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前言：处理器工艺制程的重要性 随着处理器的功耗的性能越来越受到业界的关注，作为处理器领域里面的两大巨头也在不遗余力的发展工艺制程。在制造工艺方面Intel无疑是领先的，Intel已经计划在2008年全面过渡到45nm，而AMD也预计在2008年中期发布其45nm制造工艺产品。从AMD和Intel这两家处理器巨头在工艺上面的发展我们也不难看出，制造工艺对于产品有着非常重要的意义。处理器从起初的500nm制造工艺发展到现在45nm制造工艺其中有着多少的变化？下面我们就来一同看下处理器的制造工艺是如何过渡到45nm的……
早期的微处理器都是使用0.5微米工艺制造出来的，随着CPU频率的增加，原有的工艺已无法满足产品的要求，这样便出现了0.35微米以及0.25微米工艺，不久以后，0.18微米、0.13微米、90纳米以及65纳米制造的处理器产品也相继面世。另外一方面，早期芯片内部都是使用铝作为导体，但是由于芯片速度的提高，芯片面积的缩小，铝线已经接近其物理性能极限，所以芯片制造厂商必须找出更好的能够代替铝导线的新的技术，这便是我们常说的铜导技术。铜导线与铝导线相比，有很大的优势，具体表现在其导电性要优于铝，而且电阻小，所以发热量也要小于现在所使用的铝，从而可以有效地提高芯片的稳定性。 何谓45纳米制作工艺 我们通常所说的CPU纳米制作工艺并非是加工生产线，实际上指的是一种工艺尺寸，代表在一块硅晶圆片上集成所数以万计的晶体管之间的连线宽度。按技术述语来说，也就是指芯片上最基本功能单元门电路和门电路间连线的宽度。以90纳米制造工艺为例，此时门电路间的连线宽度为90纳米。我们知道，1微米相当于1/60头发丝大小，经过计算我们可以算出，0.045微米（45纳米）相当于1/1333头发丝大小。可别小看这1/1333头发丝大小，这微小的连线宽度决定了CPU的实际性能，CPU生产厂商为此不遗余力地减小晶体管间的连线宽度，以提高在单位面积上所集成的晶体管数量。采用45nm制造工艺之后，与65纳米工艺相比，绝对不是简单地令连线宽度减少了20纳米，而是芯片制造工艺上的一个质的飞跃。
如今最新的45nm制造工艺可以在不增加芯片体积的前提下，在相同体积内集成多将近一倍的晶体管，使芯片的功能得到扩展。毫无疑问，信位宽度越小，晶体管的极限工作能力就越大，这也意味着更加出色的性能。对于Core架构的Intel处理器而言，更高的主频有着很大的意义，而且新的制作工艺令集成更多缓存变得轻而易举。下表是历代微处理器与制作工艺发展之间的关系：
45纳米工艺的巨大价值
可以很明显地看出来，每次提高制作工艺都能够让主频大幅度提升，而二级缓存的容量也几乎是以倍增的方式来回报更先进的制作工艺。提升制作工艺意味着巨额的资金投入，改造一条芯片生产线往往需要花费数十亿美金，如果没有庞大的财力，将无法完成这样的任务。然而任何产业都是高投入带来高回报，一旦彻底掌握先进的制作工艺，CPU等产品的制造成本也能下降，反而带来更大的盈利空间。对于同样晶体管规模的半导体芯片，新工艺意味着更小的核心面积，而芯片的制造成本与核心面积的平方基本成正比。 提高制程能带来更低的功耗吗？ 制作工艺对于CPU微处理器的重要性不言而喻，无论是提高主频还是集成更多的缓存又或是改进新的核心，这些都需要更为强大的制作工艺作为支撑。一代又一代的微处理器发展史几乎可以看作是制作工艺的发展史。进入90纳米时代之后，业界一度停止发展的脚步，其中晶体管漏电便是主要原因之一。如果无法彻底解决这一问题，那么今后微处理器的发展之路将会布满荆棘。 我们可以发现，从0.13微米到0.09微米，不少CPU并未降低核心电压，其中一部分原因就是为了解决晶体管漏电问题。可是，当CPU电压无法降低之时，其功耗是很难得到控制的，最典型的例子莫过于AMD Athlon 64。同样是Socket 754接口的0.09微米工艺，移动平台的炫龙通过1.0V电压可以实现25W TPD功耗，而桌面平台的Athlon 64却高达62W。尽管这其中有工作主频和核心步进之间的区别，但是造成如此大的差距，核心电压的因素绝对不可忽视。至于Intel的Pentium D，在改用65纳米工艺之后，核心电压和功耗均未明显下调。毫无疑问，未来CPU的制作工艺改革必须建立在降低工作电压的基础上，而这也逼迫CPU厂商通过其它途径来解决晶体管漏电问题。 Intel 45纳米工艺的解决方案 进入45纳米时代之后，此时所面临的挑战更为艰巨。晶体管漏电至少造成明显的功耗提升，这不仅仅是晶体管本身带来额外的发热量，还包括CPU为了解决信号模糊问题而不得不提高的核心电压。为此，Intel在其45纳米工艺中融合了高介电薄膜（High-K Dielectrics）和金属门集成电路，有效解决了这场漏电危机。
