之争也就是主频之争。从4004微处理器推出以来，英特尔一直就是微处理器性能（也就是主频）领先者，而Cyrix和AMD等则是追随者，这种局面一直持续到 奔腾III时代，直到AMD

9、Athlon推出时为止。还记得当时AMD提前宣布将要发布全新架构的Athlon处理器，主频为600MHz的时候，英特尔着慌了。那时候奔腾III还停留在0.25微米工艺时代，最高主频仅有550MHz，如果让AMD超越，微处理器老大的颜面何在？于是英特尔匆匆忙忙给奔腾III加了0.05v电压，抢先推出了奔腾III 600MHz处理器以保持颜面。谁成想AMD在如期发布Athlon 600MHz处理器的时候，还同时发布了此前根本没有对外宣布的Athlon 650MHz处理器！这是一个伟大的时刻，英特尔在微处理器发展史上第一次被自己的竞争对手超越！挨了一记当头闷棍的英特尔开始昏招迭出，先是将Katmai

10、核心奔腾III的外频提升至133MHz，推出了奔腾III 533B和奔腾III 600B（有人将这两款处理器说成是新核心，代号Confidential，真是天大笑话，各位自己去查查Confidential是什么含义，英特尔任何一款没有正式发布的工程样品处理器都有Confidential的标记），但是性能无法抗衡同主频的Athlon，于是采用0.18微米工艺的 Coppermine奔腾III匆匆登场，主频从500E MHz直到700MHz，接口从Slot 1到Socket 370，FSB有100MHz有133MHz，型号十数款，让人眼花缭乱。Coppermine奔腾III的二级缓存是256KB全

11、速，延迟时间为0，位宽也高于512KB半速二级缓存的Katmai奔腾III，因此性能有了明显提升，和同主频Athlon相比互有胜负，基本持平。这时候英特尔与AMD的竞争已经到了白热化的程度，主频之争的激烈程度前所未有。主频高就意味着性能高，冲击1GHz大关也因为变得分外引人注目，当时英特尔拼命寻找加工最好的硅晶元，希望能抢先制造出1GHz的处理器，这也使933MHz高主频的奔腾III产量极少进而断货（因为最好的硅晶元都用来生产测试1GHz奔腾III 了）最先达到1GHz主频的是AMD的Athlon，仅仅领先奔腾III 1GHz不到一个月，但这足以让AMD自豪了。美中不足的是，1GHz的Athl

12、on性能不敌1GHz奔腾III，这是因为AMD找不到能在500MHz 下稳定运行的Athlon二级缓存芯片（最早的Athlon二级缓存也是外置在CPU PCB板上的芯片，以处理器主频一半的速度运行），因此不得不让二级缓存的运行速度降低到CPU主频的三分之一也就是333.3MHz，而奔腾III 1GHz处理器的二级缓存虽然容量较小，但是运行速度高达1GHz，依靠强大的二级缓存，1GHz的奔腾III在性能上战胜了1GHz的Athlon，多少为英特尔挽回了一些颜面。但是事情却没有这么简单。AMD已经意识到了外置半速缓存的缺陷，决意开发二级缓存On Die的Athlon XP。这是最让英特尔害怕的，于

13、是英特尔想抢先推出1.13GHz的奔腾III，先在 性能上领先，然后再去建设0.13微米工艺的生产线，用图拉丁来对抗 Athlon XP，备用方案就是奔腾4 Willamette，这是因为英特尔可以用0.18微米工艺来生产奔腾4，但是因为奔腾4高频低能，非要到主频提高到一定程度下（例如2GHZ以上）才能发挥威力，并且奔腾4的NetBurst为架构是需要超线程、高FSB来配合的，所以英特尔并不希望奔腾4过早登场，而是寄希望于图拉丁。当时英特尔给媒体的内部文当中规划的图拉丁桌面处理器，技术参数基本等同于实际生产的图拉丁奔腾III-S，只是FSB提升到了166MHz/200MHz，规划中的 830芯

14、片组也是准备支持DDR内存的，令人颇为期待。可惜人算不如天算，当时的0.18微米工艺应用不到一年，生产1.13GHz的奔腾III实在是勉为其难。英特尔霸王硬上弓的后果，就是全面回收几乎不能正常运行的奔腾III 1.13GHz处理器。而这时候呢，AMD正在春光满面地向媒体介绍他们刚刚推出的1.1GHz Athlon XP处理器呢英特尔颜面尽失，于是开始筹划转移视线，把处理器的主频-性能之争转变为纯粹的主频之争，以转移公众视线。于是，奔腾4 1.4 GHz/1.5 GHz发布了，一下子吸引了全世界的目光，人们根本想象不到，刚刚回收了1.13GHz处理器的英特尔居然能马上拿出这么牛x的处理器，1.5

