处理器史话 | 开启多核时代的Yonah：它是英特尔酷睿core的开发代号

你知道“酷睿”或者“core”吗？

估计大多数的地球人都知道。

你知道“Yonah”吗？

估计有些人会疑惑：拼错了吧，是 Yahoo 吧？

Yonah 和 Yahoo，不但看起来很像，而且在各自的业内都是“大神”级别，虽然内在有些联系，但绝对是两个完全不同的概念。

Yahoo 是美国著名的互联网门户网站，20 世纪末互联网奇迹的创造者之一。是全球第一门户搜索网站，如果对 Yahoo 感兴趣，可以查阅相关的资料，这里不再赘述。

现在言归正传，聊一聊关于 Yonah 的话题。

Yonah 是 Intel 处理器酷睿 core 的开发代号。2005 年至今，是酷睿（core）系列微处理器时代，通常称为第 6 代处理器。

Yonah 是 Intel 于 2006 年初推出的。这是一种单 / 双核心处理器的核心类型，其在应用方面的特点是具有很大的灵活性，既可用于桌面平台，也可用于移动平台；既可用于双核心，也可用于单核心。

随着酷睿的面世，“双核”一词，便铺天盖地，席卷而来。

什么“双核”呢？
双核处理器，就是基于单个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心，就是将两个物理处理器核心整合入一个内核中，单核就是一个。简言之，双核类似于生活中的“双黄”鸡蛋。

众所周知，鸡蛋的营养集中在蛋黄里，双黄蛋，双倍营养，虽然其价格也是接近普通蛋类的两倍，但依然非常受欢迎。那么“双黄”的 CPU 会带来哪些好处呢？

请看下面的数据：
Yonah 双核心拥有 1 亿 5 千 1 百万晶体管，保持 Pentium M 较少的 14 级流水线架构，因此频率虽然只有 2.16GHz，但效能却直追 3GHz 以上的 Pentium D 双核心处理器。

核心内部拥有 2MB L2 Cache，供两颗核心同用，称为 Intel Smart Cache 技术，有助减低 Intel 旧有双核心架构出现的 Cache 读取的严重延迟，除此之外，核心特别加强了 SSE/SSE2 Micro Ops Fusion 运理能力、而且首次在行动处理器中加入 SSE3 指令集，主要针对多媒体的效能改善，另外 Floating Point 部份亦有一定程度的强化增强 3D 游戏的执行效果。

看到这里，也许会有这样的疑问：采用了双核的 CPU，体积是否变大了？

2005 秋季 IDF 上，Intel 向全世界展示了多款高“性能功耗比”的多核处理器，其中最值得期待的当属采用 65nm 制程的双核 Pentium M――Yonah，并以实物回答了上面的问题：

采用单 die 双内核的制作方法。65nm 制程的引入，使“双核”的表面积并没有增大。

479 针的双核 Pentium M――Yonah

(1) Yonah 的技术参数
Yonah 核心来源于移动平台上大名鼎鼎的处理器 Pentium M 的优秀架构，具有流水线级数少、执行效率高、性能强大以及功耗低等等优点，具体参数如下：

1)Yonah 核心采用 65nm 制造工艺；
2)核心电压依版本不同在 1.1V-1.3V 左右；
3)封装方式采用 PPGA；
4)接口类型是改良了的新版 Socket 478 接口(与以前台式机的 Socket 478 并不兼容)；
5)在前端总线频率方面， Yonah 核心 Celeron M 是 533MHz；
6)在二级缓存方面， Yonah 核心 Celeron M 是 1MB。
7)Yonah 核心都支持硬件防病毒技术 EDB 以及节能省电技术 EIST，并且多数型号支持虚拟化技术 Intel VT。但其最大的遗憾是不支持 64 位技术，仅仅只是 32 位的处理器。
8)Yonah 核心是共享缓存的紧密型耦合方案，其优点是性能理想，缺点是技术比较复杂。

此外，在外频方面，Yonah 将会由上代 Pentium M Dothan 核心 533MHz FSB 提升至 667MHzFSB，以更高的频宽应付双核心带来更大的数据传送。

Yonah 亦是首颗支持 Intel Virtualization 功能的行动处理器，它可以令系统能够同时间支持多个操作系统，可惜的是它并不支持 EM64T 功能，算是唯一的美中不足。

虽然 65nm 拥有较低的功耗表现，但由于 Yonah 的双核心始终因为晶体管数量上升而功耗亦较上代单核心的 Dothan 较高，为了提高电池的续航能力，Intel 亦加入了 Enhanced IntelDeeper Sleep 功能，以减低不必要的电源消耗，令 Yonah 双核心的实际使用时间与上代 Dothan 大致相当。

(2)接口设计
同为 479pin - Yonah 与上一代 Pentium M 对比， 很容易发现：二者表面积相同，但核心的大小形状明显不同了，PCB 的颜色也略有差异，见下图，请仔细观察正面和背面。