尽管最新的制作工艺还没有余地来解决高功耗问题，但是Intel将会在新处理器上推出被称为“Deep Power Down”的技术，实现更低的C6节电状态。新的C6状态可以将处理器的核心电压降至其所采用制程技术的极限，在该状态下除了降低处理器核心频率以外还将会关闭所有的高速缓存。在这种情况下，其功耗非常低，并且将会在新一代 Penryn处理器上得到应用。
与Intel新45nm产品再次亲密接触 作为Intel 45nm制程的代表产品之一，Intel E7000系列和E8000无疑最受消费者所关注。尤以超频性能出众以及强大的3D性能和超低的功耗而闻名遐迩。Intel从65nm制程开始就开始，专心研制如何更好的控制产品功耗的问题了。同时，由于工艺制程的改进更是让产品的性能和实际功耗得到了进一步的提升。 其中，在Intel新上市的产品中，又以E8000系列最为抢眼。Intel Core 2 Duo E8000均采用45nm的核心制程，1333Mhz的前端总线，双核心共享6144KB的二级缓存，而处理器的TDP功耗值为65W。步进为C0步进，支持MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3指令集，同时还加入了最新的SSE4指令集。SSE4加入了6条浮点型点积运算指令，支持单精度、双精度浮点运算及浮点产生操作，且IEEE 754指令 (Nearest, -Inf, +Inf, and Truncate) 可立即转换其路径模式，大大减少延误，这些改变将对游戏及 3D 内容制作应用有重要意义。相比上一代的65nm产品，Intel Core 2 Duo E8000可以说在多方面都有了不错的改进，而且具备非常强悍的超频潜力。
对于45nm产品来说，Intel首次加入了0.5倍频调节，此外还加入了SSE4指令集，Wolfdale增加了2个不同的32Bit向量整数乘法运算支持，引入了8 位无符号 (Unsigned)最小值及最大值运算，以及16Bit 及32Bit 有符号 (Signed) 及无符号运算，并有效地改善编译器效率及提高向量化整数及单精度代码的运算能力。同时，SSE4 改良插入、提取、寻找、离散、跨步负载及存储等动作，令向量运算进一步专门化。 此外，SSE4加入串流式负载指令，可提高以图形帧缓冲区的读取数据频宽，理论上可获取完整的快取缓存行，即每次读取64Bit而非8Bit，并可保持在临时缓冲区内，让指令最多可带来8倍的读取频宽效能提升，对于视讯处理、成像以及图形处理器与中央处理器之间的共享数据应用，有着明显的效能提升。
Intel E4000/E7000/E8000三代同堂，从背面来看，E4500/E7300/E8200之间存在较大的差别，三者的二级缓存数量均不相同。从Intel的规划来看，E7000系列很有可能将会取代原E4000产品的地位，同时E8000将会取代原E6000系列产品的地位，最终将65nm产品全面过渡到45nm产品，完成产品过渡。 超频性能更强悍 3D性能更出色 其实，无论是对于对手来说还是对于Intel自己来说，45nm产品其实不仅仅是工艺制程上面的改进，其实，45nm产品在游戏和超频方面的改进更加明显，在同架构同频率的对比中Intel 45nm产品更是体现出良好的性能，拥有非常出色的发挥。其实，这些都要归功于Intel在45nm产品中加入了新的指令集，其中SSE4加入了6条浮点型点积运算指令，支持单精度、双精度浮点运算及浮点产生操作，且IEEE 754指令 (Nearest, -Inf, +Inf, and Truncate) 可立即转换其路径模式，大大减少延误，这些改变将对游戏及3D内容制作应用有重要意义。因此，在3D制作和渲染方面Intel将继续保持惯有的传统优势。
