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芯片相關(guān)-- Cpu歷史--intel系列

楊華

興趣廣泛到時間不夠，“貓貓與榴蓮”

上次發(fā)了一篇文章，本以為沒有人會感興趣，大家關(guān)注的還挺多的，正好最近有空，把cpu的歷史做了一個簡單的回顧，將歷史上出現(xiàn)的相關(guān)廠家關(guān)鍵芯片做個梳理，通過發(fā)展歷史，大致了解脈絡后，看羅馬也不是一天完成的。

說明：使用到的圖片大部分來源于廠家公開資料及網(wǎng)絡上各種公開渠道，包含淘寶，博物網(wǎng)站等，如有侵權(quán)，請站內(nèi)私信我刪除。

Cpu歷史之intel系列

4004

4004是美國英特爾公司(Intel)推出的第一款微處理器，也是全球第一款微處理器；1971年11月15日發(fā)布。4004處理器的尺寸為3mm×4mm，外層有16只針腳，內(nèi)有2300個晶體管，采用五層設計，10um的制程工藝。4004的最高時脈有0.74MHz，能執(zhí)行4位元運算，支援8位元指令集及12位元位址集。當時鐘頻率僅為108KHz時，可以每秒運算6萬次。

8086

1978和1979年，Intel公司先后推出了8086和8088芯片，它們都是16位微處理器，內(nèi)含29000個晶體管，時鐘頻率為4.77MHz，地址總線為20位，可使用1MB內(nèi)存。內(nèi)部數(shù)據(jù)總線是16位，外部數(shù)據(jù)總線8088是8位，8086是16位。1981年8088，芯片首次用于IBMPC機中，開創(chuàng)了全新的微機時代。

外形和課本上的8051芯片很像，功能性能都類似，但8051更像一顆SOC。1981年INTEL推出的MCS-51單芯片，數(shù)據(jù)是8bit，8051是其中一種，后來授權(quán)給其它芯片公司開發(fā)出各種形態(tài)的51單片機產(chǎn)品。

80286

1982年，Intel推出了80286芯片，該芯片含有13.4萬個晶體管，時鐘頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線皆為16位，地址總線24位，可尋址16MB內(nèi)存。80286有兩種工作方式：實模式和保護模式。

80286的指令流水線有3級：取指，譯碼和執(zhí)行。比8086多了一級譯碼。

80386

1985年，Intel推出了80386芯片，它是80X86系列中的第一種32位微處理器，內(nèi)含27.5萬個晶體管，時鐘頻率為12.5MHz，后提高到20MHz，25MHz，33MHz。其內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)總線都是32位，地址總線也是32位，可尋址4GB內(nèi)存。80386的廣泛應用,將PC機從16位時代帶入了32位時代。比80286更多的指令集。

這種陶瓷封裝很有質(zhì)感，成本估計不菲，現(xiàn)在估計只有在軍品中可以看見身影了。

80486

1989年，Intel推出了80486芯片，這種芯片實破了100萬個晶體管的的界限，集成了120萬個晶體管。其時鐘頻率從25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是將80386和數(shù)學協(xié)處理器80387以及一個8KB的高速緩存集成在一個芯片內(nèi)，并且在80X86系列中首次采用了RISC技術(shù)，可以在一個時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令。

80486的性能比帶有80387數(shù)學協(xié)處理器的80386DX提高了4倍。

1989年上市時價格為950美元，這時CISC中也加入了RISC技術(shù)，其實后來大家都在互相借鑒，都不適合簡單粗暴的用cisc和risc來區(qū)分了。

Intel Pentium

Intel公司于1993年03月22 日，發(fā)布了P5架構(gòu)的80586，其正式名稱為PENTIUM。PENTIUM含有310萬個晶體管，L1為16KB（8+8）時鐘頻率最初為60MHZ和66MHZ，Socket 4 ( 273 針腳 PGA 封裝)，電壓5V，采用0.8um BiCMOS工藝制造。

奔騰后續(xù)還有出幾代強化版本。1994 年 10 月 10 日P54C Microarchitecture，75 MHz ~ 120 MHz，電壓降低為3.3V，Socket 5 ( 273 針腳 PGA 封裝) / Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，320萬

