近三十年CPU的發(fā)展歷程,大致可劃分為三個時代:主頻驅動時代、多核驅動時代以及初現(xiàn)端倪的架構驅動時代。
三大時代如同三次工業(yè)革命,推動著CPU技術一次又一次飛躍。同時,三大時代之間并非相互區(qū)隔、完全獨立,而是彼此之間存在著交錯與融合。當不同時代的技術特征在某一時間點產生共振,強烈的化學反應如同“等到天黑的完美煙火”,炫麗綻放。那一刻,我們的感同身受就是時代和技術躍遷的寫照。
在這個過程中,英特爾與AMD的兩強之爭既是各個時代的主導者,也是各個時代本身的親歷者……
·主頻驅動時代
讓我們把時間回溯到上世紀70年代。
1968年成立的英特爾放棄大力發(fā)展存儲器業(yè)務之后,轉而進入了微處理器領域,并于1971年11月帶來了世界上第一個商用微處理器——4004。彼時其主頻僅有108KHz,最高時脈也僅有740KHz。此后,8008、8080、8086等相繼問世,直到大家耳熟能詳?shù)?0286、80386(即286、386),再到大獲成功的586,即第一代奔騰,以及后來一系列奔騰處理器,每一代新品的多核驅動力正是“頻率升級”。從最初的108KHz,到2004年6月,英特爾發(fā)布的采用3.4GHz頻率的奔騰4處理器,頻率驅動成為這一時代CPU發(fā)展的主旋律。
然而當CPU頻率達到3GHz以上之后,在當時的制程工藝下想要再往上拉升頻率換來性能提升,不能說完全沒有可能,只能說要付出的代價極大。
因此,當奔騰系列跨入3GHz主頻之后,英特爾在2002年發(fā)布的奔騰4 3.06GHz處理器上,第一次推出了超線程技術,這一技術可以同時快速運行多個計算應用,或為采用多線程的單獨軟件程序提供更高性能。而超線程技術的出現(xiàn),可以說是為多核驅動時代的到來埋下了伏筆。
·多核驅動時代
2005年4月,英特爾推出第一款雙核處理器——奔騰至尊版840,在主頻為3.2GHz基礎之上,提供了更多核心設計,高主頻+多核心的共振,讓奔騰至尊版840成為具有劃時代意義的新品,也宣告了以核心為驅動力的時代正式到來。
此后,奔騰D系列將高主頻與多核心逐漸完美融合,直到那個名為“酷睿”的家伙出現(xiàn),CPU多核時代正式拉開帷幕。
從2006年開始到2021年,無論是英特爾還是其競爭對手AMD,核心數(shù)量之爭始終主導著這15年來CPU發(fā)展的前行方向。甚至連制程工藝的每一次迭代,都可以被看作是為“堆疊核心數(shù)量”而服務。尤其是進入到2017年,AMD憑借Zen架構銳龍?zhí)幚砥鞑粩鄬τ⑻貭柊l(fā)動攻勢,在頻率始終不能占優(yōu)的情況下,生生靠著堆核心數(shù)量讓英特爾酷睿一次次陷入窘境。
近五年來,英特爾與AMD之間的競爭,可以說是多核驅動時代的高潮階段,其精彩程度,讓每一個身臨其境的人都能夠深刻感知。
·架構驅動時代
在被AMD銳龍緊緊追趕的這五年里,擺在英特爾面前最為棘手的問題就是兩個字——破局。
英特爾現(xiàn)有制程工藝下,堆疊更多核心不是辦不到,而是需要深入考量功耗、散熱等現(xiàn)實問題。尤其是對于移動端平臺來說更是如此,如果解決不好就會適得其反。因此,架構驅動時代伴隨著特殊的封裝工藝,以及英特爾12代酷睿的出現(xiàn),開始嶄露頭角。
正如前面所言,每一個時代之間是相互交錯與融合的,頻率驅動與多核驅動時代的集大成者可以說是奔騰D和酷睿2,而頻率、核心以及架構驅動時代集大成者現(xiàn)在來說還為時尚早,但12代酷睿完全可以被看做是這一時代開啟的先驅者。
以最為典型的12代酷睿i7-12700H處理器為例,它同時擁有三個時代的典型特征,包括:高達4.7GHz的睿頻加速能力,14核20線程的多核心設計,將高頻與多核完美融合的英特爾異構混合架構以及與之匹配的英特爾硬件線程調度器。
12代酷睿發(fā)布以來,強悍的高頻與多核性能一舉將以多核為核心的AMD銳龍?zhí)幚砥飨品诘?,重新形成碾壓之勢。不僅如此,異構混合架構除了彌補酷睿處理器核心數(shù)量不太夠的問題之外,還巧妙地解決了散熱問題。Intel 7(10nm)與TSMC 6nm工藝的比拼中,前者在散熱方面有著驚人表現(xiàn)。面對日常滿載96℃,甚至100℃的TSMC 6nm銳龍6000系列處理器,Intel 7的12代酷睿滿載平均溫度差一些的90℃,好一些的只有80多℃,架構設計的威力與妙處,從每一個細節(jié)都展現(xiàn)的淋漓盡致。
反觀AMD,雖然慢了一拍,但也有傳言稱AMD將在2024年通過Strix Point異構架構而邁入架構驅動時代。
·結語
回顧三個時代的變遷,有一個詞會不由自主的出現(xiàn)在筆者腦海中,那就是“極限”。
頻率的極限催生出了核心,核心的極限凸顯了架構,尤其是在制程工藝不斷向1nm邁進,物理極限的突破或許正需要彎道超車。
在架構驅動時代到來之前,英特爾率先意識到了這種“彎道超車”的必要性。還記得那個名為“Kaby Lake-G”的CPU嗎?它通過英特爾EMIB封裝技術以及異構架構,將英特爾CPU與AMD GPU結合在一起,打造出了一代經典的冥王峽谷NUC。
隨后(2019),英特爾展示了首款基于Foveros 3D封裝技術打造的LakeField主板芯片,它首次將英特爾10nm Ice Lake CPU與22nm小核心集成在一起,以極小的體積打造了一個完整功能的PC主板。而它,很顯然是英特爾12代酷睿異構架構的雛形和試水。
在半導體芯片領域披荊斬棘半個多世紀的英特爾無疑是敏銳的,異構混合架構適時出現(xiàn),正是英特爾“破局”的關鍵,是一次現(xiàn)在與未來的雙向奔赴,也是讓CPU發(fā)展歷程步入全新的架構驅動時代的導火線。當新老時代的交融再次共振,引線熄滅之后,新一輪的花火將在夜空綻放。
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