Yonah（左）和上一代 Pentium M（右）正面图

479pin – Yonah（左）和上一代 Pentium M（右）

经过观察和对比，会得到下面的结论：
虽然同为 479 针，但 Yonah 的针脚是经过重新排布和定义的，现在所有 479 主板均不能使用。也就是说，两者互不兼容。

(3)优秀的 SmartCache 设计
此外，Pentium M Yonah 双核心处理器，在内部架构上作出了大幅改良，例如：
1)全新的 Smart Cache 架构，有效加强双核心的效率。
传统的双核心设计每个独立的核心都有自己的 L2 Cache，但 Yonah 双核心的 Smart Cache 架构则是透过核心内部的 Shared Bus Router 共享相同的 L2 Cache，因此当 CPU 1 运算完毕后把结果存在 L2 Cache 时，CPU 0 便可透过 Shared Bus Router 读取 CPU 1 放在共享 L2Cache 上数据，大幅减低读取上的延迟并减少使用 FSB 频宽，更加入 L2 & DCU Data Pre-fetchers 及 Deeper Write output 缓冲存储器，增加了 Cache 的命中率。

换个说法，解释一下上面的过程：当一个核心处理完数据并将其存放在二级缓存中时，另外一颗核心便可通过“Shared Bus Router”来读取另一个核心存放在二级缓存中的数据，这样的数据读取和交换速度要远远大于通过前端总线进行数据传递。

2)Smart Cache 架构还有很多不同的好处。
例如：当两颗核心工作量不平均时，如果独立 L2 Cache 的双核心架构有机会出现其中一颗核心工作量过少，L2 Cache 没有被有效地应用，但另一颗核心的 L2 Cache 却因工作量重，L2 Cache 容量没法应付而需要用上系统内存，要注意的是它并无法借用另一颗核心的 L2 Cache 空间，但 SmartCache 却没有这个问题，因为 L2 Cache 是共享的。

Shared Bus Router 除了更有效处理 L2 Cache 读取外，还会为双核心使用 FSB 传输时进排程，新加入的 Bandwidth Adaptation 机制改善了双核心共享 FSB 时的效率，减少不必要的延迟，其实这个 Shared Bus Router 设计确实有点像 K8 的 System Request Interface 及 Crossbar Switch 的用途。

3) SmartCache 架构用在行动处理器亦有很大的优势。
例如：系统工作量不多或是处于闲置状态，Yonah 处理器可以把其中一颗核心关掉，以减少处理器的功耗。不过却可以保持 2MB L2 Cache 运是保持工作，而且 Shared Bus Router 更可以因应 L2 Cache 的需求量改变 L2 Cache 的大小，在不必要时关掉部份 L2 Cache 以减低功耗，但在独立 L2 Cache 的双核心，如果要把其中一个 Cache 关掉，则必需要把其中一颗核心的 L2 Cache 数据移交出来，而且 Cache 亦会和核心同时被关闭，而且更没法因应需求实时改变或关掉部份 L2 Cache 的容量以减低功耗。

(4)Enhanced Intel Deeper Sleep 技术
新一代 Pentium M Yonah 双核心处理器，将会被加入强化的休眠模式称为 Enhanced IntelDeeper Sleep，在 C-State 闲置状态中新增加强版 C4 模式。

已往 Pentium M 处理器可以在处理器被闲至时，由 C0 的 Active 活跃状态进入 C1 的 HALT 暂止模式减慢处理器的频率，再进一步可由 C1 的 HALT 进入 STOP CLOCK 令处理器完全停止工作，当处理器在一段时间在 STOP CLOCK 状态没有被回复过来，系统将会进入 C3/C4 的 DeepSleep 及 Deeper Sleep 状态。

Deep Sleep 及 Deeper Sleep 可把在停止工作的处理器电压降低，进一步减低电力消耗令电池更长寿，但却不能完全把处理器完全被停止，因为处理器停止工作，但其实处理器内的 L1 及 L2 还被储存着数据，把整颗处理器停掉将令 L1 及 L2 数据流失，无法把系统由 Deep Sleep 状态下回复至 Active。不过新一代 Pentium M 双核心处理器 Yonah 的 EnhancedIntel Deeper Sleep 支持，把 L1 及 L2 的数据备份进系统内存，因此处理器可以被完全停止，需要时只要把系统内存的 L1 及 L2 数据，回复至处理器便可，Intel 透露 EnhancedIntel Deeper Sleep 将比 Deeper Sleep 省电 30%以上。

(5)无线网卡配置
在无线网卡上 Intel 将现有的 2915ABG 替换为新型的 3945ABG，后者体积更加小巧，只有原来的 2915ABG 的一半大小，这对于那些轻薄小巧的便携型笔记本来说确实是好消息，而对于普通的笔记本电脑意义不大，同时它的集成度更高，只需要 90 个元件就可以搞定了，而原来则需要将近 300 个元件。

