處理器史話 | 開啟多核時代的Yonah：它是英特爾酷睿core的開發(fā)代號

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你知道“酷?！被蛘摺癱ore”嗎？

估計大多數(shù)的地球人都知道。

你知道“Yonah”嗎？

估計有些人會疑惑：拼錯了吧，是 Yahoo 吧？

Yonah 和 Yahoo，不但看起來很像，而且在各自的業(yè)內(nèi)都是“大神”級別，雖然內(nèi)在有些聯(lián)系，但絕對是兩個完全不同的概念。

Yahoo 是美國著名的互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站，20 世紀末互聯(lián)網(wǎng)奇跡的創(chuàng)造者之一。是全球第一門戶搜索網(wǎng)站，如果對 Yahoo 感興趣，可以查閱相關的資料，這里不再贅述。

現(xiàn)在言歸正傳，聊一聊關于 Yonah 的話題。

Yonah 是 Intel 處理器酷睿 core 的開發(fā)代號。2005 年至今，是酷睿（core）系列微處理器時代，通常稱為第 6 代處理器。

Yonah 是 Intel 于 2006 年初推出的。這是一種單 / 雙核心處理器的核心類型，其在應用方面的特點是具有很大的靈活性，既可用于桌面平臺，也可用于移動平臺；既可用于雙核心，也可用于單核心。

隨著酷睿的面世，“雙核”一詞，便鋪天蓋地，席卷而來。

什么“雙核”呢？
雙核處理器，就是基于單個半導體的一個處理器上擁有兩個一樣功能的處理器核心，就是將兩個物理處理器核心整合入一個內(nèi)核中，單核就是一個。簡言之，雙核類似于生活中的“雙黃”雞蛋。

眾所周知，雞蛋的營養(yǎng)集中在蛋黃里，雙黃蛋，雙倍營養(yǎng)，雖然其價格也是接近普通蛋類的兩倍，但依然非常受歡迎。那么“雙黃”的 CPU 會帶來哪些好處呢？

請看下面的數(shù)據(jù)：
Yonah 雙核心擁有 1 億 5 千 1 百萬晶體管，保持 Pentium M 較少的 14 級流水線架構，因此頻率雖然只有 2.16GHz，但效能卻直追 3GHz 以上的 Pentium D 雙核心處理器。

核心內(nèi)部擁有 2MB L2 Cache，供兩顆核心同用，稱為 Intel Smart Cache 技術，有助減低 Intel 舊有雙核心架構出現(xiàn)的 Cache 讀取的嚴重延遲，除此之外，核心特別加強了 SSE/SSE2 Micro Ops Fusion 運理能力、而且首次在行動處理器中加入 SSE3 指令集，主要針對多媒體的效能改善，另外 Floating Point 部份亦有一定程度的強化增強 3D 游戲的執(zhí)行效果。

看到這里，也許會有這樣的疑問：采用了雙核的 CPU，體積是否變大了？

2005 秋季 IDF 上，Intel 向全世界展示了多款高“性能功耗比”的多核處理器，其中最值得期待的當屬采用 65nm 制程的雙核 Pentium M――Yonah，并以實物回答了上面的問題：

采用單 die 雙內(nèi)核的制作方法。65nm 制程的引入，使“雙核”的表面積并沒有增大。

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479 針的雙核 Pentium M――Yonah

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(1) Yonah 的技術參數(shù)
Yonah 核心來源于移動平臺上大名鼎鼎的處理器 Pentium M 的優(yōu)秀架構，具有流水線級數(shù)少、執(zhí)行效率高、性能強大以及功耗低等等優(yōu)點，具體參數(shù)如下：

1)Yonah 核心采用 65nm 制造工藝；
2)核心電壓依版本不同在 1.1V-1.3V 左右；
3)封裝方式采用 PPGA；
4)接口類型是改良了的新版 Socket 478 接口(與以前臺式機的 Socket 478 并不兼容)；
5)在前端總線頻率方面， Yonah 核心 Celeron M 是 533MHz；
6)在二級緩存方面， Yonah 核心 Celeron M 是 1MB。
7)Yonah 核心都支持硬件防病毒技術 EDB 以及節(jié)能省電技術 EIST，并且多數(shù)型號支持虛擬化技術 Intel VT。但其最大的遺憾是不支持 64 位技術，僅僅只是 32 位的處理器。
8)Yonah 核心是共享緩存的緊密型耦合方案，其優(yōu)點是性能理想，缺點是技術比較復雜。

