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在 PC 界，有这样一只威力无穷的“蝴蝶”，只要它轻轻扇动一下翅膀，便可能在全球范围内引发一次芯片组、内存与显示设备的“海啸”，从而影响产业链的发展进程。
没错，这只“蝴蝶”的名字是处理器。作为 PC 中的最核心配件，CPU 的发展一直是人们最为关注的。因为它的技术进步，直接牵动着 PC 甚至是整个业界的命脉。
现在，从 CPU 的“核”出发，再次探讨处理器的发展，以及各芯片厂商之间的“核”战争。纵观处理器的发展进程，虽然经过了很多个阶段，但是可以将其划分为两个较明显的时代：单核时代和多核时代。
从上世纪 70 年代开始到 2005 年，在 30 多年的时间里，CPU 不管是以何种性能变化着，它们都是以单核的形式出现的。
2005 年 04 月 18 日，Intel 发布了全球首款桌面双核处理器产品，从而拉开了多核处理器时代的帷幕。
4.1 单核与多核的发展
1. 单核时代：天下英雄谁主宰——频率
从处理器诞生之日起，“频率”便成为 CPU 的重要参数之一，甚至一度成为衡量其性能的唯一标尺。
在“MHz”的时代，摩尔定律让 CPU 每一次频率的攀升得到了人们众多的喝彩。当 CPU 的频率进入了“GHz”时代后，频率对其综合性能的影响力开始减弱。这个结论，来自于近些年来对 CPU 产品综合性能的比拼，例如：AMD 的低频产品同样可以拥有其标称值性能，Intel 用于迅驰平台的低频移动处理器也能够轻松击败其自家的高频产品。
此时，大家可以清晰的看到，频率对于处理器价格的影响也是很大的：当 L2 缓存确定后，频率就成为了价格的相当重要的依据。在单核时代中最为耀眼的当数 Intel 的奔腾系列了，下面以新的视角，回顾一下单核时代奔腾的历史。
时间回到 20 世纪的 90 年代，PC 在发达国家的发展速度相当快，Intel 无疑是看到了蕴含其中的无限商机，所以 Intel 决定在其推出的 80586 产品上与 AMD 分道扬镳，为 80586 注册了 Pentium 商标，从此，“奔腾”就作为品牌推广到全球的每一个角落。
1993 年 3 月 22 日发布的 80586（Pentium），第一代产品，正是它让 Intel 也无法预测到的影响全球 IT 产业的奔腾时代就这样诞生了。第一代 Pentium 的推出取得了空前的成功，Intel 更加坚定了要让自己走上一条独立发展的处理器道路。事实上不只是桌面领域，服务器、工作站领域也都以此作为指导思想，奔腾的品牌威力已经渗透到了各个领域。
Pentium 的问世，使 Intel 几乎长期占据着“一直被模仿，从未被超越”的地位，而 AMD 和 Cyrix，则从此开始走上了追随者的辛酸历程。
其实奔腾的发展道路并非一帆风顺，Intel 为了彻底摆脱 AMD 和 Cyrix 的纠缠，不仅仅是产品命名上的摆脱，更上升到接口的层面。
搭载 P6 总线协议和 Socket8 接口之后，Pentium Pro 处理器在 1995 年应运而生。从技术上来看，Pentium Pro 在当时绝对称得上是一款“恐怖级”的产品，有数据为证：
- 非常先进 80 位浮点单元、分支预测等功能；
- 实现了 32 位内存寻址；
- 史无前例地在芯片内封装了 256KB 的二级缓存芯片（两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连，CPU 与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中），使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。
Pentium Pro 图片
Pentium Pro 一度成为是高端 CPU 的代名词，Pentium Pro 所表现的性能在当时让很多人大吃一惊，但是冷静之后，从市场角度来看，Pentium Pro 又显得十分失败：
当时 32 位应用并非是主流，甚至在 16 位应用程序中，Pentium Pro 无法表现出明显的性能优势。过于超前的 Pentium Pro 还因为成本高昂而付出惨重代价，更因为延误了新产品开发而给 AMD 和 Cyrix 带来极为重要的喘息机会。
