电脑硬件教程:CPU(二）

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INTEL的CPU系列

Tualatin: PIII最后的辉煌

Intel 发布了1.13GHz 的P III 处理器，但因1.13GHz P III 处理器存在bug，Intel 不得不回收了1.13GHz P III 处理。从那以后，Intel甚至不再尝试重新发布1.13GHz P III 处理器。造成1.13GHz难以逾越的原因是PIII 处理器的架构，0.18微米制程技术下的处理器难以在1.13GHz 的频率下稳定工作。Intel突破频率限制的唯一方法是发展处理器的制程技术（类似AMD 从Athlon发展到Athlon 4内核）或减小处理器的电路尺寸，为更快时钟频率的处理器的到来铺平道路。因为PIII处理器即将被P4处理器取而代之，所以Intel采用0.13微米制程技术缩小PIII处理器的电路尺寸。从历史上看，Intel 总是首先在较小范围内采用应用新工艺的处理器，当技术成熟之后才开始大批量生产，即首先在移动或服务器市场引入采用新工艺的处理器，然后才用于桌面电脑市场。这次也不例外，Intel 将首先把0.13微米制程技术用于生产基于x86架构的笔记本P III处理器。这种0.13微米的笔记本PIII处理器Pentium III-M ，采用了Intel 最新0.13微米Pentium III 内核Tualatin取代了1999年10月引入的0.18微米Coppermine 内核。尽管首先被引入到笔记本处理器市场，Intel 也将发布另外两个版本的0.13微米Tualatin处理器：一种用于桌面电脑，一种用于服务器。用于桌面电脑的版本仍被称作PIII ，但用于服务器的版本被称作PIII-S 。新的1.13GHz Tualatin 将被命名为PIII 1.13A ，以区别先前失败的1.13GHz PIII 。现在我们将介绍的是桌面Tualatin 处理器。这种处理器的发布具有重大意义，不仅是因为它是Intel 的第一片0.13微米桌面处理器，而且它将最终成为下一代Celeron 处理器的核心。

0.13微米的PIII 实际上和0.18微米Coppermine 核心的Pentium III规格相同，具有相同的缓存(32KB L1，256KB L2)，FSB都为133MHz。但Tualatin 内核与Coppermine内核还是存在区别。

从兼容性上看，Tualatin需要新的芯片组支持，因为它需要更低的工作电压。自从Pentium Pro开始 ，所有的Intel P6处理器都在前端系统总线使用了GTL+技术。从Pentium Pro 到Pentium II/III， GTL+的使用实际上有些微的改进，后来进化为AGTL+ 总线。所有这些FSB都使用1.5V 的电压，但Tualatin 使用更低的1.25V 电压。更明确地说，Tualatin 将需要能够提供1.25V AGTL 电压的新芯片组的支持。Tualatin 将支持Coppermine并不支持的总线频率调整，其目的是为了减少高时钟频率处理器的电磁干扰，Pentium 4 处理器也使用了这新一技术。因为处理器核心面积的减小，Tualatin的功率比Coppermine低得多。而Coppermine 使用的VRM 8.4规格仅仅用4-pin VID (VID0 – VID3)，提供以0.05V 为增量的电压调节。为了得到更低的电压，Tualatin 采用新的VRM 规格，VRM 8.5新增加了两个针脚：VID25mv 和 VTT_PWRGD。VID25mv 用来连接先前的4个VID针脚，以便提供以0.025V为增量的电压。VTT_PWRGD 需要1.25V 的输入；如果这两个新针脚中的任何一个没有连接正确，系统将不会启动。这就是说Tualatin PIII将不能在现有主板上工作。

在性能方面，Tualatin 比Coppermine 的长处是它的DPL技术。P4处理器也采用了类似的技术，利用空闲的系统总线带宽将数据预读进处理器的二级缓存。当DPL预测正确时，处理器就能从二级缓存里而不是从主内存中得到数据。当DPL预测错误时，系统也没有任何影响。遗憾的是Tualatin 的DPL 功能并不像Athlon 4和P4的那样有用，因为Tualatin 仍然使用133MHz FSB 。64位AGTL FSB在理论上带宽最高只能达到1.06GB/s ，而Athlon 4和P4分别可以达到2.1GB/s 和3.2GB/s 的带宽。因为没有足够的带宽，Tualatin的 DPL效能很低。但这也说明在高频率下Tualatin将比Coppermine表现更好。除了以上两点变化外，Tualatin和Coppermine基本相同。

发热量更小

PIII 1.2GHz Tualatin处理器使用1.475V核心电压，比采用Coppermine核心的PIII 1GHz 处理器使用的1.75V电压低16%。核心电压的降低能够减少处理器运行时的散发的热量。1.2GHz的Tualatin会产生29W的热量，少于0.18微米1GHz PIII所产生的33W热量。目前大多数0.18微米的高频率处理器会产生50W以上的热量。

从上到下是P4（Willamette）、Celeron (Tualatin)、PIII (Coppermine)

为了帮助0.13微米核芯散热，Intel 在新PIII处理器上采用新的封装工艺FC-PGA2，区别于先前Socket-370 PIIIs使用的FC-PGA封装。

集成度更高

将0.18微米制程改进为0.13微米制程最大的好处之一是使处理器的内核减小了一半，提高了处理器的集成度。PIII-S 采用和桌面电脑版本相同的内核，但拥有高达512KB 的二级缓存。除了拥有更大的二级缓存，PIII-S 具有和PIII (Tualatin)相同的架构。

