处理器英特尔服务器CPU解析

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英特尔( Intel)服务器CPU全解析(图)更新时间: -11-22

06月27日 09:03

1、 Pentium Pro CPU

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1995年秋天,英特尔发布了Pentium Pro处理器。初步占据了一部分CPU 市场的INTEL并没有停下自己的脚步,在其它公司还在不断追赶自己的奔腾之际,又推出了最新一代的第六代X86系列CPU P6。 P6只是它的研究代号,上市后P6有了一个非常响亮的名字Pentimu Pro。 Pentimu Pro的内部含有高达550万个的晶体管, 内部时钟频率为133MHZ,处理速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。

Pentimu Pro系列的工作频率是150/166/180/200,一级缓存都是16KB,而前三者都有256KB的二级缓存,至于频率为200的CPU还分为三种版本,不同就在于她们的内置的缓存分别是256KB, 512KB, 1MB。如此强大的性能,难怪许多服务器系统都采用了Pentimu Pro甚至是双Pentimu Pro系统呢!

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作者点评: Pentium PRO(高能奔腾, 686级的处理器)是PC服务器用处理器的开端, Pentium Pro是Intel首颗采用32位数据结构设计的处理器, 因此Pentium Pro运行16位应用程序时性能一般, Pentium PRO执行16位程序的效能还不及同频率Pent i um的水平;但依然是32位的赢家,后来使MMX的出现使它黯然失色,而且Pentium Pro不支持当时很流行的MMX指令集。 Pentium Pro 的核心架构代号为P6(也是未来PII、 PIII所使用的核心架构) , Pentium PRO

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是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器, 能够应用在高速辅助设计、 机械引擎、 科学计算等领域。

2、 Pentium II XEON CPU

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1998年英特尔发布了Pentium II Xeon(至强)处理器, Xeon是英特尔引入的新品牌,取代之前所使用的Pentium Pro品牌。 Pentium II Xeon的内部结构包括了:兼容前几代英特尔微处理器结构;奔腾II处理器具有的P6微结构中的双独立总线结构和动态指令执行技术;它的一系列先进的特性加强了服务器平台对其环境的监测和保护能力。这些特性能帮助顾客建立一个健壮的信息技术环境,最大限度地增加系统正常运转时间,并保证服务器获得优化的设置及运行。

Pentium Ⅱ Xeon处理器的功能还得到加强, 能在具有可扩展性和可维护性的结构中为执行大量计算任务提供更高的性能。为此加入了512K或1M字节的二级高速缓冲存储器,其运行速度与处理器内核相同(450兆赫兹) 。这使得向处理器内核传送的数据量达到了前所未有的程度。经过高容量的100兆赫兹的多事务处理系统总线,实现了与系统其它部分的数据共享;而多任务处理系统总线是一项突破性的技术,使系统的其余部分也有可能实现较高的处理速度。

Pentium Ⅱ Xeon

作者点评: Pentium II XEON是Intel至强的开始, 它的目标就是挑战高端的、 基于RISC的工作站和服务器。 Xeon系列处理器具有在x86时代从未见过的强大功能。 Pentium II Xeon处理器不但有更快的速度,更大的缓存,更重要的是能够支持多达4路或者8路的SMP对称多CPU处理功能。 Xeon主要设计来运行商业软件、 因特网服务、 公司数据储存、 数据归类、 数据库、 电子,机

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械的自动化设计等。

3、 Pentium III Xeon CPU

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1999年,英特尔发布了Pentium III Xeon处理器。在Pentium III发布后不久, Intel也推出了面向服务器和工作站----Pentium III Xeon处理器, 除早期的几款型号采用0.25微米技术外, Pentium III Xeon均采用0. 18微米工艺制造, Slot 2架构和SECC封装形式, 内置32KB一级缓存及

256KB/512KB/1MB/2MB二级缓存。

高端的Pentium III Xeon处理器基本上与低端的Pentium 3处理器一样,不一样的地方就是高端的处理器支持2M on-die L2 cache以及36位虚拟内存系统,这使得高端系统拥有最高64GB的内存。在采用0. 18um工艺的时候, die尺寸是386 mm 2 (几乎是普通Pentium III处理器的4倍大小) ,她们最高能在900MHz的时钟频率下运行,而典型/最大能耗是27W41W。

虽然它们的2M cache的确增加成本,但高端的Xeon处理器的确很需要这些cache因为可用的内存带宽仅为最高1.6GB/秒。然而, 4-way x86系统上服务器应用程序看起来的确性能有了很大提高,特别是对于那些固定于x86平台上的客户。在4-way以及8-way Pentium III Xeon系统的时代, 它们是非常受客户欢迎的, 因为在大多数时间里比任何RISC类型的替代品都要便宜,高端的Pentium 3产品线或多或少地走到了尽头。在 期间,整个Pentium服务器的生产线基本已转向采用基于Pentium 4处理器的设计。

