CPU发展史 中古时代后期-个人电脑开始普及的时代 (中)

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绝地反攻:AMD K6

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AMD 在经过 K5 的出师不利之後,学到了一些教训,那就是作为较弱势的厂商,产品太晚出气势就输人了,而且若晚出又比不上别人已经有的产品,那就只有惨败或廉售的可能,於是 AMD K6 最後赶在 Pentium II 之前,於 1997 年 04 月上市。


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↑ 比起 K5,K6 可能还比较接近这颗 Nx586 一点。

AMD K6 的设计是来自於一家叫做 NexGen 的公司,当时正在设计一款名为 Nx686 的处理器,而後来 AMD 将这间公司收购之後就发展成为後来的 K6,因此 K6 与 K5 之间的亲缘关系其实很薄弱。

急起直追 Intel

AMD K6 加入了 MMX 指令集,在性能方面基本上是足以接近 Pentium MMX 的,甚至在某些情况下可以追上同频的 Pentium II,虽然性能仍然不及 Intel (浮点运算性能大概只有同频 Pentium 的一半,不过我们的日常用途主要以整数运算为主,这方面 K6 就没有输了),但相对而言低廉许多的售价,加上与 Pentium 完全相容的脚位 (同属 Socket 7) 让 AMD 成功开始在市场上攻城掠地 (虽然离要追上 Intel 还早得很,但至少已经开始追了),同时也加速个人电脑售价的下跌与普及。


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↑ AMD K6 Die shot

不过 AMD K6 本身并没有整合 L2 Cache,而是使用 Pentium 时代的老方法,将 L2 Cache 放在主机板上。

前期产品:K6 (Model 6)

· 发布时间:1997 年 04 月 02 日

· 运作时脉:166 MHz ~ 233 MHz

· FSB 时脉:66 MHz

· L1 快取大小:64 KB (资料与指令快取各 32 KB)

· 支援插槽:Socket 7

· 电压需求:2.9 V ~ 3.3 V

· 电晶体数:880 万枚

· 制造工艺:0.35 微米 (μm)

· 指令集:x86-32 + MMX


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↑ AMD K6 (Model 6)

後期产品:K6 “Little Foot” (Model 7)

· 发布时间:1998 年 01 月 06 日

· 运作时脉:200 MHz ~ 300 MHz

· FSB 时脉:66 MHz

· L1 快取大小:64 KB (资料与指令快取各 32 KB)

· 支援插槽:Socket 7

· 电压需求:2.2 V

· 电晶体数:880 万枚

· 制造工艺:0.25 微米 (μm)

· 指令集:x86-32 + MMX


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↑ AMD K6 (Model 7)

Little Foot 基本上就是第一代 K6 (Model 6) 的制程改进版,受益於制程改进所以可以有更高的时脉,只需要更低的电压,或许是出於防伪的目的?Model 7 的 K6 除了使用印刷方式打上时脉之外,正面的铁壳左下角也会蚀刻出时脉与序号的二维条码。

不过由於电压下降与倍频的增加,部分的 Socket 7 主机板上没办法使用 Model 7 版本之 K6 的。

P6 架构大放异彩:Intel Pentium II


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Pentium II 在 1997 年 05 月 07 日推出,与 Pentium Pro 一样是基於 P6 微架构的产物,因此其实它是 Pentium Pro 的改良版,与初代 Pentium 之间的亲缘关系反而不大 (从内部型号中 Pentium II 与 Pentium Pro 同属 Family 6 就可以印证这点),同时也是从 Pentium II 开始,由於核心架构不常改变,因此我们改为使用核心的开发代号来区分不同时期。

Pentium II 基本上就是针对当年 Pentium Pro 的弱点进行补强,例如强化了在处理 16-bit 程式时的性能、纳入 MMX 指令集等,由於 16-bit 处理能力有了长足的改善,因此 Pentium II 在 Windows 9x 上的表现明显比 Pentium Pro 要好得多,又比 Pentium Pro 便宜,因此在市场获得了巨大的成功。

