强“芯”之路—英特尔至强发展历程

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CBSi中国·ZOL 09年03月11日 【原创】 作者： 中关村在线 服务器频道 [评论11条]



    服务器处理器的发展比普通PC处理器要晚一些，服务器CPU和普通CPU有很多的不同，比如早期的服务器CPU为了能够减少发热量，能够长时间的稳定工作，在主频和总线上要比普通CPU低很多。除了在稳定性上的区别，服务器CPU在二级缓存上要大于普通CPU，部分服务器CPU很早就开始应用了三级缓存。此外在内部指令集、接口以及支持多路级联方面，服务器CPU和普通CPU也存在着比较大的差异。
    早期的服务器处理器基本采用RISC构架，如IBM的Power和PowerPC处理器、Sun公司的SPARC和UltraSparc处理器、HP的PA-RISC以及收购康柏后的Alpha处理器等。这些RISC处理器被应用高端Unix服务器，虽然性能高、稳定而安全，但是由于高成本和技术的封闭性，在近年来辉煌的Unix服务器有了下滑的趋势。
    自2000年开始，基于IA构架的Intel和基于x86指令架构的AMD服务器处理器进入了市场，凭借低廉的价格和应用的广泛性逐步站稳了脚跟，随着近年来处理器技术和性能的提高，x86架构处理器在一步步蚕食着RISC处理器的市场，RISC虽然仍旧是高端市场的霸主，但也掩饰不掉下滑的趋势。
    英特尔服务器处理器在x86服务器处理器市场占据着重要的地位，近年来随着多核技术的迅速发展，英特尔确立了在x86服务器处理器市场的霸主地位，除了在双路、四路服务器市场的优秀表现外，在高端市场也表现出强大的表现力。在08年最新全球TOP500超级计算机榜单中，有75%的超级计算机采用了英特尔处理器。
    自涉足服务器处理器领域以来，在取得佳绩的背后，英特尔服务器CPU都有哪些功臣呢，下面，我们可以来回顾一下英特尔服务器处理器的“芯”路历程。

Pentium Pro处理器
    Intel Pentium Pro处理器在1995年11月正式推出，这款采用32位数据结构设计的处理器在当时令人吃惊的性能，因而Pentium Pro一度成为高端处理器的代名词。Pentium Pro开发代号为P6，内部含有550万个晶体管，二级缓存有256KB、512KB和1MB三种，频率从133MHz开始，因为采用的0.35微米制程发热量较大，主频不高于233MHz。

Intel Pentium Pro

    Pentium PRO是PC服务器用处理器的开端，是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，虽然Pentium Pro不支持当时很流行的MMX指令集，但仍然是32位处理器的赢家。 可以应用在高速辅助设计、机械引擎、科学计算等领域。

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小结：从1995年英特尔发布第一款服务器处理器Pentium Pro起，英特尔在服务器处理器上已经走过了14年，这期间英特尔的路途并不坦荡，出现过失败的产品，也经历过市场的惨淡。但是凭借对于创新的执着，英特尔不断刷新着记录，也在不断创造着奇迹，曾经在RISC的阴影下的婴儿已经成长为引领服务器产业发展的巨人。

    凭借成功的摆钟式“Tick-Tock”发展步调，近年来英特尔有条不紊的实现着产品的更新，引领着芯片行业的发展。近期，英特尔全新Nehalem微构架至强处理器也将正式发布，势必又会在服务器产业中掀起一轮新的变化。

http://server.zol.com.cn/125/1254105.html

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Dunnington六核Xeon 7400系列

    四核心并不是终点，在四核处理器取得巨大成功的同时，英特尔并没有停止脚步。2008年9月22日，英特尔在全球同步发布了采用45纳米工艺的六核至强7400服务器平台，应用于四路及以上的高端服务器，面向虚拟化、数据库、企业资源规划和电子商务等关键应用。

Dunnington六核Xeon 7400系列

    Xeon 7400系列代号“Dunnington”，并不完全是六核产品，包括三款六核心和四款四核心产品。六个核心的Dunnington至强六个核心与三级缓存完全建立在一个晶片之上，也就是说，Dunnington采用“原生”设计，减少了性能的牺牲。在缓存上，Dunnington每两个核心共享3MB二级缓存，二级缓存总数为6MB。为了进一步推进处理器的性能，Dunnington还提供了最高16MB的三级缓存，前端总线为1066MHz，TDP最高为130W。

Dunnington六核Xeon 7400系列规格表

    基于至强7400系列处理器的服务器平台可支持最多16个处理器插槽，以提供高达96个处理器核心的计算能力。它为企业数据中心提供了出色的可扩展性、充足的计算线程、丰富的内存资源和无与伦比的可靠性。