同时代的 Pentium Pro、AMD 和 Cyrix 的对比表
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Pentium Pro |
Cyrix /5X86 |
AMD/K5 |
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工作频率 |
133MHz、150MHz、166 MHz、180MHz、200MHz |
100~120 MHz |
116MHz |
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特点优势 |
动态执行 |
5x86 内核使用了第五代微处理器技术，如：64 位内部结构，分去预测，数据前向，分离的装载 / 存储单元，一个时钟周期执行多条指令，80 位浮点单元，16KB 指令 / 数据分离回写式 cache 等 |
实力比较平均，价格低廉 |
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不足 |
价格昂贵 |
浮点性能远远不足 |
浮点运算能力远远比不上 Pentium，但稍强于 Cyrix 散热量大 |
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主要用途 |
工作站和服务器 |
便携机 |
台式机 |
但是，Pentium Pro 的失误并没有阻碍奔腾的前进势头，真正让奔腾在世人面前“发扬光大”的应该当数 Pentium MMX（多能奔腾）处理器，如今无数高手都是从当年的 MMX 时代起步，也正是 Intel 处理器在国内大规模普及的关键年。
MMX 是 Intel 公司在 1996 年为增强 Pentium CPU 在音像、图形和通信应用方面而采取的新技术，为 CPU 增加了 57 条 MMX 指令。除了指令集中增加 MMX 指令外，还将 CPU 芯片内的 L1 缓存由原来的 16KB 增加到 32KB（16K 指命+16K 数据）。
当时 PC 正处于快速普及阶段，家用电脑概念的诞生催生了多媒体应用，MMX 指令集显然很好地抓住了这一机遇。在应用软件专门为 MMX 优化之后，执行效率提升幅度相当明显，有例为证：最典型的例子莫过于当时的 VCD 软解压，在相同频率下，具备 MMX 指令集的 Pentiun 166MMX 比 Pentium 166 的性能高出 50％左右，从而让软解压 VCD 也能达到流畅的速度。
另外一方面，Pentium MMX 的缓存架构也得到大幅度改进，此时整体性能大幅度领先第一代 Pentium，而且 0.35 微米制程的成熟令成本问题初步解决，从而真正迎来普及高峰。
2. Pentium II 时代的较量
当技术与市场各方面成熟后，Pentium 品牌产品水到渠成地发展到了第二代的阶段。1997 年，为了进一步打击竞争对手，Intel 在 Pentium II 上更是大胆地使用了更多创新的设计，Pentium II 可以说是集 Pentimu Pro 的精华与 MMX 技术完美结合之典范。通过工艺的更新，使得 Pentium II 比 Pentium Pro 在体积上大不了多少，但它却比后者多容纳了 200 万个晶体管。而且 Pentium II 在提供出色 32 位性能的基础上也具备了出色的 16 位性能，将整个 CPU 业界完全带入 32 位时代。
第一代 Pentium II 运行在 66MHz 总线上，第二代产品的系统总线为 100MHz。Pentium II 采用了半速的 512K 二级 Cache，L1Cache 为 32K，并首次采用最新的 Solt1 专利接口标准，将竞争对手 AMD 和 Cyrix 档在了专利大门之外。
不过对手们也不是吃素的，他们看准了 Pentium II 的软肋——高成本，因此以低价位作为主攻对象，AMD 的 K6 处理器将频率提高到 300MHz，此时整体表现丝毫不逊色于价格不菲的 Pentium II 233/266MHz，而且无论是 CPU 还是主板价格都明显低很多。