此外，在外頻方面，Yonah 將會由上代 Pentium M Dothan 核心 533MHz FSB 提升至 667MHzFSB，以更高的頻寬應付雙核心帶來更大的數(shù)據(jù)傳送。

Yonah 亦是首顆支持 Intel Virtualization 功能的行動處理器，它可以令系統(tǒng)能夠同時間支持多個操作系統(tǒng)，可惜的是它并不支持 EM64T 功能，算是唯一的美中不足。

雖然 65nm 擁有較低的功耗表現(xiàn)，但由于 Yonah 的雙核心始終因為晶體管數(shù)量上升而功耗亦較上代單核心的 Dothan 較高，為了提高電池的續(xù)航能力，Intel 亦加入了 Enhanced IntelDeeper Sleep 功能，以減低不必要的電源消耗，令 Yonah 雙核心的實際使用時間與上代 Dothan 大致相當。

(2)接口設計
同為 479pin - Yonah 與上一代 Pentium M 對比， 很容易發(fā)現(xiàn)：二者表面積相同，但核心的大小形狀明顯不同了，PCB 的顏色也略有差異，見下圖，請仔細觀察正面和背面。

Yonah（左）和上一代 Pentium M（右）正面圖

479pin – Yonah（左）和上一代 Pentium M（右）

經(jīng)過觀察和對比，會得到下面的結論：
雖然同為 479 針，但 Yonah 的針腳是經(jīng)過重新排布和定義的，現(xiàn)在所有 479 主板均不能使用。也就是說，兩者互不兼容。

(3)優(yōu)秀的 SmartCache 設計
此外，Pentium M Yonah 雙核心處理器，在內(nèi)部架構上作出了大幅改良，例如：
1)全新的 Smart Cache 架構，有效加強雙核心的效率。
傳統(tǒng)的雙核心設計每個獨立的核心都有自己的 L2 Cache，但 Yonah 雙核心的 Smart Cache 架構則是透過核心內(nèi)部的 Shared Bus Router 共享相同的 L2 Cache，因此當 CPU 1 運算完畢后把結果存在 L2 Cache 時，CPU 0 便可透過 Shared Bus Router 讀取 CPU 1 放在共享 L2Cache 上數(shù)據(jù)，大幅減低讀取上的延遲并減少使用 FSB 頻寬，更加入 L2 & DCU Data Pre-fetchers 及 Deeper Write output 緩沖存儲器，增加了 Cache 的命中率。

換個說法，解釋一下上面的過程：當一個核心處理完數(shù)據(jù)并將其存放在二級緩存中時，另外一顆核心便可通過“Shared Bus Router”來讀取另一個核心存放在二級緩存中的數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)讀取和交換速度要遠遠大于通過前端總線進行數(shù)據(jù)傳遞。

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2)Smart Cache 架構還有很多不同的好處。
例如：當兩顆核心工作量不平均時，如果獨立 L2 Cache 的雙核心架構有機會出現(xiàn)其中一顆核心工作量過少，L2 Cache 沒有被有效地應用，但另一顆核心的 L2 Cache 卻因工作量重，L2 Cache 容量沒法應付而需要用上系統(tǒng)內(nèi)存，要注意的是它并無法借用另一顆核心的 L2 Cache 空間，但 SmartCache 卻沒有這個問題，因為 L2 Cache 是共享的。

Shared Bus Router 除了更有效處理 L2 Cache 讀取外，還會為雙核心使用 FSB 傳輸時進排程，新加入的 Bandwidth Adaptation 機制改善了雙核心共享 FSB 時的效率，減少不必要的延遲，其實這個 Shared Bus Router 設計確實有點像 K8 的 System Request Interface 及 Crossbar Switch 的用途。