    目前计算机面临着从单核处理器到多核处理器的变革，同时，也在面临着到虚拟化迁移的变革。至强7400发布会的主题被定为“虚拟照进现实”，可见英特尔对Dunnington在虚拟化应用上寄以了厚望。至强7400凭借先进的制程工艺、6个核心的设计以及对FlexMigration的加强，在某些虚拟化环境以及数据密集型工作负载应用程序（如数据库、商务智能、企业资源规划和服务器整合）可以获得最多高达50%的大幅性能提升，可以说Dunnington是目前最适合虚拟化应用，简化IT的一个理想平台。

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Hapertown四核Xeon 5400系列

    2007年11月16日，英特尔公司发布了采用高K金属栅技术的全新45纳米至强5400系列处理器，新的材料使处理器上的晶体管制程工艺冲破极限，解决了漏电和功耗问题，这也意味着英特尔的摩尔定律也许会再延长十年。

四核Xeon 5400系列

    45纳米四核至强是英特尔历史上里程碑式的产品，一片晶圆上的晶体管数量从5.8亿个上升到8.2亿个，先进的制程工艺让晶体管密度提升近一倍，可以进一步的提升频率，或者降低芯片面积。高K金属栅技术也让晶体管开关动作所需电力更低，耗电量减少近30%。相较上代65纳米制程产品，在同一功耗表现下，45纳米工艺让处理器频率可提升约20%，或者也可以说在同一频率下功耗更低。

45nm双路至强处理器规格

    Xeon 5400代号“Hapertown”，系列包含17款处理器，从2.0GHz的Xeon 5405到主频3.2Ghz的Xeon 5482，其中包括3款低电压版本。从上面的表格可以看到，Xeon 5400系列至强二级缓存相对上一代的四核Xeon 5300系列有了进一步的提升，从8MB增加到12M。Hapertown依旧采用了双独立总线设计，前端总线为1333Mhz或者1600MHz，总线带宽高达25Gbps左右。从功耗上来看，高端的Hapertown功耗达到120w或150w，其余为80w，并不高于65纳米处理器，但是提供了前所未有的每瓦特性能。45纳米至强5400处理器也是英特尔首次采用无铅材料的产品，更加绿色环保，也会对芯片产业的发展起到非常大的推动作用。

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Tigerton四核Xeon 7300系列

    2007年9月6日下午，英特尔公司全球同步发布了四核英特尔至强处理器7300系列服务器处理器平台。该系列处理器用于配置四路及四路以上服务器，随着它的发布，英特尔公司为用户提供全线了基于英特尔酷睿平台的至强处理器产品。

四核至强7300处理器

    代号为Tigerton的Xeon 7300系列处理器采用了Core微架构以及65纳米制造工艺，相比于现有的Xeon 7000/7100系列处理器，Tigerton四核处理器的功耗有了进一步的降低，用于刀片式服务器的处理器TDP为50瓦，用于机架式服务器的处理器TDP为80瓦，性能优化型处理器的TDP为130瓦。

    Xeon 7300系列家族共有6位成员，它们分别是主频高达2.93GHz的X7350处理器,其功耗也达到了130瓦，四款功耗在80瓦的E7310、E7320、E7330、E7340处理器，和一款针对四插槽刀片式服务器和高密度机架式服务器优化的50瓦版L7345处理器，主频为1.86GHz。E7310和E7320的二级缓存为4MB，E7330为6MB，E7340和其他两款处理器的二级缓存均为8MB。

Xeon 7300系列处理器

    通过将英特尔酷睿架构、四核与英特尔虚拟化技术应用到高端服务器上，至强7300系列处理器为客户在虚拟化应用和服务器整合上提供了一个理想的平台。

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Clovertown四核Xeon 5300系列

    2006年11月14日,英特尔在北京发布了面向服务器、工作站和高端个人电脑的英特尔至强5300系列处理器。从这一刻开始，处理器的四核新时代正式到来。代号“Clovertown”的四核至强是将两颗双核“Woodcrest”封装在一起，采用酷睿微构架，65纳米工艺，前端总线支持1333Mhz，二级缓存提高到8MB，但是功耗依旧为80W和65W，每瓦特性能相对Woodcrest有了巨大的进步，并且同属于“Bensely”平台，从双核Woodcrest可以实现无缝的升级，这也是四核至强的一个重要卖点。

Clovertown四核至强处理器

Xeon 5300系列处理器规格

    除了核心数量、二级缓存、前端总线、功耗上的进步外，Clovertown四核至强处理器支持对称式多重处理器(Symmetric Multi-Processor，SMP)技术，Intel虚拟化技术(Virtualization Technology)，Intel病毒防护技术(Execute Disable Bit)，Intel 64位扩展技术(Intel EM64T)及Streaming SIMD Extensions 4 (SSE4)指令集，提供了业界领先的性能和虚拟化能力，并获得了领先Woodcrest双核至强1.5倍的能效。凭借Clovertown优秀表现，英特尔在2006年迅速确立了在多核市场的领导地位，也将服务器市场引领到了四核时代。