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作者点评: Pentium III Xeon处理器作为Pentium II Xeon的后继者, 除了在内核架构上采纳全新设计以外,也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集, 以更好执行多媒体、 流媒体应用软件。除了面对企业级的市场以外,Pentium III Xeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。在缓存速度与系统总线结构上,也有很多进步,很大程度提升了性能,并为更好的多处理器协同工作进行了设计。

说明: Pentium II/III Xeon处理器与同期产品Pentium II/III相比,使用了相同的封闭方式、相同的指令集、相似的设计思想。可是与PentiumII/III 相比有以下几个特点:a) Pentium II/III/Xeon处理器的L2高速缓存容量能够扩至2MB,使得CPU更有可能在高速缓存中找到需要的数据,而不必访问速度较慢的主存;b) Pentium II/III/Xeon处理器的L2高速缓存和处理单元之间的数据传输速度与处理器的运行速度相同。

另外,在Xeon中采用了先进的管理特性:

①内部采用错误监测和纠正(ECC)机制, 能够自动更正单位bit错误,对双位bit错误进行报警,有效地保护重要数据。

②提供了功能性冗余检测( FRC) 以提高关键应用程序的完整性。

③在同一个系统中能够使用4个Pentium II/III/Xeon处理器进行SMP处理。

4、 Pent ium 4的至强( XEON) CPU版本

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英特尔发布了Xeon处理器。英特尔将Xeon的前面去掉了Pentium的名号,并不是说就与x86脱离了关系,而是更加明晰品牌概念。 Xeon处理器的市场定位也更加瞄准高性能、 均衡负载、 多路对称处理等特性,而这些是台式电脑的Pentium品牌所不具备的。 Xeon处理器实际上基于Pentium 4的内核, 比起Pentium III的Xeon处理器来,要快30%90%,不过这还要视乎软件应用的配置而定。

随后Intel公司正式推出了其Xeon MP系列服务器处理器。 Xeon MP的入市主频分别为1.4GHz、 1.5GHz和1.6GHz,采用的也是奔腾4芯片的NetBurst 体系架构, 同时具备服务器芯片的特殊强化功能,包括容量1MB的内置Level 3缓存和英特尔公司创造的超线程技术。Xeon MP同时引入了Serverworks公司设计的新型芯片组,这种新的芯片组支持更高的带宽、 双倍速SDRAM内存以及新的PCI-X总线。

在整个Intel Xeon处理器家族中,我们能够见到诸如Xeon、 Xeon DP和Xeon MP这三种叫法,其实这三种叫法仅代表两种不同的至强处理器子系列,Xeon与Xeon DP是同一系列,其中的” DP”就是” dual processor” (双处理) , 即支持双处理的处理器的意思,在处理器上标注的仅” Xeon”字样(如上图右) ;而Xeon MP中的” MP”是multiprocessor(多处理) ,也即支持多处理的处理器意思,在处理器上标注的是完整的” Xeon processor MP”字样(如上图左) 。

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作者点评: Xeon处理器是Pentium 4的至强版本, 它基于英特尔的NetBurst架构,有更高级的网络功能,及更复杂更卓越的3D图形性能。Xeon MP 处理器拥有更高的工作频率、 内部整合的三级缓存、 对未来超线程技术支持。这些使得Intel Xeon MP处理器成为当前为止最为强大的服务器”动力核心” 。和较早前的Xeon处理器不同的是, Xeon MP处理器拥有更高的工作频率(其时钟频率是一年前发布的900MHz PIII Xeon芯片的两倍) 、 内部整合的三级缓存、 还有对未来Hyper-Threading(超线程)技术的支持。这些都使得Intel Xeon MP处理器成为当前为止最为强大的服务器”动力核心” 。 Xeon MP与带2MB Level 2缓存的Pentium III Xeon相比,可将系统运行性能提高40%。

5、 Intel Itanium第一代和二代CPU

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第一代(点击看大图)

第二代(点击看大图)

英特尔发布了Itanium(安腾)处理器。 Itanium实际上是处理器技术的变迁。现在的CISC处理器在每个时钟周期能完成13条指令, 当前超标量体系结构的RISC处理器在每个时钟周期能够完成最多4条指令,而Itanium处理器家族(IPF)代表的新一代处理器已经摆脱了CISC和RISC架构,在每个时钟周期最多能够执行20条指令。 IPF采用的显示并行指令还把并行运算的协调工作转移到软件编译工具中,从而极大简化了CPU的控制电路, 降低了成本,提高了运算性能。 IPF所代表的处理器技术也被称为后RISC时代。

Itanium的设计是英特尔与惠普合作的产物, 它以EPIC(即显式并行指令计算)概念为中心。所有现代CPU均拥有同时运行多个指令的能力。大多数CPU 在运行中对软件进行分析,并寻找机会来并行处理指令。 EPIC将这种分析责任从CPU硬件转移给用来创立应用程序的的编程语言编辑器。随着编辑器的更加智能化以及Itanium平台的发展, EPIC的真正潜力将会显示出来。但在当前的实现水平上, EPIC在总体性能上只是向前迈出了一步,而不是”有了一次飞跃” 。