特殊的卡匣外型

Pentium II 长得与以往的处理器相差非常远,是做成有点像游戏卡匣的外型,单面包覆塑胶卡匣外壳 (不过有部分型号是没有外壳的) 中包裹著一块电路板,L2 快取与处理核心就放置在这张电路板上,另一面则以散热片或风扇接触核心本身以进行散热,主机板上的插槽也因此由 Socket 转型为长条状的 Slot。


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↑ 以现在来说长这样的 CPU 或许很奇怪,但它确实是

采用这种封装的目的是为了将 L2 快取从 CPU 本体抽出来 (成本与技术能力上的考量,这跟追求良率提升也有关系),但又能维持与 CPU 够近的距离以维持一定的速度,这点与减半速度的 L2 快取是 Pentium II 能比 Pentium Pro 便宜的主因,同时也让 Intel 可以很容易的透过抽换电路板上的快取晶片来生产不同等级的 CPU。

还有最後一个理由:Slot 1 是有专利的,所以任何厂商都不能生产支援 Slot 1 的处理器,本来是 Intel 想甩掉竞争对手的策略,不过没想到最後反而让其他厂商在 Socket 7 的世界苟延残喘活了下来 (当时电脑很贵,一般人可禁不起主机板跟处理器都要换的支出)。

Xeon 与 Celeron 的初登板

当年 Pentium Pro 由於价格过高加上 16 位元处理能力不佳,因此最後被 Intel 用於针对高价市场、伺服器专业市场发售,而中阶与消费性市场则由 Pentium MMX 担纲,後来 Intel 发布 Pentium II 时,便决定用 Pentium II 统一这两条产品线,并打算往下扎根,生产更便宜的处理器以扩大市场。

如同前面说过的,改成卡匣设计之後 Intel 可以很容易的透过抽换快取来生产不同等级的 CPU,实际上这就是後来 Celeron、Pentium II、Pentium II Xeon 的由来与差别。

· Celeron

最便宜,可能没有 L2 快取 (前期),或是快取大小比 Pentium II 小 (通常是减半),使用 Slot 1 插槽。

· Pentium II

主流市场战线的武器,具有 L2 快取,但 L2 快取的速度只有 CPU 核心的一半,使用 Slot 1 插槽。

· Pentium II Xeon

面对伺服器市场与旗舰市场的产品,具有全速的 L2 快取,使用较长的 Slot 2 插槽。

这个时期里 Xeon 还不是独立的系列,只是 Pentium 品牌下的一种型号识别罢了。

第一代:Klamath (80522)

· 发布时间:1997 年 05 月 07 日

· 运作时脉:233 MHz ~ 300 MHz

· FSB 时脉:66 MHz

· TDP:34.8 W ~ 43 W

· L1 快取大小:32 KB (资料与指令快取各 16 KB)

· L2 快取大小:512 KB

· 支援插槽:Slot 1 (卡匣外型)

· 电压需求:2.8 V

· 电晶体数:750 万枚

· 制造工艺:0.35 微米 (μm)

· 指令集:x86-32 + MMX

Klamath 是第一代的 Pentium II,全系列的 FSB 都是 66 MHz,当时推出了 233、266 与 300 三个型号,如同前面说过的,Klamath 的 L2 快取是与 CPU 在同一块电路板上,但并未封装在一起也没有整合入核心,设计上是以处理器主频的一半运作。


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↑ Intel Pentium II (Klamath) 正面

当年 Klamath 的起跳售价为 636 美金,最高级的 Pentium II 300 甚至要价惊人的 1,981 美金,虽然比起 Pentium Pro 曾经出现的 2,675 美金来说便宜不少,但其实对一般人来说,仍旧是很难接近的东西。


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↑ Intel Pentium II (Klamath) 背面

後来在 1997 年 07 月 14 日 Intel 对 OEM 厂商推出了将 L2 快取升级为具备 ECC 能力的对应 Klamath 型号,Klamath 具有支援多处理器的能力,至多可以同时安装 2 个 Pentium II。

第二代:Deschutes (80523)

