Intel的處理器發(fā)展規(guī)劃路線并不固定。為了延續(xù)P6架構(gòu)核心的成功，Intel采用了兩個(gè)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)并進(jìn)的策略，其中一個(gè)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)發(fā)展Pentium 4采用的NetBurst架構(gòu)，另一個(gè)團(tuán)隊(duì)將對(duì)代號(hào)Banias的Pentium M進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，目標(biāo)是更低成本、更低功耗的高集成度核心。最終的結(jié)果是NetBurst架構(gòu)的發(fā)展被Banias的進(jìn)化超越。Dothan是Banias第一個(gè)進(jìn)化成果，它擁有更高的時(shí)鐘頻率和更多的緩存，為進(jìn)一步的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨后Intel的以色列發(fā)展中心(IDC)以Dothan為基礎(chǔ)提出了原生雙核心和共享二級(jí)緩存解決方案，這就是代號(hào)Yonah的Core Duo處理器，也是首款雙核心Intel處理器。從Dothan到Y(jié)onah的演進(jìn)具有遠(yuǎn)比Banias到Dothan更重大的意義，不僅僅只因?yàn)閅onah是首款I(lǐng)ntel雙核心處理器，最重要的是Yonah擁有更多架構(gòu)上的改進(jìn)。接下來(lái)Intel又對(duì)Yonah進(jìn)行了改進(jìn)，這就是讓Intel從競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD手中奪回技術(shù)領(lǐng)先地位的Core 2系列處理器。

　　認(rèn)識(shí)Barcelona架構(gòu)：

　　Barcelona是AMD首款四核心處理器，采用65nm制造工藝，和Intel的四核Kentsfield處理器由兩個(gè)雙核心組成的架構(gòu)不同，Barcelona是單處理器集成四個(gè)核心的架構(gòu)是真正的原生四核處理器。不過(guò)，盡管在技術(shù)上要優(yōu)于Intel的Kentsfield，我們還是不確信Barcelona在現(xiàn)實(shí)中的性能會(huì)大幅超越Kentsfield。

　　Barcelona的設(shè)計(jì)比K8要復(fù)雜的多，需要多達(dá)11個(gè)金屬層，而K8和Core 2 Duo分別只有9個(gè)和8個(gè)。而更多的金屬層只會(huì)使制造過(guò)程更為復(fù)雜增加成本，對(duì)于最終的用戶來(lái)說(shuō)并沒(méi)有太大意義。Barcelona擁有463百萬(wàn)個(gè)晶體管，比Kentsfield少了119百萬(wàn)個(gè)。晶體管數(shù)量少是因?yàn)榫彺鏈p少的原因，Barcelona上的每個(gè)核心都擁有128KB一級(jí)緩存和512MB二級(jí)緩存，再加上四個(gè)核心共享的2MB三級(jí)緩存，緩存的總量為4.5MB。而Kentsfield的緩存總量達(dá)到了8.25MB，比Barcelona多了80%。不過(guò)Barcelona的緩存仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比四核心K8要多，如果不計(jì)算緩存晶體管，一個(gè)雙核Athlon 64 X2處理器的晶體管數(shù)量大約為94百萬(wàn)個(gè)，而B(niǎo)arcelona的晶體管數(shù)量大約為247百萬(wàn)個(gè)。即使兩個(gè)雙核Athlon 64 X2處理器的晶體管數(shù)量也沒(méi)有Barcelona多。

　　SSE128：

　　在從K8到Barcelona的眾多改進(jìn)中有一個(gè)非常重要的改變，AMD把它稱為SSE128。在K8架構(gòu)中可以同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)SSE指令，但是SSE的執(zhí)行帶寬僅僅只有64-bit。在K8中執(zhí)行一個(gè)128-bit的SSE指令，必須要分成兩個(gè)64-bit指令來(lái)執(zhí)行。這意味著執(zhí)行一個(gè)128-bit的SSE指令需要占用一個(gè)額外的解碼通道。Barcelona把K8的64-bit SSE的執(zhí)行帶寬提高到了128-bit，因此執(zhí)行一個(gè)128-bit的SSE指令不用再進(jìn)行分解。這樣一來(lái)不但可以獲得更多可用的解碼帶寬，而且指令的執(zhí)行效率也大大提高。增加SSE指令的執(zhí)行帶寬也會(huì)造成核心內(nèi)部的很多改變。由于獲得了更多的解碼帶寬，在執(zhí)行128-bit的SSE指令時(shí)有出現(xiàn)了一個(gè)新的瓶頸，那就是指令取得帶寬。Barcelona的指令取得帶寬已經(jīng)從K8的每周期16byte提高到了32byte。32byte的指令取得帶寬不僅僅有益于SSE編碼，對(duì)整數(shù)編碼也同樣非常有好處。更大的指令取得帶寬會(huì)明顯推進(jìn)處理器性能。