1995 年 06 月 10 日P54CS Microarchitecture，133 MHz ~ 200 MHz，Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，330萬，提升到0.35微米

1997 年 01 月 08 日P55C Microarchitecture，120 MHz ~ 233 MHz，L1 快取大?。?2 KB (資料與指令快取各 16 KB) 4-way，Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，450，采用0.35和0.25um工藝，首次映入MMX指令集

1997 年 08 月筆電專屬版本：Tillamook, 166 MHz ~ 300 MHz, 32 KB (資料與指令Cache各 16 KB) 4-way, 插槽：MMC-1 (280 針可攜式電腦專用處理器卡匣),2.5v,450萬，采用0.25um工藝。

信息來源：https://isite.tw/2016/01/27/14785

Intel Pentium Pro

1995年11月1日，Intel推出了Pentium Pro處理器。Pentium Pro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種，都具有16KB的一級緩存和256KB的二級緩存。它是基于Pentium 完全相同的指令集和兼容性，達到了440 MIPs 的處理能力和5.5 M個晶體管。這幾乎相當于比4004處理器的晶體管提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro采用了“PPGA” 封裝技術(shù)。即一個256KB的二級緩存芯片與Pentium Pro芯片封裝在一起 ，兩個芯片之間用高頻寬的內(nèi)部總線互連，處理器與高速緩存的連接線路也被安置在該封裝中，這樣就使高速緩存能更容易地運行在更高的頻率上。TDP：31.7 W ~ 44 W，16 KB (資料與指令快取各 8 KB) 4-way，L2 快取大?。?56 KB / 512 KB / 1 MB，Socket 8 ( 387 針腳 PGA 封裝)，550萬晶體管。

例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是運行在200MHz，也就是工作在與處理器相同的頻率上，這在當時可以算得上是CPU技術(shù)的一個創(chuàng)新。Pentium Pro的推出，為以后Intel推出PⅡ奠定了基礎(chǔ)。

PENTIUM引起的轟動尚未結(jié)束，Intel公司又推出了新一代微處理器——P6。P6含有550萬個晶體管，時鐘頻率為133MHZ，處理速度幾乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。

P6的一級（片內(nèi)）緩存為8KB指令和8KB數(shù)據(jù)。值得注意的是在P6的一個封裝中除P6芯片外還包括有一個256KB的二級緩存芯片，兩個芯片之間用高頻寬的內(nèi)部通訊總線互連。P6最引人注目的是具有一項稱為“動態(tài)執(zhí)行”的創(chuàng)新技術(shù)，這是繼PENTIUM在超標量體系結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)實破之后的又一次飛躍。

1997年，在奔騰（P54C）和P6的基礎(chǔ)上又有了新的發(fā)展，一塊奔騰（P54C），加上57條多媒體指令，就得到了多能奔騰（P55C），相對P54C，P55C在以下幾方面做了改進：（1）支持稱為MMX多媒體擴展的新指令集，有57條新指令，用于高效地處理圖形、視頻、音頻數(shù)據(jù)；（2）內(nèi)部Cache從16KB增加到32KB。（3）優(yōu)化了CPU的執(zhí)行核心。

金燦燦的年代到奔騰pro就結(jié)束了，后續(xù)的cpu封裝感覺少了一份豪華感，據(jù)說這種封裝里有價值上百的黃金

參考：https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Pentium

Intel Pentium II

為了彌補P6的某些缺陷，Intel在P6基礎(chǔ)上開發(fā)了兩個變體：Klamath（即PentiumⅡ）和Deschutes來補充完善它。

PentiumⅡ使用MMX和AGP技術(shù)，其系統(tǒng)總線速度達到66MHz，一級Cache含16KB指令Cache和16KB數(shù)據(jù)Cache，二級Cache為512KB，采用了0.35微米的工藝，CPU工作電壓為2.8V。203平方毫米.