15、 GHz呐！这时候天真的人们还在用主频即性能的固定套路来看待奔腾4，这就中了英特尔的奸计。可是总有清醒者，那就是公正的硬件评测媒体。奔腾4 1.4 GHz/1.5 GHz发布前夕，就有评测媒体质疑：为何奔腾4的主频这么高，但是实际测试项目很多都不如1GHz的奔腾III呢？对此英特尔的回答是：奔腾4是一种全新的架构，它的性能不能用传统的观点去评判，用1GHz奔腾III去对比1.5GHz的奔腾4没有实际意义。可是奔腾相对于486也是一个全新的架构，为什么那时候英特尔大肆宣传奔腾比同主频的486快两倍并且拿出了官方测试数据呢？此后奔腾MMx/奔腾II/奔腾III的发布，英特尔同时也都会拿出他们与前一

16、代处理器的性能对比评测数据，为什么奔腾4发布，英特尔却交了白卷没有官方评测数据呢？事实上，英特尔直到2GHz的奔腾4问世，才羞答答地拿出了一个2GHz奔腾4与1GHz奔腾III的性能对比官方测试数据。当然，2GHz的奔腾4自然是完胜1GHz的奔腾III了，但是，这又有什么意义吗？486DX4-100MHz处理器也照样完胜奔腾 60MHz处理器，人家的主频高啊。奔腾4的发布，开了一个恶劣的先例：从来没有下一代处理器在同主频的情况下性能低于上一代处理器，奔腾4做到了；英特尔处理器发展史中处理器的 更新换代从没出现过主频断档，奔腾4也做到了。奔腾4的起始工作主频是1.4GHz（1.3GHz的奔腾4是

17、过了很久才发布的，仅限量供应品牌机厂商），奔腾III的截止工作主频是1GHz，400MHz的频率断档靠谁来填补？这个受累不讨好的任务，就交给几乎已经胎死腹中的图拉丁来完成了。这几乎是图拉丁奔腾III桌面版问世的唯一原因。图拉丁奔腾III就像一个受虐待的童养媳，小心翼翼地出世了，为了尽量压低它对低主频奔腾4的巨大性能优势，英特尔先是阉割了它一半的二级缓存；一看性能还是太牛x，再把FSB降低到133MHz；一看性能还是太牛x，于是再把二级缓存延迟时间增大为1；一看还是太牛，于是还要阉割，我靠打住吧，再阉割不就成了赛扬了吗？图拉丁的开发工程师不干了，于是英特尔又在配套芯片组上打主意，取消了830主板

18、的发布，而是推出了整合i752显卡的 815GM芯片组来搭配图拉丁奔腾III即便这样，图拉丁奔腾III 1.13A GHz还是打得奔腾4 1.5GHz满地找JJ，于是英特尔又出损招，严格限制图拉丁奔腾III的出货量，将其售价人为提升到很高的位置，鼓励品牌机厂商采用奔腾4处理器。这样一来，图拉丁奔腾III在市场中芳踪罕觅，其稀缺程度甚至超过了服务器版的奔腾III-S从1GHz攀升到1.33GHz，图拉丁奔腾III终于完成了填补两代处理器主频空白的任务黯然退场了（图拉丁奔腾III 1.33GHz最惨，才发布就停产）。图拉丁赛扬的命运比同门大哥好得多。这是因为英特尔需要它来抗衡AMD的钻龙（毒龙），

19、继承了图拉丁的优良性能，256KB缓存（图拉丁赛扬的256KB缓存可比赛杨D的 256KB缓存实在多了），100MHz FSB，加上精简数据预读取技术，图拉丁赛扬确实出色完成了任务。可是图拉丁就是双刃剑，英特尔又开始担忧它和Willamette赛扬的工作交接了，如果图拉丁赛扬像图拉丁奔腾III痛扁低主频奔腾4那样痛扁Willamette赛扬怎么办？如果他也把Willamette赛扬打得满地找JJ怎么办？哦忘记了，赛扬本来就是太监，没有JJ，不过图拉丁赛扬显然是韦小宝，假太监真男子汉。英特尔想不出妙策，于是就给两款赛扬留下了300MHz的主频空白，外行一看，我考，怎么赛扬1.4GHz完了就是赛扬

20、1.7GHz呢？1.5/1.6GHz的产品呢？具有讽刺意味的是，图拉丁赛扬1.4GHz照样轻轻松松把Willamette赛扬1.7GHz打得满地找假阳具服务器版的图拉丁奔腾III-S问世有英特尔自己的苦衷。奔腾4至强的性能不济（照样被图拉丁奔腾III打得满地找JJ，更不要说跟奔腾III-S叫板了），配套主板平台昂贵（1GB Rambus内存，价格您自己算去吧），用户 不理睬，于是拿出奔腾III-S来，兼容现有815平台，性能强大发热低，做1U服务器和低端双路服务器最理想，得，就它吧。于是奔腾III-S高价问世了。这里透露一下，图拉丁奔腾III-S很多都是不锁频的哟相比之下，移动版的图拉丁奔腾I