　　在Barcelona上你可以取得和解碼更多的指令，這意味著你需要獲得更多的數(shù)據(jù)到執(zhí)行核心，因此AMD加寬了L1緩存和SSE寄存器之間的傳輸界面。現(xiàn)在Barcelona可以每周期執(zhí)行兩個(gè)來(lái)自L1-D緩存的128-bit SSE指令，原理和K8每周期執(zhí)行兩個(gè)64-bit指令一樣。加上AMD同時(shí)加寬了L2緩存可內(nèi)存控制器之間的傳輸界面，從而解決了指令取得帶寬的瓶頸。事實(shí)上SSE128的改進(jìn)非常類似于Yonah到Merom的改進(jìn)。在Conroe/Merom之前Yonah的FP/SSE性能還不如K8。這在Yonah和K8的性能對(duì)比測(cè)試中有很明顯的表現(xiàn)，雖然兩者在大多數(shù)應(yīng)用程序、3D渲染和游戲性能中的性能表現(xiàn)非常接近，但是在視頻編碼性能測(cè)試中K8明顯要優(yōu)于對(duì)手。但是Core 2處理器的出現(xiàn)使這種情況發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，視頻編碼性能大幅度超越K8。也許SSE128的改進(jìn)會(huì)使這種情況有所改變。

　　更高級(jí)的分支預(yù)測(cè)器：

　　盡管SSE128被AMD稱為Barcelona的最大改進(jìn)，但是這只是冰山一角而已。在技術(shù)改進(jìn)清單中排在最前面的是分支預(yù)測(cè)器。分支預(yù)測(cè)器的工作原理很簡(jiǎn)單，如果分支編碼結(jié)果之前曾經(jīng)被取用過(guò)，那么它將最有可能在下一次被提取。所以分支預(yù)測(cè)器的用途在于監(jiān)測(cè)正在被CPU執(zhí)行的指令，并且相應(yīng)的對(duì)指令被執(zhí)行的次數(shù)進(jìn)行記錄，來(lái)統(tǒng)計(jì)特定地址的分支編碼結(jié)果被提取的概率。一旦計(jì)數(shù)器內(nèi)部累積足夠的數(shù)據(jù)，分支預(yù)測(cè)器就可以相對(duì)比較精確的對(duì)分支結(jié)果是否會(huì)被提取進(jìn)行預(yù)測(cè)。通常來(lái)講，CPU的分支預(yù)測(cè)器性能會(huì)直接影響數(shù)據(jù)處理的精確度。K8的分支預(yù)測(cè)器就非常好，對(duì)它的架構(gòu)做了專門的優(yōu)化。不過(guò)Intel的Pentium M和Pentium 4采用的分支預(yù)測(cè)器技術(shù)要更為出色。在Barcelona中將增加了一個(gè)512通路的間接分支預(yù)測(cè)器，更多的分支預(yù)測(cè)器將使Barcelona比K8獲得和預(yù)測(cè)更多的歷史數(shù)據(jù)，而更多的歷史數(shù)據(jù)也會(huì)使支預(yù)測(cè)器更加精確。

　　頻帶堆棧優(yōu)化和更快的加載速度：

　　Intel在Pentium M上首次提出了一個(gè)叫做專用堆棧管理器的功能，顧名思義就是用一個(gè)堆棧管理器來(lái)操作所有的X86堆棧運(yùn)轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)獨(dú)立的堆棧管理器減輕了處理的負(fù)擔(dān)。在Barcelona上AMD采用了相類似的技術(shù)，稱為Sideband Stack Optimizer(頻帶堆棧優(yōu)化)，不但可以單獨(dú)處理所有的堆棧運(yùn)轉(zhuǎn)，而且對(duì)堆棧處理器進(jìn)行了優(yōu)化，使其不浪費(fèi)執(zhí)行單元的位寬。

　　Barcelona還將具有Out-of-order load execution(亂序載入處理)能力，某些指令在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中可以繞過(guò)其他指令的處理，而且指令的存儲(chǔ)也可以不按順序進(jìn)行，這在某些環(huán)境下對(duì)效率的提高有著很關(guān)鍵的作用。

　　更快速的內(nèi)存控制器：

　　從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，AMD每推出一款新的處理器都會(huì)對(duì)內(nèi)存控制器進(jìn)行一次增強(qiáng)，Barcelona也不例外，它的內(nèi)存控制器改進(jìn)將會(huì)使內(nèi)存性能得到很大的提升。和K8相比Barcelona的內(nèi)存控制器將更加智能化。K8(Socket-940/939/AM2)處理器整合的是一個(gè)128-bit內(nèi)存控制器，而在Barcelona中這個(gè)內(nèi)存控制器被分離成兩個(gè)64-bit控制器。每個(gè)控制器都可以獨(dú)立運(yùn)行，從而使內(nèi)存控制的效率更高。尤其是四個(gè)核心分別處理不同的任務(wù)時(shí)它的優(yōu)點(diǎn)更加明顯。另外，Barcelona的北橋也將擁有比K8更高的帶寬，考慮到高帶寬的利用這個(gè)北橋?qū)⒅С治磥?lái)的DDR3內(nèi)存標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)照目前的消息來(lái)看，起初發(fā)布的Barcelona仍然只支持DDR2內(nèi)存。

