摩尔定律指引下的处理器进化
- 来源:中国计算机报
- 关键字:摩尔定律,处理器
- 发布时间:2010-10-19 10:26
486 的价值之一是让英特尔逐渐摆脱选择走CISC（复杂指令计算机）还是RISC（简单指令计算机）道路的摇摆，这场辩论已经持续了多年。但架构之争一直持续到英特尔推出奔腾Pro处理器及其乱序执行和集成二级缓存才真正宣告结束，“我们证明了全面兼容现有软件的更高效CISC 架构已经成为可能”。
一路冲向高主频
英特尔逐渐扩大x86 处理器的应用领域是从奔腾（Pentium）时代开始的，那是上世纪90年代，由此它开始了更为快速的技术演进。
1993 年Pentium 处理器发布时，RISC优势论还在盛行。Pentium 采用的超标量技术就是针对RISC，提升指令执行速度的一次架构创新。300万个晶体管、全新的功能让Pentium 设计困难重重。刚问世的Pentium 处理器体积庞大，速度也仅为66MHz，后来经过改进，缩小了体积，同时运行速度也提升到了100 MHz。摩尔定律主导的半导体创新已经发展到了4200 万个晶体管。
1995 年，Pentium Pro问世，它革命性地采用了动态执行和独立双总线控制。更重要的是，这款处理器不仅用于个人PC，也开始用于伴随互联网兴起的工作站和服务器。后续产品上市使英特尔的业务具备了向新领域扩展的可能，后续的PentiumⅡ 、Pentium Ⅲ 、Pentium4 都是如此。
作为Pentium 产品线的高端产品，至强品牌被引入，它被明确定位于面向中高端企业级服务器、工作站市场。
2000 年， 在Pentium4 中采用的NetBurst架构设计目标是适应更高主频，此时的消费者习惯于以频率为唯一考量，高性能成为主题词，AMD 也开始跟随英特尔共同创造主频神话。
开启多核与智能时代
主频提升是提升单线程性能的最直接途径，然而竞相攀升的主频过快地耗尽了当时制造工艺的能力，Pentium 的NetBurst架构在4GHz 遇到了无法解决的升温问题，实现10GHz 主频的预言已经无法实现了。
在持续追求更高主频路线走不通之后，AMD 和英特尔都选择了绕过这一障碍。2006年，英特尔启用了由海尔法开发团队研发成功的酷睿架构，转向高能效以及多核路线，这样的技术路线也是Sun、IBM 的共识。
从双核、四核到八核，单芯片的核数在不断增加。向多核转变，使得处理器在主频不快速提升的前提下，摩尔定律得到延续，能效表现继续攀升。值得关注的是，当前的软件环境也开始注重向并行方面发展，以充分发挥多核潜力。同时，融合趋势也开始显现，比如主流处理器开始融合了图形显示功能等。
多核是一个划时代的进步，英特尔研究部门还在早早研究更多核数的众核架构，单芯片将拥有超强的计算能力，从2006年末英特尔发布了万亿次单芯片实验型处理器以来，在众核方面的研究成果就不断被曝光。最新的产品路线图表明，英特尔即将推出首款众核协处理器，用于高性能计算中高度并行的部分任务处理，目前相应的软件工具包已准备完毕。
计算在走过了漫长的成长阶段之后，除了选择多核路线之后，也开始进入智能计算时代。实现智能计算之后，能源消耗就可以在现有的基础上通过灵活调配而实现降低。英特尔在产品转向Nehalem 微架构后，提出了合理实现智能计算的路径。
目前，英特尔的智能计算理念主要由三大要素组成，即按需、自动和可扩展。按需主要是指处理器平台要能够自动判断应用和用户需求的变化，并做出响应；自动是指处理器平台在响应变化时，可以相应地、高精度地调整性能输出和电能消耗，帮助用户获得最好的计算能效；可扩展则是指处理器平台要支持全新应用软件和应用模式，从而让用户能够更加灵活、合理地调配计算资源。
跨越传统PC领域
时值今日，从冲击千万亿次的高端处理器芯片，一直到超低功耗的超移动处理器，x86 处理器正在囊括更多领域，尤其是深度嵌入式领域。传统意义上，英特尔在嵌入式市场的力量主要集中在类PC 的领域，这类应用的需求基本与PC 需要的处理器比较近似。而在英特尔发布凌动（Atom）处理器之后，情形发生了变化，这一为低功耗不断优化的产品，目前已经进入越来越多的应用领域，包括上网本、平板电脑、消费电子等。
英特尔的这一战略调整，为其开辟了全新的、市场潜力巨大的市场。基于x86架构的智能计算进入到各个产品领域后，会极大地激发产品的形态创新，可以说，以后的计算机概念将被泛化，PC 将只是具有计算智能的设备的一种，越来越多的载体将与传统PC 大相径庭。英特尔的凌动处理器和系统芯片将出现在电视、机顶盒、手机、汽车、标牌等各种设备中———这其实就是嵌入式系统的发展趋势。只要设备具有处理器驱动的计算智能，都可以算作广义的嵌入式系统。
从软件层面来看，PC 平台上积累着丰富的软件应用，以及多年培育起的熟悉PC 应用开发的工程师，包括英特尔牵头推出的完全开发的Meego 操作系统平台，这些都将成为x86处理器进入新市场的有利竞争条件。
而处理器厂商本身也在随着计算边界的扩张成长进化，对于英特尔来说，它已经由一个提供硬件平台的处理器厂商，转型为一个同时提供硬件、软件、服务等一整套方案的厂商，即英特尔愿景中提到的“互联计算”厂商。
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