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CPU专题--展望未来


日期: 2000-06-12 14:00 | 联系我 | 关注我: SteemIT, Twitter, Google+

  产品的未来

  传统的微处理器体系结构注定了它们好像总是显得“心有余而力不足”。人们除了加快指令的执行速度以外,只能通过在一个时钟周期内执行更多的指令(即通常所指的指令并行)来提高微处理器的性能。但是,目前通过编译优化增强并行性从而提高整个系统的性能受到许多限制。为了克服这些局限,我们需要采用一种新的体系结构。Intel和HP已经合作开发出了一种被称为EPIC(Explicitly Parallel Instruction Computing)即显式并行指令计算体系结构。在这种体系结构中,编译器可以从源代码中尽可能地发掘其并行性,并且将这种并行性“显式”地告知硬件设备。在EPIC技术的基础上,他们还定义了一种新的64位指令系统体系结构(ISA),并且已经将其应用到了Intel 64位的微处理器IA-64(代号Merced)当中。同时,IA-64还采用了崭新的指令预测和数据预装技术,从而大大降低了控制指令以及存储延迟所带来的浪费。新一代IA-64的一个主要目标在于:根据不同的性能和成本需要来提供一系列的微处理器。IA-64的体系结构及其指令格式兼容一系列的微处理器,这使得通过IA-64系列产品、附属功能部件以及其他微处理器资源来扩展机器的“宽度”成为了可能。并且,由于增强了指令执行的并行度而进一步改善了性能。IA-64体系结构从一开始设计就注意到了这种“内在的可伸缩性”,同时由于它采用了更为先进的技术,从而使系统的性能有了革命性的提高。

  将于2000年推出的Merced将瞄准高端工作站市场。由于其出色的浮点和图形处理能力,Sun、HP和SGI都将采用Merced作为各自工作站和服务器产品的处理器。HP还透露它将推出能够升级到Merced的PA-RISC和IA-32的服务器。为了提高处理能力,Merced拥有三级缓存:一个与执行单元紧密结合的L0缓存、芯片内一级缓存和多达几兆的二级缓存。Merced的下一代产品是McKinley,而Madison则是McKinley的下一代产品。Madison将于2002年投入生产。同一年,Intel还将发布一种用于低价位服务器和工作站的芯片Deerfield。HP新的处理器是64位的PA-8500。根据PA-RISC的长远计划,HP将开发PA-8000芯片的系列产品。到2000年将发布560MHz的PA-8600芯片。 2001年计划推出PA-8700,接下来是PA-8800和PA-8900。PA-RISC将提供1.5MB的一级缓存。其中1MB作为数据缓存,0.5MB作为指令缓存。HP说,1.5MB是目前最大的一级缓存。由于测试方面的原因,Compaq的下一代64位Alpha处理器21264将推迟到1999年6月推出。Compaq认为Alpha技术将会领先于Intel的Merced,于是全力投入基于Alpha芯片的系统的开发。但是Intel已合法地获得了Digital在Hudson一个研究机构的研究成果,这就迫使Compaq加快了芯片的开发速度。否则凭着Intel的超强实力,超过竞争对手不是件困难的事。

  到2000年,Compaq将推出1000MHz的21364 Alpha处理器。它的二级缓存将达1.5MB。在32位高端处理器领域,Intel公布了未来Katmai芯片技术。它将提供先进的3D图形处理和影像处理技术。Katmai技术也被称为MMX2,它通过改进内存管理来提升图形和影像处理性能,并提供新的媒体应用,如语音识别等。 最近,Intel公布了其Willamette和Foster的芯片计划。Foster芯片展现出Intel新一代32位芯片的全新结构。这两种芯片将在2001年替代PentiumⅡ和Xeon。AMD的官员在论坛上详细介绍了下一代K7处理器,该处理器将于1999年第2季度推出,定位于工作站/服务器市场。K7将支持多处理器架构,这对AMD来说是第一次。AMD的K7将使用Compaq授权的EV6系统总线。据AMD的技术主管DirkMeyer透露,该总线最高能运行在400MHz之上。这样一来,K7与外设通讯的速度将会大幅提升。K7具有128KB一级缓存并支持高达8MB的二级缓存;K7改进的浮点处理单元可为3D图形处理和复杂的数学运算提供强劲的支持。

  AMD的K7芯片的主管Dirk Meyer认为K7的浮点峰值速度能到Pentium II的4倍。K7初级产品将运行在500MHz并包括AMD的3DNow!浮点多媒体指令集,这将大大加快图形和多媒体的处理速度。到2000年,AMD将使K7运行于1000MHz时钟频率之上。 AMD面临的最大挑战是工业界是否会支持它的芯片。因为K7不使用Intel的系统主板,AMD不得不说服主板厂商和芯片组制造商生产基于K7的产品。但是,很多公司生产了支持K6的产品,因此可以预计,K7同样会受到欢迎。