从技术与市场角度来看，Pentium II 无疑是成功的，然而这却透支了 Intel 的未来市场空间，好在 Intel 很快认识到这一点，最终还是正视市场需求，推出了人们再也熟悉不过的 Celeron（赛扬）产品，不过第一代二级缓存的 Celeron 处理器的整数性能差强人意。即便如此，在中国市场上，中低端市场才是消费大军的主力战场，对于用户来说，既然不能拥高端的“奔腾芯”，那么退而求其次也是可以的。
经过第一代初期的阵痛后，在接下来的第二代赛扬中，Intel 做到了力挽狂澜，当时 128KB 二级缓存 Celeron A 让 AMD 的中低端霸主之梦破灭，其较好的超频性能甚至威胁到了 PentiumII 的地位。
3. 经典的 PentiumIII 和 GHz 时代
自从 PentiumII 时代起，Intel 走上奔腾主攻中高端、赛扬系列处理器主攻中低端的市场策略后，奔腾的形象理论上再次提升了一级，因为它是作为高端 PC 的标志。奔腾+赛扬的高低端组合让 Intel 尝到了甜头，时隔两年，1999 年 Intel 再次发布奔腾第三代处理器，这就是经典的 PentiumIII 了。
PentiumIII 处理器实物图片
早期的 PentiumIII 与 PentiumII 采用了类似的封闭方案，高成本的方案在技术与市场上都受到非议，随后 Intel 再次回归到 Socket 接口平台，与后期的 Tualatin Celeron 一起打造了至今还被众多 DIY 玩家津津乐道的 PentiumIII 王朝。
然而这个时期值得关注的是，PentiumIII 的辉煌并非是建立在 AMD 弱势之上，相反，AMD 在此阶段同样有了长足的进步。Thunderbird (雷鸟)系列就是在当时打下了坚实的基础，对扭转 AMD 性能形象有了非常大的帮助。甚至在一场抢占 GHz 主频大关的频率大战中，AMD 率先让雷鸟处理器实现了极具里程碑意义的 1GHz。
0.13um 制程的 AMD 雷鸟处理器
虽然雷鸟处理器性能是好，但处理器发热量巨大得问题却一直令人“恐慌”--- 温度实在太高，如果没有强劲的散热风扇“护航”的话，5 秒钟内就得和马克思握手了。
客观地说 PentiumIII 应该还能走到更为辉煌的境界，但是由于产品线更换问题，PentiumIII 最终选择了让路 Pentium4，不得不很“委屈”地“提前”退出了历史舞台，它的寿命可以说是奔腾时代中最短的一员。
4. 金字招牌——Pentium 4
Pentium 4 是 Pentium 系列中最受争议的产品，但它却是奔腾时代中历史最长的。在长达 6 年多的时间里，Pentium 4 都一直是 Intel 主攻中高端的主力军。
作为 Intel 的一块“金字招牌”，Pentium 4 在频率英雄论的过去为 Intel 立下了汗马功劳。但是在其发展初期可并不是一帆风顺，第一代 Willamette 核心就饱受批评。对于全新的 NetBurst 结构而言，发挥强大的性能需要更高的主频以及强大的缓存结构，而这些都是 Willamette 核心所不具备的。256KB 二级缓存显然不足，此时的整体性能受到很大影响。然而最让 Intel 尴尬的是，Willamette 核心的 Pentium4 1.5G 甚至不如 Tualatin 核心的 Pentium III，部分测试中甚至超频后的 Tualatin Celeron 也能越俎代庖。
但是随后的频率大战中 Intel 还是能保住巨人的颜面，NetBurst 架构的高频率产品的综合性能还是实实在在的，加上 Intel 强大的上游厂商操控能力，AMD 即使在产品上同样出色甚至某些同价格段产品占有更大一点儿的优势，也同样没有法与 Intel 较量，在 2003 年前，Pentium 4 每次的频率攀升都给竞争对手带来沉重的打击。
但是对手们也不会坐以待毙：当时 AMD 的 K7 架构也在发展。
面对 AMD 效能非常出色的 K7，Intel 不得不继续提高 NetBurst 主频并且加大二级缓存容量。但是受到当时制作工艺的限制，使得 NetBurst 架构实现高主频也是极为困难的事情，这意味着 NetBurst 架构今后将无法继续凭借主频优势与竞争对手匹敌。此外，巨大的缓存容量也是一个负担，这不仅提高了成本，也令发热量骤升。在如今看来，高频 Pentium 简直就是高发热量和高功耗的代名词，甚至 Celeron D 也是滚烫滚烫。