　　新的Prefetcher單元：

　　Prefetcher(預(yù)取)單元的作用是預(yù)先取得內(nèi)存中的數(shù)據(jù)放到緩存中備用，以加快內(nèi)存的潛伏期。Intel的Core 2處理器每個(gè)核心有三個(gè)Prefetcher單元。K8處理器每個(gè)核心有兩個(gè)Prefetcher單元，一個(gè)用來(lái)預(yù)取指令，一個(gè)用來(lái)預(yù)取數(shù)據(jù)。Barcelona每核心的Prefetcher單元數(shù)量仍然和K8一樣，但是對(duì)它們進(jìn)行了改進(jìn)。最大的改變是數(shù)據(jù)Prefetcher單元會(huì)直接將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到L1緩存中，而K8的數(shù)據(jù)Prefetcher單元是把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到L2緩存中。把數(shù)據(jù)預(yù)取到潛伏期更低的L1緩存，會(huì)增加核心預(yù)取的精確性而且還可以避免占用L2緩存。而最大的改進(jìn)是，在Barcelona的內(nèi)存控制器內(nèi)部加入了一個(gè)DRAM Prefetcher單元，這個(gè)DRAM Prefetcher單元用于整體的內(nèi)存需求，它不會(huì)把數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到L2或L3緩存，而是儲(chǔ)存到自帶的緩存器中，這將會(huì)增強(qiáng)整個(gè)核心的性能。

　　三級(jí)緩存架構(gòu)和虛擬化技術(shù)：

　　AMD在緩存部分一直都落后于Intel。我們知道雙核Core 2處理器采用的是共享的4MB二級(jí)緩存，是目前雙核K8的兩倍。而這一差距在四核心處理器的競(jìng)爭(zhēng)中還將繼續(xù)拉大，Barcelona每個(gè)核心單獨(dú)享有512KB二級(jí)緩存，四個(gè)核心的二級(jí)緩存總量?jī)H僅只有2MB，而Intel的四核心Kentsfield卻擁有高達(dá)8MB的二級(jí)緩存。預(yù)計(jì)年低推出的Penryn將擁有總數(shù)高達(dá)12MB的二級(jí)緩存。Barcelona沒(méi)有像K8一樣每個(gè)核心采用128KB的一級(jí)緩存和512KB的二級(jí)緩存，它的一級(jí)緩存僅僅只有64KB，但是AMD為Barcelona加入了四核心共享的2MB三級(jí)緩存，這將彌補(bǔ)二級(jí)緩存容量不足的問(wèn)題。三級(jí)緩存的容量是可變化的，不同型號(hào)的處理器可能會(huì)配備不同容量的三級(jí)緩存。Barcelona在性能方面的改進(jìn)還包括提升虛擬地址轉(zhuǎn)換速度的增強(qiáng)虛擬化技術(shù)。目前進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換，通常hypervisor是通過(guò)一種叫做shadow paging的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是Barcelona采用的是一種硬件加速shadow paging技術(shù)，AMD把它稱作Nested Paging。這樣一來(lái)hypervisor進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間就會(huì)大大縮短。

　　電源管理：

　　Barcelona的四個(gè)核心仍然采用同樣的電壓，但是北橋的供電和CPU采用分離式電源管理設(shè)計(jì)，核心電壓和北橋電壓可以單獨(dú)在0.8V - 1.4V之間改變，也就是說(shuō)改變其中一個(gè)電壓不會(huì)對(duì)另一個(gè)電壓產(chǎn)生影響，這會(huì)有效的降低功耗。盡管Barcelona的四個(gè)核心的電壓不能單獨(dú)改變，但是它們可以運(yùn)行在不同的時(shí)鐘頻率，在運(yùn)行不需要四個(gè)核心滿載的任務(wù)時(shí)，其它空閑的核心會(huì)自動(dòng)降低時(shí)鐘頻率以達(dá)到省電的目的。Barcelona的每個(gè)核心都支持5種p-states模式來(lái)改變時(shí)鐘頻率，這種p-states模式是完全的硬件控制，因此你需要專用的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)激活這種電源控制功能。可以說(shuō)Barcelona的電源管理模式為將來(lái)的多核心處理器增強(qiáng)功耗比提供了一個(gè)新的思路。

　　結(jié)論：

　　毫無(wú)疑問(wèn)Intel的Core 2處理器的發(fā)布對(duì)于處理器性能提升有革命性的意義，它也是近幾年來(lái)性能提升幅度最大的新處理器。Core 2最大的成功在于它的全新架構(gòu)，但是不得不承認(rèn)對(duì)于Intel來(lái)說(shuō)Core 2的出現(xiàn)并不是最佳時(shí)機(jī)。