3) SmartCache 架構用在行動處理器亦有很大的優(yōu)勢。
例如：系統(tǒng)工作量不多或是處于閑置狀態(tài)，Yonah 處理器可以把其中一顆核心關掉，以減少處理器的功耗。不過卻可以保持 2MB L2 Cache 運是保持工作，而且 Shared Bus Router 更可以因應 L2 Cache 的需求量改變 L2 Cache 的大小，在不必要時關掉部份 L2 Cache 以減低功耗，但在獨立 L2 Cache 的雙核心，如果要把其中一個 Cache 關掉，則必需要把其中一顆核心的 L2 Cache 數(shù)據(jù)移交出來，而且 Cache 亦會和核心同時被關閉，而且更沒法因應需求實時改變或關掉部份 L2 Cache 的容量以減低功耗。

(4)Enhanced Intel Deeper Sleep 技術
新一代 Pentium M Yonah 雙核心處理器，將會被加入強化的休眠模式稱為 Enhanced IntelDeeper Sleep，在 C-State 閑置狀態(tài)中新增加強版 C4 模式。

已往 Pentium M 處理器可以在處理器被閑至時，由 C0 的 Active 活躍狀態(tài)進入 C1 的 HALT 暫止模式減慢處理器的頻率，再進一步可由 C1 的 HALT 進入 STOP CLOCK 令處理器完全停止工作，當處理器在一段時間在 STOP CLOCK 狀態(tài)沒有被回復過來，系統(tǒng)將會進入 C3/C4 的 DeepSleep 及 Deeper Sleep 狀態(tài)。

Deep Sleep 及 Deeper Sleep 可把在停止工作的處理器電壓降低，進一步減低電力消耗令電池更長壽，但卻不能完全把處理器完全被停止，因為處理器停止工作，但其實處理器內(nèi)的 L1 及 L2 還被儲存著數(shù)據(jù)，把整顆處理器停掉將令 L1 及 L2 數(shù)據(jù)流失，無法把系統(tǒng)由 Deep Sleep 狀態(tài)下回復至 Active。不過新一代 Pentium M 雙核心處理器 Yonah 的 EnhancedIntel Deeper Sleep 支持，把 L1 及 L2 的數(shù)據(jù)備份進系統(tǒng)內(nèi)存，因此處理器可以被完全停止，需要時只要把系統(tǒng)內(nèi)存的 L1 及 L2 數(shù)據(jù)，回復至處理器便可，Intel 透露 EnhancedIntel Deeper Sleep 將比 Deeper Sleep 省電 30%以上。

(5)無線網(wǎng)卡配置
在無線網(wǎng)卡上 Intel 將現(xiàn)有的 2915ABG 替換為新型的 3945ABG，后者體積更加小巧，只有原來的 2915ABG 的一半大小，這對于那些輕薄小巧的便攜型筆記本來說確實是好消息，而對于普通的筆記本電腦意義不大，同時它的集成度更高，只需要 90 個元件就可以搞定了，而原來則需要將近 300 個元件。

改良版的無線網(wǎng)卡，在規(guī)格細節(jié)上差異不大，改良的重點集中在訊號處理及 WoWLAN(Wakeon WLAN)上，像很多媒體大驚小怪的 Cisco Compatible Extensions (Cisco 延伸的安全性規(guī)范)，其實 Intel 現(xiàn)在的產(chǎn)品就已經(jīng)支持了。

此外，Intel 的 PROSet/Wireless Software v10.0，以及支持且采用 Cisco BusinessClass Wireless Suite(商用等級的無線網(wǎng)絡軟件套件)與 Avaya 的 SIP Softphone(SIP 協(xié)議的軟件網(wǎng)絡電話)，這些將改進安全性、易用性與無線 VOIP 的可用性。

(6)優(yōu)化電源管理技術
Yonah 的產(chǎn)品線基本上包括三種不同功耗的版本，分別是：
SV：Standard Voltage，標準電壓版，31W(現(xiàn)時該版本的 Dothan 為 27W)；
LV ：Low Voltage，低電壓版，15W(現(xiàn)時該版本的 Dothan 為 12W)；
ULV：Ultra Low Voltage，超低電壓版。