Deschueses（PII350以上的CPU）是PentiumⅡ的一個0.25微米版本，具有更低的電源電壓，外頻為100MHz。

PentiumII改變了以往的PGA陶瓷封裝，而把處理器芯片、L2高速緩存以及TAGPAM（用來管理L2高速緩存）集成在一塊電路板上，然后封裝在新的SEC（SingleEdgeContact，單邊接觸盒）內(nèi)。由于采用了新的SEC封裝，PentiumII必須插在242線的SLOT1插槽內(nèi)，也就是說，PentiumII不兼容Socket7結(jié)構(gòu)。

處理器型號:
核心代號:接口類型:指令集:封裝形式:頻率:系統(tǒng)前端總線速度:晶體管數(shù)目:L1 Cache:L2 Cache:制程工藝:在產(chǎn):生產(chǎn)日期:Intel? Pentium? II Xeon?
DrakeSlot 2IA32 (x86), MMXSECC400MHz-450MHz100MHz~7.5 Million32KB512KB-2MB (Full Speed Off Die)0.25微米No1998

圖片來源：http://www.cpu-collection.de/?l0=i&i=1814&s=big&tb=1&n=0&sd=0

當時的減配版本，L2緩存減半的超頻神器賽揚300A，當時由于cpu功耗大約20W，不像現(xiàn)在動輒一百多瓦，稍微改善一下散熱就有超頻環(huán)境，當時這顆CPU也成為經(jīng)典，特別是370封裝的，主板芯片組跨度大，實惠的選擇很多。

更多信息參考：https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/30897

Intel Pentium III

1999年2月26日推出奔騰III 處理器 800MHz、256K高速緩存、133MHz FSB ，TPD20.8 瓦，180納米，與Pentium II相同，也有低階的Celeron版本和高階的Xeon版本。

最初版本Katmai與Pentium Ⅱ均使用0.25μm制程，唯一的差別是加入了SSE，改進一級緩存控制器，效能有所提升。

第二個版本Coppermine（銅礦）開始普遍采用了新的Socket 370（FC-PGA）接口，由于使用了0.18μm制程，INTEL能夠在CPU芯片內(nèi)集成了低延遲性全速256KB第二級緩存。

Coppermine-T：FC-PGA2封裝的Coppermine CPU針腳與Coppermine不同，無法與FC-PGA兼容。

最后一個版本Tualatin只是實際上英特爾的0.13μm制程試驗。在2001年至2002年早期推出，主頻分別為1.0、1.13、1.2、1.26、1.33和1.4 GHz，同樣采用了256K二級緩存。但由于使用FC-PGA2封裝而無法與之前的主板兼容。針對桌面市場的Tualatin產(chǎn)量很少，大部分Tualatin特別是512KB二級緩存的衍生版本（稱為 Pentium Ⅲ-S）用于服務器市場。

Intel Pentium 4

英特爾公司于2000年11月發(fā)布的第7代x86微處理器。是繼1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新設計過的處理器，這一新的架構(gòu)稱做NetBurst。首款產(chǎn)品代碼為：Willamette，擁有1.4GHz左右的內(nèi)核時鐘，并使用Socket 423腳位架構(gòu)，首款處理器于2000年11月發(fā)布。開啟頻率大戰(zhàn)，性能卻沒有大幅度提升。到4GHz時，功耗問題止步，2005年年中放棄了Pentium 4，并轉(zhuǎn)向升溫更少的Pentium M。

當前Intel 在售cpu

以上信息來源intel官網(wǎng)：https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark.html#@Processors

酷睿（Core）是英特爾公司推出的面向中高端消費者、工作站和發(fā)燒友的一系列CPU。酷睿替代了曾經(jīng)是中高端的奔騰（PenTium），將奔騰移至入門級，并將賽揚（Celeron）處理器推向低端。當前常見的I3I5I5就是這個系列，I7還出過至尊版Intel Core i7 Extreme EdiTIon，還有I9處理器。

奔騰（PenTium）是英特爾公司的一個注冊商標，作為其x86處理器品牌之一，于1993年推出。之前奔騰是英特爾的唯一的x86處理器產(chǎn)品線，后來隨著其產(chǎn)品線的擴展衍生出低端的賽揚（Celeron）系列、供服務器以及工作站使用的至強（Xeon）系列。2006年英特爾推出酷睿（Core）系列處理器產(chǎn)品線，取代原奔騰處理器系列的市場定位。如今奔騰定位中端系列，介于賽揚和酷睿之間。