21、II命最好。如前所述，奔腾4具有高发热量高功耗的特点，用来做笔记本CPU实在是赶鸭子上架赶猪爬树，勉为其难。图拉丁奔腾III呢，具有发热低功耗低的优点（其实图拉丁用好的散热片，机箱通风良好情况下根本不用风扇），同时还具有很高的性能（图拉丁奔腾III-M一样能把主频比自己高几百MHz的移动版奔腾4打得满地找JJ，不过移动版处理器太小巧，找JJ要用放大镜），是最适合笔记本的处理器。所以英特尔高调宣传图拉丁奔腾III-M，还给它设计了一个和移动版奔腾4风格类似的logo，希望能用图拉丁奔腾III-M占居主流移动处理器市场的大部分份额。但是图拉丁再好也是奔腾III，英特尔不是用铺天盖地的广告宣传说4比

22、3好吗？为什么买笔记本不买奔腾4的却买奔腾III的呢？英特尔有苦说不出，笔记本厂商也跟着倒霉，不得不用移动版奔腾4来制作主流笔记本，轻薄笔记本实在容不下移动版奔腾4这位大爷，才采用图拉丁奔腾III。结果呢，用户纷纷抱怨，买了主流笔记本的责问厂商，你的最新款笔记本怎么电池使用时间比老奔三笔记本短这么多？买了轻薄笔记本的用户也责问厂商，都说轻薄笔记本采用的才是笔记本厂商最先进的技术，你为啥卖给我一个已经淘汰的奔腾III笔记本啊？厂商的不满用户的抱怨，促使英特尔另辟蹊径，开始设计奔腾M。这个奔腾M迅驰平台，其实就是换了新汤（名字）加了调料（SSE2）搭配了两碟点心（无线网卡和855芯片组）的图拉丁奔

23、腾III而已。第三部分 图拉丁与奔腾4，性能孰优孰略说这个问题前，我们先打个比方。你认为要完成扣篮动作，需要什么条件？答案是身高和弹跳力。身材很高的人轻轻一跳就能扣篮，但不是说矮个子就不能扣篮，我们国家那些一米六左右的举重运动员，不用助跑就可以原地跳起轻松来个倒扣，靠的就是机器发达的腿部肌肉和惊人的弹跳力。同样道理，决定处理器性能高低的因素也不是一个，主要有两个，一个是主频，一个是单位主频下的执行效率。奔腾4能够在同样的0.18微米工艺下轻松达到2GHz的主频，奔腾III刚刚达到1.13GHz就已经到了极限，这是为什么？这是因为奔腾4的运算流水管线多达20级甚至31级，而奔腾III只有11级。

24、运算流水管线越长，就越容易在同 样制造工艺下达到更高的工作主频。Athlon在同样制造工艺下可以达到奔腾III难以达到的高主频，就是因为 Athlon的运算流水管线比奔腾III略长。但是运算流水管线过长也会带来负面影响，管线越长，单位主频下的处理器执行效率就越低，性能的发挥就会受到影响。众所周知，奔腾4正是在流水管线上的加长设计，才能够达到如此之高的主频，并在主频争霸战中战胜AMD，逼得Athlon XP“不敢以真面目示人”（指Athlon XP不用真实主频标注，而用“相当于奔腾4多少”的主频标注）。但是流水管线的加长会导致数据在管线逗留的时间增长，导致数据出错的可能增加，一旦一个数据出错，其

25、结果就在于整个运算步骤都将重新来过，这样就会造成处理器处理性能的降低。依靠高效的分支预测体系和Cache机制可以改善这一点，但仅仅是 “改善”而不是“弥补”。要想弥补高频低能的缺点就要靠更高的主频来抵消，比如同样制造工艺下，2GHz的奔腾4性能总会高过1GHz奔腾III，这就是在不改变制造工艺的前提下带来的性能提升，只是英特尔不厚道，故意把人们误导到“高主频=高性能”这个自奔腾4问世后已经不再是真理的误区中来。而AMD 呢，即便是Athlon 64，流水管线也很短，所以执行效率非常高。Athlon 64的整数流水线达到12级，浮点流水线达到17级，相比Athlon XP仅仅提高两个工位，但是大

26、力改善了分支预测机制，所以同主频下性能提升明显。从中我们可以看到英特尔设计奔腾4与AMD设计Athlon的两个根本不同思路：英特尔是追求主频优先，靠极高的主频来提升性能；AMD则是追求效率优先，靠高效的执行机制实现在相同主频下达到更高的性能。AMD这种做法，其实师承于英特尔的P6架构设计思路（奔腾III、奔腾M以至酷睿，承袭的就是这种设计思路）。明白了两种设计原理，再考虑到奔腾4单位主频下的执行效率只有奔腾III 70%-75%左右的事实，我们就能很容易得出如下结论：同主频下，奔腾III的性能显然要高于奔腾4。但是，奔腾4在相同制造工艺下可以达到奔腾III 所不能达到的高主频，这个高主频完全可