为了延续Celeron 的惯例，Intel 似乎打算削弱Tualatin内核的功能，以区别于它的旗舰处理器P4。目前看来，0.13微米Tualatin 内核的Celeron 只有128KB 二级缓存并且仍使用100MHz FSB ，将极大的影响Celeron的性能。首先，仅有128KB 二级缓存将很难在许多新软件上有好的性能表现。Windows XP操作系统比Windows 2000对硬件的要求更高，Windows XP系统下的应用软件也将耗费更多的处理器资源。新Celeron 的128KB二级缓存将很难胜任，因此用户更愿意选择年末将推出的拥有512KB二级缓存的P4处理器。其次，仅拥有800MB/s 的总线带宽(100MHz FSB)也会有碍其性能。

芯片组与主板支持

我们先前以提到过，新的VRM 和总线使Tualatin 内核的PIIIs 需要新的主板以及芯片组的支持。为了满足这种要求，Intel 发布了支持Tualatin 内核的新i815芯片组i815 B-Step。 i815 B-Step实际上基于815EP芯片组，没有整合显卡。

威盛也发布了支持Tualatin 的两款芯片组Apollo Pro 133T 和Pro 266T。它们与Pro 133A 和 Pro 266的区别仅仅在于是否支持Tualatin 内核的PIIIs。

这些采用新芯片组的主板也将支持Tualatin 内核的新Celeron处理器。

结论

处理器核心的缩小并不容易，因此新1.2GHz Pentium III发布的推迟也在情理之中。新处理器的价格尽管也能接受，但仍使难以使其推广。PIII 1.2GHZ的表现也有目共睹，在笔记本处理器市场它将与Athlon 4竟争，但在桌面电脑市场它的价格也太贵了。两倍的售价使新PIII 1.2 GHz处理器并不会比1.5GHz P4做得更好。年末，P4处理器将取代PIII处理器。当支持双SDRAM 和 DDR SDRAM内存芯片组问世后，P4将比PIII更容易被人们接受。现在已经是告别PIII拥抱P4的时候了。Intel 的未来主流桌面处理器仍然首推P4处理器。当然AMD也不甘示弱，将在今年年末推出0.13微米制程的Athlon处理器以和Intel一争处理器的天下。

细心区分奔腾III Tualatin与Coppermine-T

Intel推出了运用0.13微米制程的Tualatin核心的新奔腾III，采用了新的封装形式。为用户带来更安全的安装过程，更出色的使用体验和更好散热效果。无论从哪个角度来看,Tualatin都是一款不错的处理器。

但是，新的CPU的出现同样会带来新的问题：Tualatin和Coppermine-T实在是太像了！

奔腾Ⅲ Tualatin的背面有一组排列十分密集的电阻，是区别奔腾Ⅲ Coppermine（铜矿）的一个重要特征。以前Intel曾经推出了一些为了方便厂商测试所用的Coppermine－T处理器，在外观上和Tualatin差不多，但由于仍然基于Coppermine核心，因此在背后的电阻上和真正的Tualatin处理器有所不同。

Coppermine-T使用的仍旧是Coppermine和0.18微米的制程。Coppermine-T和市面上普通的PIII的明显区别是更换了脆弱的FC-PGA封装，避免CPU Die被风扇压碎的危险。Tualatin背面的电阻比Coppermine-T更小，排列方式也不一样。奔腾Ⅲ Tualatin的大小和奔腾Ⅲ Coppermine的一样，样子就像是奔腾Ⅲ Coppermine在Die上加上一个金属壳。众所周知，由于奔腾Ⅲ核心比较小而且十分脆弱，安装散热装置的时候一不小心就有可能发生压毁CPU的悲剧，Athlon和Duron同样也存在着这样的危险。装上一个像P4一样的铝壳以后，可以有效的保护核心不受压迫。基于0.13μm制程的Tualatin运行时比起任何一款处理器都要清凉，即使是处于急速超频的状态之下，配合一般的散热风扇也丝毫感觉不到热。

Tualatin采用了4×四倍字长（256位）高速缓存总线，而Coppermine只采用双四倍字长（128位）总线。对于高频率的处理器来说，提高数据缓存总线宽度绝对可以大幅提高缓存的数据吞吐量。另外，Intel还会推出512KB L2 Cache的Tualatin以迎合高端工作站和服务器的需要，显然这是为双处理器系统而设计。或者说，转用0.13微米制程后，为奔腾III多加256KB L2 Cache是合情合理的事情。

由于采用0.13微米制程，所以Tualatin的核心电压要比Coppermine低。核心电压仅为1.475V，比Coppermine低了0.175V左右。对比起当初从0.25微米升级到0.18微米时，电压降幅为0.4V左右（从2.00V下降到1.60V）。（0.18微米制程的Celeron也仅使用1.50V的电压）。除了工作电压之外，Tualatin需要配搭支持更低电压的新主板。另外，根据Intel发布的白皮书介绍，CPU增加了25mV的核心电压电压定义针脚。显然，专为Coppermine设计的旧款Socket370主板并不支持这样的电压增量，因此Tualatin需要新增25mV的电压定义针脚来支持0.025V的电压增量。除此之外，FCPGA2还要求主板制造厂商提供最低1.05V的电压支持。

新制程的256KB二级缓存的Tualatin处理器已经完全摆脱了奔腾Ⅲ的阴影，从性能上和频率上都不能同日而语，在大部分的性能上都力压同频率的Athlon处理器，甚至比AthlonMP也好不逊色。当然，最吸引人的还是要数Tualatin的超频性能，首款基于0.13μm的Tualatin处理器，超频的时候理所当然的要比0.18μm的奔腾Ⅲ成功率要高一些。超频以后的Tualatin在频率上达到了一个新的高度，风头直逼最新的2GHz 奔腾4，相信完全超越高频率的奔腾4处理器也不是一个新鲜的事情，在频率上落后的Athlon处理器更是不在话下了。

（未完待续）

[此贴子已经被作者于2004-9-14 22:41:28编辑过]