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Intel Xeon 3000双核系列

    2006年9月，英特尔发布了面向中低端服务器市场的单路双核Xeon 3000系列处理器，取代之前的单路单核Pentium D处理器。Xeon 3000系列处理器代号为“Conroe”，与酷睿桌面处理器相同，采用了65纳米工艺和Core微构架，在能效上得到了长足的进步。

Xeon 3000系列双核处理器

    Xeon 3000系列处理器包括7个型号，从Xeon 3040到3085，主频从1.86Ghz到3.0Ghz，前端总线为1066MHz和1333Mhz，共享2MB或4MB二级缓存，接口采用了和桌面处理器相同的Socket 775，支持Intel VT技术、EM64T技术等。

Xeon 3000系列处理器规格

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Tulsa核心双核Xeon 7100系列

    2006年8月29日，英特尔发布了面向多路服务器市场的Xeon 7100双核处理器，Xeon 7100系列采用65纳米工艺，这意味着在2006英特尔的至强处理器全面过渡到了65纳米时代。

Tulsa核心双核Xeon 7100

    Xeon 7100系列处理器代号为“Tulsa”，没有采用Core微构架，而是采用了上一代的Netburst构架，虽然架构不是最新的，但是Tulsa在性能和功耗上都有不少的改进。Tulsa至强具有8个型号，主频从2.6Ghz到3.4Ghz，3GHz以上的功耗为150w，以下的为95w。Tulsa至强为每个核心设置了1MB的二级缓存，虽然二级缓存比上一袋的Xeon 7000系列减少了一半，但是Tulsa至强上增加了大容量的三级缓存，有4MB、8MB和16MB三种，完全弥补了二级缓存的不足。

    Tulsa具有667和800MHz两种前端总线，支持超线程、EM64T、Intel VT虚拟化等技术特性，虽然特性上相对于Xeon 7000系列没有太多的创新，凭借制程工艺的进步和大容量的三级缓存，Tulsa至强相对之前的Xeon MP性能可以提升70％，性能/功耗比提升3倍。

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Woodcrest核心至强5100系列

    2006年以后，英特尔处理器全面向新一代Core微构架过渡，Core微构架多项先进的技术特性解决了处理器高功耗高热量的问题，也使处理器的执行效率大大提高。2006年6月26日，英特尔发布了全新一代采用Core微构架的双核至强DP处理器，代号“Woodcrest”，以Xeon 5100系列命名。

Woodcrest核心双核至强处理器

    Xeon 5100系列包含7款处理器，从Xeon 5110到Xeon 5160，主频从1.6Ghz至3.0GHz，前端总线再次提升，包括1066Mhz和1333Mhz两种，和Dempsey不同，Woodcrest具备的4MB二级缓存是由两个核心共享，提高了二级缓存的利用率，大大降低了缓存数据延迟的问题。

Xeon 5100系列处理器规格

    Woodcrest仍然采用了双独立总线设计，前端总线提升到了1333Mhz，总带宽达到了21Gbps，相对Dempsey有了进一步的提升。第一代的Core微构架没有引入超线程技术，所以Woodcrest可以处理2个并发线程，除此之外，支持EM64T、XD bit、FB-DIMM以及Intel VT虚拟化技术。

    Core微构架具备宽位动态执行、智能功率特性 、先进缓存管理、智能内存访问还有高级数字媒体增强这五大技术，大大降低了功耗，Woodcrest平均功耗只有65w，最高80w，相对上一代的Dempsey几乎降低了一半，获得了前所未有的能效提升。

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Dempsey核心Xeon 5000系列

    随着英特尔芯片制程工艺进步到65纳米，2006年5月23日，英特尔发布了采用65纳米工艺的“Dempsey”双核至强处理器，面向双路服务器和工作站市场。虽然2006年更为先进的Core微构架已经出现，但Dempsey仍然采用了Netburst构架，是英特尔最后一代采用Netburst微构架的至强处理器。

Dempsey双核至强处理器

    Dempsey采用了新的命名方式，称之为Xeon 5000系列，是第一个采用65纳米工艺的双核至强处理器系列。Dempsey不再采用Socket604封装，而采用LGA771封装。Dempsey共有5个型号，编号从Xeon 5030到5080，频率从2.67至3.73，前端总线有667MHz和1066MHz两种，每个核心集成2MB二级缓存。

Xeon 5000系列处理器规格

    虽然从规格上来看Dempsey和上一代的Paxville DP双核至强相比，频率并不突出，二级缓存也相同，但是Dempsey采用了双独立总线设计，前端总线提升到了1066Mhz，总带宽达最高达到了17Gbps，远远超出了上代的6.4Gbps，获得更高的数据传输速度。不过从功耗上来看，虽然工艺进步到了65纳米，但是由于Netburst架构的局限性，Dempsey至强功耗最高还是达到了130w。