  在32位处理器市场中另一个不可忽视的产品是Motorola开发的用于Macintosh的PowerPC G4。G4运行在400MHz时钟频率上,拥有2MB的二级缓存,使用100MHz的系统总线。成熟产品预计将于1999年第2季度发布。G4扩展了它的指令集。新增加的128条AltiVec指令用来提升处理器的多媒体处理能力,如视频图像处理等。通过使用SPEC的浮点规范,G4比G3在浮点运算方面提高了50%。

  Motorola的项目部经理PaulReed说,在AltiVec指令和PowerPC普通指令之间切换时,不会出现像MMX那样的延迟,G4在对通讯中的数据加密的处理速度是G3的15倍。多个G4还能组成多媒体处理系统,数据能在处理器间传输而不通过存储器,这样能节省50%的处理时间。 G4的400MHz时钟频率、0.25微米工艺生产的样品已经投入使用。随着G4芯片的推出,Apple的操作系统也将改进,以充分发挥G4的性能。

  运行于400MHz~500MHz的WinChip 4芯片使用Super 7主板,将于1999年下半年推出。使用0.18微米技术的第2代产品将在2000年上半年推出,时钟频率将达500MHz~700MHz。IDT公司的WinChip C6注重于优秀的性能价格比和低功耗。它拥有580万个晶体管,使用5层金属工艺和0.25微米CMOS工艺,比同级的奔腾处理器小30%~60%。WinChip很适合于笔记本电脑。Rise Technology宣布除了将在今年推出含有16KB一级缓存的MP6处理器外,还将推出的第二代MP6处理器会有16KB一级缓存和256KB二级缓存。如果Rise Technology能推出后一种芯片,那么它将拥有比Intel目前的第二代赛扬处理器多一倍的二级缓存。Rise的处理器之所以能推出第6代,很大原因在于它的并行技术。该技术使得处理器能在一个时钟周期内同时执行3条指令。目前只有Intel的Pentium II处理器在执行MMX指令时才能做到。MP6的特殊性能还包括拥有DVD和Modem功能。MP6通过一个管道浮点单元还能做到同时处理多个浮点运算。这样就大大提升了它的3D处理能力。

  未来的技术

  硬件业界特别是芯片制造界有一条众所周知的摩尔法则,那就是说:放置再相同空间的电晶片(闸门)数量(会制造出更高的处理速度和能力),每18到24个月应该会加倍。这条理论可以说十分准确,因为从早期的 286、一直到今天的PIII都是这样发展的。不过似乎现在的芯片发展比摩尔定律更加快了,可以说已经达到了“超速芯片”的地步。

  最明显的例子莫过于Intel最新推出的500-MHz PentiumIII,还有苹果电脑新推出的新的PowerPC G3处理器,其速度高达400 MHz。而且Intel和AMD也都宣布在2000年制造造1-GHz(相等於1,0000 MHz)芯片的计划。甚至在2005年之前,我们就能够看到5-GHz处理器的出现。看到这些,我们不禁要问:我们真的需要这么高速嘛?印在盒子上的那些吓人的百万频率的数字真的是我买电脑最注重的东西吗?而这些可怕的芯片还会继续“超速”下去吗?

  在个人角度看来,处理器当然是越快越好了,这方面应该不是阻挠芯片发展的原因。最重要的是技术方面。很多东西会影响晶片的速度,最重要的是电晶体的尺寸棗简称为闸道。处理器的工作方式就是以复杂的模式开关芯片表面的数千甚至上百万个闸道,所以闸道越小,速度越快。所以不少技术人员就在缩小闸道面积上下功夫,譬如说用极紫外线将晶片表面的影象聚焦到矽的表面上,是蚀刻出来的闸道更加小一些。近年来的芯片里面都是用铝线来做导体,但是随着芯片和芯片内电缆的缩小,铝线的使用已经到达了极限,所以芯片制造商就用比铝线更加好的铜来做芯片,也就是所谓的铜芯片。近日的技术已经能够克服铜和矽的不相容性,Pwoerpc G3 处理器就是使用铜技术制造的,据说K7也将使用这种技术,处理器的速度能够大大提升。但是克服了铝的障碍之后又碰上了一个难题:矽本身的极限。随着闸道越做越小,迟早会达到原子的度量尺度,到时我们的闸道是50个原子宽,还是25个甚至是5个呢?没有人知道,不过连原子也需要再分开的这一天终于要到来,到时的处理器或者要寻觅另外一条出路了,不过这一天距离现在还需要10年到20年。

  所以可以这样说,以后的15年左右,是处理器特别是这些“超速芯片”的黄金时期,二十一世纪的处理器,速度之快将是我们难以预料的。

标签: Intel | CPU | AMD

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