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AMD的希望之星--Barcelona深度剖析前言
在过去的几年中，Intel在微处理器的设计上采取了多路径策略。在P6架构上取得成功后，Intel成立了两个研发小组：一组致力于研发NetBurst架构，即Pentium 4的基础；另一小组则开发低成本、低能耗、高集成度的核心，最终造就了Pentium M。（不要将鸡蛋放在同一个篮子里）
我们都知道故事发展的结果，随着NetBurst的不断改进，Pentium M架构的潜力也在被发掘。“Dothan”则是最早的一次Pentium M架构改进，它对老核心Banias的一些性能缺陷进行了修正。它拥有更高的时钟频率，更大的缓存，并在IPC（每时钟周期实际执行指令数）上也有一定改善。
Intel的以色列研发中心（IDC）将Dothan架构重组，通过共享同一个二级缓存，而作为原生双核解决方案。从Dothan到Yonah核心的进步比从Banias到Dothan要显著的多，这不仅仅因为Yonah是双核心，还由于在Yonah中有着许多的架构改进。
Intel采取的下一步举措是我们所熟知的，一次彻底的革命发生在发展历史短暂的Pentium M上。Intel采用了Yonah，并令其更广、更深、拥有更高的效率。在此基础上，随着Core 2处理器破茧而出，Intel从AMD的Athlon 64手中重新夺回了名誉，在众望所归下，再次登上了性能之王的宝座。
尽管许多人对初代Pentium M核心Banias存在争议，认为其仅仅是P6架构的一个现代化版本。事实上，如今的Core 2和11年前的Pentium Pro完全没有可比性，今天的P6核心是Intel经过漫长的努力及改进而诞生的。
AMD在过去的几年中显得相当保守，这一切都要从优秀的K7核心取得了成功，成为Intel P6架构的强有力竞争者开始。当Intel的研发小组在忙于研发一个AMD与Intel以往都没有尝试过的新产品时，AMD无力同时进行两个强大的处理器项目。最终方案是改进K7核心，并没有采取冒险的方法去研发一个全新的核心架构。K8核心就是从K7演变而来，其在流水线上有所加深，结构上有所改进，北桥更为完善。K8是AMD在K7之后的一次出色进步。尽管Dothan和Yonah在某些性能是非常相似的，但Core 2 Duo事实上要优于K8。在此不得不承认，AMD最终败在Core 2上的原因之一，在于资本的不足。
AMD在K8上取得了戏剧化的成功.时至今日,K8架构仍然是吸引大家目光的焦点，有传闻说K9和K10也会取得相同的成绩。而Intel能够赶超AMD的重要一点是，当Intel的Pentium 4小组在遵循着每5年一个微结构变化的周期，为Pentium M小组稳妥地作后盾时，IDC的Pentium M小组每年都在更新架构。在四年的时间里Pentium M架构出现了Banias，Dothan，Yonah和Merom/Conroe，而在同样的时间里，AMD的K8架构一直没有改变。
如果Pentium M架构像Pentium 4/NetBurst一样继续遵循着5年设计周期的话，那他们将和AMD一样结果。但是Intel有着极其雄厚的实力，足以应付两个小组同时研发微处理器，而其中一个取得了非常好的成绩。AMD也意识到了每几年应该在性能上有一些小的改进，这要比在4-5年间都驻足不前要好。因此Barcelona项目应运而生，尽管在它Intel Core 2 Duo夺得桂冠一年之后才成立，但Barcelona仍将成为AMD的强力反击武器。
Barcelona其实机会渺茫，它能否成功要看Intel过渡到45nm技术的情况。Intel已公开声明，将对Core 2架构进行升级，核心命名为Penryn，该处理器将在2007年底上市。然而现在看来，要想量产还得等到2008年。如果Intel的45nm Penryn处理器能比预期要晚面市，那么Barcelona若在2007年第三季度成功面世，还是比较适时的。
虚拟化技术的改进
Barcelona性能上的提升，还表现在更快的虚拟地址转换。在虚拟软件堆栈中，当有多客户操作系统在主机系统管理程序上运行时，就需要新形式的内存地址转换：客户操作系统到主机系统管理程序地址的转换，而每个客户操作系统都有自己独立的内存管理。当前，AMD用软件来控制这个新的地址转换层，这一技术叫做shadow paging。Barcelona提供了一个与shadow paging不同的硬件加速，AMD将其称作Nested Paging。