27、以弥补低性能还显得绰绰有余。如果不考虑处理器的功耗和发热量，我们可以认为，这两种处理器设计思路都是可行的。但是处理器不能只停留在纸面上，必须要生产制造出实物来才能实现价值，而实际的处理器在工作时必然要耗费电量发出热量，这时候就要看哪种设计思路更实际更合理的问题了。流水线运算管线不是像输精管输卵管那样细微的生物细胞管子，而是由一个个的晶体管组成的 。显而易见，流水线运算管线越长，晶体管数量就越多；晶体管数量越多，耗电量就越大；耗电量越大，发热量就越高。这就是奔腾4处理器的命门所在，谁愿意养一个电老虎在家里供着？第四部分 奔腾4的致命缺陷，轻薄笔记本仰仗图拉丁自从奔腾4问世以来，先后经历了三代核心

28、。笔者给这三代产品的评价是“从失败走向成功，然后从成功走向新的失败”。奔腾4第一代核心就是Willamette，于2000年11月发布。它采用0.18微米工艺制造，拥有256KB全速二级缓存，400MHz FSB。在整数处理速度和浮点性能这两个重要指标上，Willamette奔腾4相比P6架构的奔腾III没有有任何提升，它仅仅是对抗雷鸟Athlon 的权宜之计，因为当时英特尔根本没有准备好0.13微米工艺生产线用来生产Northwoood奔腾4和图拉丁奔腾III。好在当主频提升到1.7GHz 以后，奔腾4在性能上已经完全超越了铜矿奔腾III，多少给英特尔带来一些心理安慰。但是Willamett

29、e奔腾4的最致命问题不是性能低下，而是它的功耗和发热量实在大得惊人。曾有个内部消息指出，英特尔某些工程师建议给Willamette搭配512MB缓存甚至三级缓存（后来在Gallatin至强和北木奔腾4至尊版实现了），以求提升Willamette的性能，至少要让它的性能不输给自家的上代产品奔腾III。但是这个建议很不现实，反驳的人士指出，如果真得这么做了，恐怕Willamette奔腾4就会做得像一块板砖一样庞大。这或许是笑话，但也从一个侧面反映了Willamette奔腾4 是仓促推出的事实。但是英特尔的宣传能力是在强大，很多新装机的朋友都花了数千元的高价去买Willamette奔腾4+850主板

30、+Rambus内存的套装，却根本想不到自己成了英特尔死要面子举动无辜的替罪羊。第二代核心Northwood由于有充裕的准备时间，加之采用了0.13微米工艺制造，较好地解决了发热与功耗的问题，所以迅速取代了 Willamette成为市场主流。此后随着800MHz FSB、超线程等新技术的引入，NetBurst架构的威力的以充分发挥，所以从性能上来讲，图拉丁奔腾III已经没法和Northwood奔腾4叫板了。笔者自己实际使用，无论是玩游戏（Q3A）还是看高清晰影片，奔腾4 2.8C GHz都远远超过奔腾III-S 1.4GHz。就算是AMD，也开始认真审视起奔腾4这个一向被它看成是成人玩具的处理器

31、来了。Northwood奔腾 4确实可以成为一代经典，因为他很好地再现了Netburst开发团队的本意。Netburst架构采用超常流水线运算管线，这么长的运算管线天生就是为超线程技术准备的，要知道像奔腾III/奔腾M/酷睿那样P 6架构短流水线的处理器是没办法实现超线程技术的！有关超线程的技术文章有很多，我在这里不再赘述。Northwood奔腾4的继任者Prescott则是一个新的失败作品。这个败笔使得英特尔最终下决心放弃了 Netburst架构。我很奇怪Netburst的开发团队是怎么想的，搞出这样一个怪物来消耗地球上有限的能源：它继承并发扬了Willamette奔腾4的一切缺点，流水线更是加长到31级！虽说Prescott奔腾4也有优点（例如SSE3、更大的二级缓存和更高效的超线程技术），但是玉不掩瑕，它的晶体管太多了，以至于它每个时钟周期比Northwood多产生大约60%的热量，同时功率消耗也增加大约10%！Prescott处理器很容易过热，过热的结果就是降频运行。Prescott最终败给了温度，英特尔必需要考虑到风冷散热能不能满足Prescott的需要，如果一定要采用水冷散热的话那还是让Netburst去死好了。最后的结果大家也都知道，英特尔不得不全部放弃Prescott架构，并且