在最后推出的 Prescott 核心的 NetBurst 架构奔腾 4 时，人们已经明显感觉到此产品是强弩之末，将此核心用于具有划时代意义的双核处理器产品后，其功耗与发热更是让 NetBurst 的名声雪上加霜。AMD 的 K8 系列以出色的游戏性能和性价比，已经逐渐赢得了越来越多的用户，这一切都预示着 Intel 必需来一次架构上的洗礼。
5. 多核应用而生
但到了 2005 年，当主频接近 4GHz 时，Intel 和 AMD 发现，速度也会遇到自己的极限：那就是单纯的主频提升，已经无法明显提升系统整体性能。
此外，随着功率增大，散热问题也越来越成为一个无法逾越的障碍。据测算，主频每增加 1G，功耗将上升 25 瓦，而在芯片功耗超过 150 瓦后，现有的风冷散热系统将无法满足散热的需要。3.4GHz 的 Pentium 4 至尊版，晶体管达 1.78 亿个，最高功耗已达 135 瓦。实际上，在 Pentium 4 推出后不久，就在批评家那里获得了“电炉”的美称。更有好事者用它来玩煎蛋的游戏。
很显然，当晶体管数量增加导致功耗增长超过性能增长速度后，处理器的可靠性就会受到致命性的影响。就连戈登摩尔本人似乎也依稀看到了“主频为王”这条路的尽头——2005 年 4 月，他曾公开表示，引领半导体市场接近 40 年的“摩尔定律”，在未来 10 年至 20 年内可能失效。
多核心 CPU 解决方案的出现，似乎给人带来了新的希望。早在上世纪 90 年代末，就有众多业界人士呼吁用 CMP(单芯片多处理器)技术来替代复杂性较高的单线程 CPU。IBM、惠普、Sun 等高端服务器厂商，更是相继推出了多核服务器 CPU。不过，由于服务器价格高、应用面窄，并未引起大众广泛的注意。
直到 AMD 抢先手推出 64 位处理器后，Intel 才想起利用“多核”这一武器进行“帝国反击战”，战况的大事记如下：
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Intel |
AMD |
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2005 年 4 月： 仓促推出简单封装双核的 Pentium D 和 Pentium4 至尊版 840 |
双核皓龙(Opteron)和速龙(Athlon) 64 X2 |
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2006 年的 7 月 23 日： 基于酷睿(Core)架构的处理器正式发布 |
2006 年的 7 月 24 日： 宣布对旗下的双核 Athlon64 X2 处理器进行大降价 |
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2006 年 11 月： 面向服务器、工作站和高端个人电脑的至强(Xeon)5300 和酷睿双核和四核至尊版系列处理器。 与上一代台式机处理器相比，酷睿 2 双核处理器在性能方面提高 40%，功耗反而降低 40%。 |
因此，2006 年被公认为“双核元年”。
“从单核到双核，再到多核的发展，可能是摩尔定律问世以来，在芯片发展历史上速度最快的性能提升过程”——Intel 高级副总裁帕特基辛格(Pat Gelsinger)。
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系列汇总：
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？
之十：SuperH 系列处理器：昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”
之十九：开启多核时代的 Yonah：它是英特尔酷睿 core 的开发代号
之二十：除了 Core iX 系列，你未曾注意的架构还有这些！
之二十二：CPU 的主频、倍频、超频，不是频率越高速度就越快