想象一下，AMD从客户机和主机的硬件页表中将能够占用75%管理程序时间的shadow pages去除了。转换过的地址被缓存在Barcelona的大容量TLB里以进一步提升性能。AMD指出Barcelona所支持的Nested Paging实现起来非常简单，只要设置一个模式就可以了，对软件商来说非常容易达成。
电源管理
AMD透露，Barcelona中考虑最多的设计内容就是电源管理。尽管Barcelona四个核心都在同样的电压下工作，但北桥是在一个独立的电压下工作。Barcelona的核心和北桥的电压可以在0.8V-1.4V间单独变化。
在常规的平台结构上，北桥和处理器工作在各自独立的电压下。这种架构优点在于，两个芯片的电压可以各自独立调整。因此当内存控制器空闲时候，可以降低电压到所需要的水平。在AMD K8中，北桥和CPU核心并不在同一个电压下工作，在Barcelona他们也是独立工作的，这样可以提高电源能效。
每个独立的处理器核心仍然使用相同的参考电压，但每个核心都有自己的PLL，这样他们可以根据各自的负载状况在不同的时钟频率下工作。而四个核心的电压必须相同，时钟频率可以根据负载相应减少，以在低使用率的情况下减少耗电。这在桌面电脑系统上很有用处，因为大多数桌面系统很少能够让所有的核心工作在100%的负荷下。
Barcelona每个核心都拥有5个独立的p-states，它们只在时钟速率上有差别。p-states是完全由硬件控制的，不再像K8那样需要一个驱动程序来为其提供支持。AMD也将Barcelona的时钟控制阀门增加，无论是block level还是logic level都要比K8更多，AMD没有就此给出更细节的说明。
Barcelona的效率提高，加上电源管理的升级，更有时钟控制和65nm制造工艺，这让AMD第一个四核心处理器拥有和目前Opteron处理器相当的发热量。
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总结
Intel的Core 2处理器，性能有着革命性的提升，这是近年来性能提升幅度最大的处理器。Core 2的成功很大程度上是由于它合理的架构，但也不能否认Intel得到了一个合适的时机。
所有的Conroe，Merom和Woodcrest都必须胜过Intel基于Pentium 4处理器的NetBurst架构。而做到这点对AMD来说很容易，早在2000年发布的处理器就已经占有很大的优势了。没有了来自Intel的竞争，AMD懈怠了许多。尽管K8有着优秀的架构，但也逐渐老化了。K8自从2003年面市以来，在架构上没有根本的变化。结果，AMD给Intel树立了一个较固定目标。在对Pentium M架构的不断改进中，Intel距离自己的Athlon 64杀手越来越近，并最终发布了这样产品--Core 2 Duo。
去年，并没有神秘的力量使Intel在微处理器设计上领先，Core 2有着合理的架构和非常出色的时序。极其讽刺的是，和当初K7、K8架构的成功一样，同样拥有优秀架构的Core 2也是在其对手得意自满时横空出世的。
至于现实产品的发布，基于AMD最新架构的第一批产品，将是今年年中上市的新一代Opteron处理器。AMD开始会定位在2.1GHz到2.3GHz，但年底就将有更高的时钟速率产品出现。在桌面处理器上，会有与Barcelona相对应的Agena核心，主频定在2.7-2.9 GHz。而Kuma作为Agena的双核心版本，将在2.0-2.9 GHz。
Barcelona将会是AMD的一个成功产品，是经历了漫长等待之后的一次架构升级，在性能上将会有很大的改善和提升，特别是在现在K8的不足之处（例如视频编码）。对于Athlon 64 X2 6000+的分析中可以看出，具有着竞争性的价格优势将使AMD逐渐发展到可以与Intel抗衡的状态。在现有的价格上，我们期待Barcelona可以缩小现在AMD和Intel之间的差距。我们可能看不到AMD通过价格战来推动新的核心，但希望AMD可以维护一个有序的竞争市场。
这里真正要关注的是，Barcelona之后会是什么？我们前面提到，Intel现在的成功是在一个稳定的架构上发展演变而来的。随着多年Pentium M的升级，Intel像滚雪球一样发展壮大，很难停止下来。对于AMD来说，为避免再出现如今的劣势局面，也应该作出相似的努力，这一点是非常必须的。
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发表于 2007-6-17 18:59
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