賽揚（Celeron）是英特爾公司中央處理器的一個注冊商標。賽揚處理器是Intel旗下經(jīng)濟型產(chǎn)品，于1998年推出。

至強（Xeon）是Intel的一個中央處理器品牌，主要供服務器及工作站使用，亦有超級計算機采用此處理器。Intel XeonE3-1230曾因高性價比而受到電腦DIYer的熱捧，有“i5的價格，i7的性能”的美譽。

安騰（Itanium），是英特爾安騰架構(gòu)（IA-64）的64位處理器。第一款安騰于2001年推出，該處理器的市場定位是在于企業(yè)服務器與高性能運算系統(tǒng)。

凌動（Atom）開發(fā)代號Silverthorne，是Intel的一個超低電壓處理器系列。該處理器的市場定位是在于智能手機、平板電腦和低成本PC，上網(wǎng)本等。

Quark是英特爾的32位x86 SoC和μCs系列，專為小尺寸和低功耗設備而設計，并面向包括可穿戴設備在內(nèi)的新市場。該處理器雖然比 Atom處理器更慢，但體積和功耗更小。

Adler Lake

在2021的Hot Chips大會上，英特爾詳細解讀了高性能處理器——Alder Lake的架構(gòu)。Alder Lake是英特爾的桌面級CPU架構(gòu)，英特爾放棄了同構(gòu)CPU核的設計，轉(zhuǎn)向了大小核。P系列大核專注單線程性能，其中有兩個新的東西：一個是Matrix Engine，作為AI協(xié)處理器；另外一個是PM Controller，負責細粒度的功耗管理。

E系列小核專注多線程吞吐（Throughput），所以小核的Front-End更深，Back-End更寬。另外小核和大核的ISA是兼容的，且四核共享MLC。

除此之外，Alder Lake為了大小核的調(diào)度，引入了Thread Director。工作原理是先根據(jù)應用部署在大核或小核上的IPC差異，對應用進行分類，然后OS根據(jù)應用類型進行調(diào)度。

CPU-Z軟件所識別的參數(shù)，分別是關(guān)閉AVX-512與開啟AVX-512

ITD，全稱硬件線程調(diào)度器（Interl Thread Director），是一個全新的硬件資源調(diào)度方式。Alder Lake架構(gòu)中將包含兩種不一樣的處理器核心：P-Core和E-Core。就像ARM架構(gòu)SoC中的大小核一樣，P-Core和E-Core在性能與能耗上也有自己的差異。因兩種核心在結(jié)構(gòu)、能耗與擅長的運算種類上有所差異，如何調(diào)度兩種核心，將用戶的操作分配到適合的核心就成了Alder Lake要面對的首要難題。

ITD的出現(xiàn)為的就是解決硬件資源分配的問題。在ITD出現(xiàn)之前，Windows采用的是一個比較簡單的硬件資源分配方式：Windows 10認為哪個軟件在前臺，哪個軟件擁有最高的優(yōu)先級，就能分配到最強的核心。同時，過去處理器與操作系統(tǒng)之間的信息匯報也較為單一，操作系統(tǒng)并不能詳細了解各個核心的工作狀況。

根據(jù)英特爾公布的數(shù)據(jù)，Alder Lake最高可以支持16個混合內(nèi)核、24個線程、以及30MB的L3緩存，同時支持DDR5-4800、16通道PCIe 5.0、Thunderbolt 4、Wi-Fi 6E等等這些最新的接口、存儲和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

看到這里，應該對通用cpu的主力廠家之一intel有了一個初步的印象。Cpu的大廈也是從簡單的4004一步一步發(fā)展到如今的程度，每一步的變化都是有歷史原因的，是有跡可循的。

世間本沒有魔法，只是我們還不了解，導致讓它看起來像有魔法一樣。

下期預告：芯片相關(guān)-- Cpu歷史--AMD系列

目前主流的民用cpu除了intel就是AMD，也是大家說的農(nóng)企，最近蘇媽領(lǐng)導的農(nóng)企表現(xiàn)非常搶眼，不光價格可以，性能也隨著zen架構(gòu)發(fā)布逆轉(zhuǎn)，"AMD,YES!"成了裝機吧佬的口頭禪。