OpenGL的巨作DOOM III，Doom III引擎惊人的逼真度基本上依靠两个特性：一个现实的物理引擎和一个统一的照明方案，后者整合了详细的凹凸映射和测定体积的阴影。
Half Life 2是今天的游戏技术先头部队的另一半，与Doom 3并驾齐驱。虽然它可能不像它的对手那样阴沉和渲染得夸张，但它的渲染技术是令人敬畏的，就像它出众的设计和完全和谐的物理引擎一样。
通过超频评测之后，我们惊喜的发现，在风冷的情况下E8000系列具有相当强悍的超频能力，540MHz的外频更是让DIYer感到欣慰，此时的倍频为8，主频达到4.32GHz。在不降低倍频（倍频保持在9.5）的情况下E8500也是能够非常容易的将外频超频至500MHz，这个成绩可以说非常理想。以上超频全部都是在加电压的情况下进行，同时极限超频对CPU的寿命以及CPU的稳定性上影响较大，因此消费者在超频时请量力而行，以免超成不必要的损失。 作为一款面向中高端双核处理器市场的45nm处理器，E8500的表现可以说非常出色。不仅在技术和规格上都要比上一代的65nm产品有了长足的进步，同时在超频潜力上又有了一个质的飞跃。这让更多的I饭们看到希望，而且由于45nm制程在成本上将会更低，因此在中低端市场的竞争中Intel 45nm制程的新处理器将更具有冲击力。 由于Intel 45nm产品新加入了SSE4指令集，因此在多媒体方面性能略有提升，尤其是在高清播放方面E8500将会有着更加出色的表现。同时由于二级缓存的容量也提供至了6MB，因此在游戏性能方面较之以前的65nm产品来说更是有了明显改观，性能提升明显。通过本次简单的评测，不难看出Intel 45nm产品无论是在性能方面还是在规格方面都为消费者带来不少惊喜。相信随着Intel 45nm处理器陆续登场同大家见面，这时大家也能够亲身体验到Intel 45nm处理器的强大了。 更值得期待 Intel下一代核心架构 在今年的IDF上，Intel不仅仅是向大家展示了无比强大的45nm产品以及32nm的晶圆，同时还向大家展示了Intel 下一代45nm核心架构那就是“Nehalem”，作为Intel下一代具有划时代意义的产品——Nehalem无疑是最受消费者所关注的重点。在今年的IDF上面，Intel对Nehalem做了详细的介绍。
最让人感到意外的是，Nehalem将采用内存控制器技术，并且将在核心内搭配三级缓存，并且重新支持同步多线程技术。 Nehalem的IMC（integrated memory controller，整合内存控制器）可以支持3通道的DDR3内存，运行在1.33GT/s（DDR3-1333），这样总共的峰值带宽就可以达到32GB/s（3×64bit×1.33GT/s÷8）。不过还并不支持FB-DIMM，要Nehalem EX（Beckton）才有可能会支持FB-DIMM（Fully Buffered-DIMM，全缓冲内存模组）。每通道的内存都能够独立操作，控制器需要乱序执行来降低降低延迟，有了Core 2近4倍的内存带宽。 Nehalem的SMT（Simultaneous Multi-Threading，同步多线程）技术又重新回归到了Nehalem架构，这最早出现在130nm的P4上。对于打开了SMT的CPU来说，将会遭受到更多的命中失败，并需要使用更多的带宽。所以Nehalem比P4是更适合使用SMT的。Nehalem的同步多线程（Simultaneous Multi-Threading，SMT）是两路的，每核心可以同时执行2个线程。对于执行引擎来说，在多线程任务的情况下，就可以掩盖单个线程的延迟。SMT功能的好处是只需要消耗很小的核心面积代价，就可以在多任务的情况下提供显著的性能提升，比起完全再添加一个物理核心来说要划算得多。这个和以前P4的HT技术是一样的，但比较起来，Nehalem的优势是有更大的缓存和更大的内存带宽，这样就更能够有效的发挥。按照INTEL的说法，Nehalem的SMT可以在增加很少能耗的情况下，让性能提升20-30%。 |
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2008-04-15 09:10
出处：PConline原创
责任编辑：hansong