英特尔发布了Itanium 2处理器,代号为McKinley的Itanium 2处理器是英特尔第二代64位系列的产品。 Itanium 2处理器是以Itanium架构为基础所建立与扩充的产品。提供了二位元的相容性,可与专为第一代Itanium处理器优化编译的应用程序兼容,并大幅提升了50%100%的效能。 Itanium 2具有

6.4GB/sec的系统总线带宽、 高达3MB的L3缓存,新一代的安腾2 ( Itanium

2)处理器,该处理器将主要面向高端服务器和超级计算机,其运行速度比第一代Itanium处理器提高一倍。

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安腾第一、 二代产品线(点击看大图)

作者点评: Itanium处理器是英特尔第一款64位元的产品。这是为顶级、企业级服务器及工作站设计的,在Itanium处理器中体现了一种全新的设计思想,完全是基于平行并发计算而设计(EPIC) 。对于最苛求性能的企业或者需要高性能运算功能支持的应用(包括电子交易安全处理、 超大型数据库、 电脑辅助机械引擎、 尖端科学运算等)而言, Itanium处理器基本是PC处理器中唯一的选择。

Itanium 2将英特尔架构的效能与量产经济(volume economics)带给需要运算效能的市场用户,相较于专属型(proprietary)产品, Itanium 2处理器系列以低成本与更高效能,提供高阶服务器与工作站各种平台与应用支持。

Itanium处理器家族未来产品在接口上将与Itanium 2处理器保持兼容性,从而使新一代产品能够方便地替换现有的Itanium 2系统,延长用户在基于Itanium 2平台的投资价值和使用寿命,解除了用户转向Itanium平台时在投资保护方面的后顾之忧。

说明: 由于英特尔认为, 只有高端、大型企业用户才需要用到64位运算,而对于中小型企业、 个人电脑用户来说,现有的32位架构就已经足以对付了。因此,英特尔放弃了当年赖以成名的X86架构,独辟蹊径地提出了一个与X86完全不兼容的架构IA64,形成了32位的奔腾、 至强系列与64位的”安腾”系列两条战线独自作战的局面。

有分析认为,花费了、投资50亿美元研发出来的”安腾”芯片至今未给英特尔带来预期的收益。英特尔32/64至强的面市,无疑是对”安腾”的销售施加了一些压力,但迫于AMD的市场压力又不得已而为之。自己的两条产品线,形成了直面的竞争,这是英特尔不愿意看到的;虽然老大”安腾”不争气,但英特尔在”安腾”上投入了太多, 只能哀其不幸,放弃是不太可能。为了迎接AMD 的挑战英特尔”催生”了64至强,并寄希望于此。

6、 64位” Nocona” Xeon CPU

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Intel最新支持64位运算的Nocona处理器于6月28日上市。新的Nocona 核心采用90纳米制程,采用Socket 604接口,支持800MHz前端总线,拥有1MB 的二级缓存和4MB的三级缓存,并支持超线程技术和最新的SSE3指令集。Nocona是Intel在今年IDF(Intel开发者论坛)上发布的全新核心Xeon处理器,它支持EM64T (Extended Memory Technology 64)扩展技术。

和AMD x86-64一样, Intel的EMT64技术是在原有IA32构架基础上以最小的改动实现对64-bit寻址能力的支持、 允许处理器能同时处理32位和64位程序,允许处理器最大寻址范围达到64GB,在正确使用64位操作系统运行64为应用程序时,程序运行速度将更快。

EMT64技术实际是对原有IA32处理器构架体系的增强设计, 同时又兼顾了新构架对原有的IA32构架下开发的32bit甚至16bit代码的支持。 EMT64提供64位模式和兼容模式, 64位模式支持64位的操作系统、应用程序、驱动程序、平滑虚拟寻址空间和通用寄存器,兼容模式支持64位的操作系统和驱动程序,应用程序和通用寄存器会支持32位环境,提供4GB的寻址空间。

Nocona核引入了一项称为” DBS(Demand Based Switching,基于需要切换)”的节电技术。经过DBS,处理器能做到在空闲时自动降低处理器的倍频、前端总线频率和电压,来达到节能和降低发热量的目的。不过, DBS是比Speedstep更有效更先进的一种节电技术, 它能够根据处理器利用率三级段调整运作时钟频率及操作电压。

作者点评:在Opteron发布以前,用户除了Itanium是没有第二个64位系统的选择余地的,正是因为AMD的Opteron处理器的发布,才逼使Intel推出64位Xeon。虽说” Nocona” Xeon与老版Xeon处理器一样采用Socket-604,但由于新Xeon芯片拥有更快的前端总线频率和不同的处理器构架, 64位Xeon并不能用在老Xeon主板上的, 因此除了Nocona处理器外,英特尔也同时发表了代号[Tumwater]的E7525工作站芯片组,支持DDR2 SDRAM以及PCI Express是技术上的重点。

与Opteron处理器不同,新” Nocona” Xeon处理器仍采用”不”集成内存