這與 Dothan 的劃分相同。

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Yonah 的節(jié)電技術是經(jīng)過大幅改良的，引入了稱為 Intel Dynamic Power Coordination 的節(jié)電技術，通過這一技術，兩個核心切換到節(jié)電模式時既可同時控制也可分別進行控制。CPU 根據(jù) OS 的狀態(tài)而提供了多個節(jié)電模式。如 Banias 代處理器分為 5 種狀態(tài)，分別是：

• C0：普通使用；
• C1：Halt 指令生效時的待機狀態(tài)；
• C2：頻率停止；
• C3：睡眠；
• C4：進一步的睡眠。

Yonah 的兩顆核心可以根據(jù)各自核心的 CPU 負荷，獨自切換節(jié)電模式，而且還可以同時進入到同一個模式。如：CPU 的處理量并非太大，而處于電池驅動狀態(tài)下時，其中一顆核心以 C0(普通使用)模式運行而另一顆核心則可以以 C2(頻率停止)運行。

但是 Yonah 并未為兩個核心分別配置提供頻率的 PLL 以及電壓轉換器(VoltageRegulator)，因此單個核心無法單獨進入需要降低 CPU 電壓的 C3 或 C4 模式，也無法使用 CPU 電壓 / 頻率需要變化的 SpeedStep 技術，總的來說就是無法使用兩個核心的電壓 / 頻率需要分別控制的方式進行節(jié)電，因為需要 2 個電壓變換器和 PLL。

(7)不支持 64bit 指令集以及 HyperThreading 技術
Yonah 支持開發(fā)代號為 Vanderpool 技術的 Intel Virtualization Technology，但并不支持總稱為 X64 的 64bit 指令集 EM64T 以及 Hyper Threading 技術(HT)。

關于這方面 Intel 移動業(yè)務部移動平臺組的拉馬解釋：
“不支持 EM64T 和 HT 技術并非技術層面上的問題，純粹是市場上的原因”。
由于現(xiàn)時支持 X64 的軟件仍相當欠缺，因此 Yonah 不支持 X64 也是理所當然的事，同時當初支持 X64 的 64bit 軟件也只是以工作站等高端領域為目標。而對于內(nèi)存插槽只有 2 條的筆記本電腦來說，內(nèi)存容量需要增加到 4GB 所需過程要比臺式機要長的多，因此這樣的選擇是相當合理的。

實際上，在后一代移動處理器 Merom 上，已經(jīng)開始支持這兩項技術。

(8)技術比較
目前，市場銷售的 Intel 處理器的筆記本大部分分為一下三種核心 Dothon，Yonah 和 Merom，下表分別為三者的部分參數(shù)的比較。

Dothon，Yonah、Merom 的參數(shù)比較

Yonah、Merom 的參數(shù)比較

總之，多核處理器在處理多任務下優(yōu)勢非常明顯，而又由于現(xiàn)在很多軟件開發(fā)者都對軟件進行優(yōu)化，更利于多核并行處理。

與非網(wǎng)原創(chuàng)，謝絕轉載！

系列匯總：

之一：第一款處理器之謎

之二：處理器的春秋戰(zhàn)國時代：8 位處理器的恩怨與紛爭（上）

之三：處理器的春秋戰(zhàn)國時代：8 位處理器的恩怨與紛爭（下）

之四：處理器的三國時代：蘋果攪動 MCU 江湖

之五：處理器的三國時代：DR 公司盛氣凌人，IBM 轉身成就微軟

之六：32 位處理器的攻“芯”計：英特爾如何稱霸 PC 江湖？

之七：AMD 稱霸 PC 處理器市場的“曇花一現(xiàn)”

之八：CPU 兩大陣營對擂，X86 構架讓英特爾如日中天

之九：你知道 X86 構架，你知道 SH 構架嗎？

之十：SuperH 系列處理器：昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一：MIPS 構架：曾經(jīng)是英特爾的“眼中釘”

之十二：MIPS 構架之：我和龍芯有個約會

之十三：ARM 架構：有處理器之處，皆有 ARM

之十四：ARM 和英特爾還有一場“硬仗”要打！

之十五：PowerPC 架構：IBM 的一座金礦

之十六：PowerPC 和它的“前輩們”：曾經(jīng)那么風華絕代

之十七：PowerPC 和它的“前輩們”：一代更比一代強

之十八：當 Power 架構的發(fā)展之路遭遇“滑鐵盧”