改良版的无线网卡，在规格细节上差异不大，改良的重点集中在讯号处理及 WoWLAN(Wakeon WLAN)上，像很多媒体大惊小怪的 Cisco Compatible Extensions (Cisco 延伸的安全性规范)，其实 Intel 现在的产品就已经支持了。

此外，Intel 的 PROSet/Wireless Software v10.0，以及支持且采用 Cisco BusinessClass Wireless Suite(商用等级的无线网络软件套件)与 Avaya 的 SIP Softphone(SIP 协议的软件网络电话)，这些将改进安全性、易用性与无线 VOIP 的可用性。

(6)优化电源管理技术
Yonah 的产品线基本上包括三种不同功耗的版本，分别是：
SV：Standard Voltage，标准电压版，31W(现时该版本的 Dothan 为 27W)；
LV ：Low Voltage，低电压版，15W(现时该版本的 Dothan 为 12W)；
ULV：Ultra Low Voltage，超低电压版。

这与 Dothan 的划分相同。

Yonah 的节电技术是经过大幅改良的，引入了称为 Intel Dynamic Power Coordination 的节电技术，通过这一技术，两个核心切换到节电模式时既可同时控制也可分别进行控制。CPU 根据 OS 的状态而提供了多个节电模式。如 Banias 代处理器分为 5 种状态，分别是：

• C0：普通使用；
• C1：Halt 指令生效时的待机状态；
• C2：频率停止；
• C3：睡眠；
• C4：进一步的睡眠。

Yonah 的两颗核心可以根据各自核心的 CPU 负荷，独自切换节电模式，而且还可以同时进入到同一个模式。如：CPU 的处理量并非太大，而处于电池驱动状态下时，其中一颗核心以 C0(普通使用)模式运行而另一颗核心则可以以 C2(频率停止)运行。

但是 Yonah 并未为两个核心分别配置提供频率的 PLL 以及电压转换器(VoltageRegulator)，因此单个核心无法单独进入需要降低 CPU 电压的 C3 或 C4 模式，也无法使用 CPU 电压 / 频率需要变化的 SpeedStep 技术，总的来说就是无法使用两个核心的电压 / 频率需要分别控制的方式进行节电，因为需要 2 个电压变换器和 PLL。

(7)不支持 64bit 指令集以及 HyperThreading 技术
Yonah 支持开发代号为 Vanderpool 技术的 Intel Virtualization Technology，但并不支持总称为 X64 的 64bit 指令集 EM64T 以及 Hyper Threading 技术(HT)。

关于这方面 Intel 移动业务部移动平台组的拉马解释：
“不支持 EM64T 和 HT 技术并非技术层面上的问题，纯粹是市场上的原因”。
由于现时支持 X64 的软件仍相当欠缺，因此 Yonah 不支持 X64 也是理所当然的事，同时当初支持 X64 的 64bit 软件也只是以工作站等高端领域为目标。而对于内存插槽只有 2 条的笔记本电脑来说，内存容量需要增加到 4GB 所需过程要比台式机要长的多，因此这样的选择是相当合理的。

实际上，在后一代移动处理器 Merom 上，已经开始支持这两项技术。

(8)技术比较
目前，市场销售的 Intel 处理器的笔记本大部分分为一下三种核心 Dothon，Yonah 和 Merom，下表分别为三者的部分参数的比较。

Dothon，Yonah、Merom 的参数比较

Yonah、Merom 的参数比较

总之，多核处理器在处理多任务下优势非常明显，而又由于现在很多软件开发者都对软件进行优化，更利于多核并行处理。

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系列汇总：

之一：第一款处理器之谜

之二：处理器的春秋战国时代：8 位处理器的恩怨与纷争（上）

之三：处理器的春秋战国时代：8 位处理器的恩怨与纷争（下）

之四：处理器的三国时代：苹果搅动 MCU 江湖

之五：处理器的三国时代：DR 公司盛气凌人，IBM 转身成就微软

之六：32 位处理器的攻“芯”计：英特尔如何称霸 PC 江湖？

之七：AMD 称霸 PC 处理器市场的“昙花一现”

之八：CPU 两大阵营对擂，X86 构架让英特尔如日中天

之九：你知道 X86 构架，你知道 SH 构架吗？

之十：SuperH 系列处理器：昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一：MIPS 构架：曾经是英特尔的“眼中钉”

之十二：MIPS 构架之：我和龙芯有个约会

之十三：ARM 架构：有处理器之处，皆有 ARM

之十四：ARM 和英特尔还有一场“硬仗”要打！

之十五：PowerPC 架构：IBM 的一座金矿

之十六：PowerPC 和它的“前辈们”：曾经那么风华绝代

之十七：PowerPC 和它的“前辈们”：一代更比一代强

之十八：当 Power 架构的发展之路遭遇“滑铁卢”