· 发布时间:1998 年 01 月 26 日

· 运作时脉:266 MHz ~ 450 MHz

· FSB 时脉:66 MHz ~ 100 MHz

· TDP:16.8 W ~ 27.1 W

· L1 快取大小:32 KB (资料与指令快取各 16 KB)

· L2 快取大小:512 KB

· 支援插槽:Slot 1 (卡匣外型)

· 电压需求:2.0 V

· 电晶体数:750 万枚

· 制造工艺:0.25 微米 (μm)

· 指令集:x86-32 + MMX


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↑ Intel Pentium II (Deschutes) 正面 (右边两块就是快取晶片)

1998 年推出的 Deschutes 是 Pentium II 的第二代产品,相较於 Klamath 来说,Deschutes 在各方面都显得更加成熟,受益於制程进入 0.25 微米,Deschutes 的 TDP 与使用的电压都明显较 Klamath 下降很多,同时时脉的成长也大有斩获,来到了 450 MHz。


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↑ Intel Pentium II (Deschutes) 背面

其中除了运作时脉为 333 MHz 以下的 Deschutes 使用的 FSB 为 66 MHz 外,其余都已提升至 100 MHz,然而 Deschutes 最特别的地方其实不在其本身的特性有多少改变,而是 Intel 就是在这个时候开始创建 Xeon 与 Celeron 这两条产品线的,而且当时的产品都是直接衍伸自 Deschutes。

Intel Celeron (based on Deschutes)

当时的 Celeron 就已经是独立的一条产品线,目的是要抢攻较低价的市场 (以当时来说其实这样的作法对於让个人电脑普及化也有相当的帮助)。

第一款 Celeron 的开发代号为 Covington,发布於 1998 年 04 月,只有 266 MHz 与 300 MHz 两个型号,最明显的特性是没有 L2 快取 (其实就是直接拿掉 L2 快取的 Deschutes),因此性能上相当让人失望,价格又不是真的低廉很多,所以在市场上造成的回响有限 (国外评论认为初期的好销量都来自於 Intel 的名声,之後马上就消失了),引起了不小的抱怨声浪,但值得注意的是,少了 L2 快取的 Covington 反而具有良好的超频能力。


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↑ 少了快取的 Celeron (Covington),两侧显得相当空旷

由於缺乏 L2 快取的 Covington 性能真的太差,连带反而救了 AMD 与 Cyrix 等厂商 (AMD 的 K6-2 从价格与性能上都可以把 Covington 压著打),Intel 在 1998 年 08 月推出了改版的 Celeron,代号为 Mendocino,运作时脉从 300 MHz 起跳 (300 MHz 型号为了与 Covington 作出区分所以称为 Celeron 300-A),最高到 533 MHz,不过这次 Intel 似乎又「矫枉过正」了,Mendocino 内建了 128 KB「全速」的快取,而且 Mendocino 还是第一款将 L2 快取整合到核心中 (on-die) 的零售处理器,这让 Mendocino 的性能大为增强,而且超频潜力依旧庞大。


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↑ 看似空旷依旧,不过其实 L2 快取已经塞进中间变大的晶片里了。

尽管 Mendocino 的 FSB 只有 66 MHz,但对性能的影响并不大,因此基於 Mendocino 的 Celeron 在市场上获得了巨大的成功,除了把 Cyrix 弄倒以外,还压制了 AMD 的 K6-2,甚至是影响到了自家中高阶产品线 Pentium II 的销售。


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↑ Socket 370 版本的 Intel Celeron (Mendocino)

後来由於 Mendocino 没有外置的 L2 快取晶片,因此後来 Intel 又发展了 Socket 370 规格的版本,取代为了外置 L2 晶片而设计的 Slot 1,至於笔记型电脑的部分,则是在 1999 年推出了称为 Tocino 的核心,与 Mendocino 相当接近,值得注意的是有一款低电压版本出现,电压为 1.5 V,TDP 仅 7.9 W (时脉为 267 MHz)。

Intel Pentium II Xeon


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↑ 巨无霸级别的 Pentium II Xeon

相对於 Celeron 而言,Xeon 版本的 Pentium II 就没那么特别了,当时 Xeon 也还不是一个独立的系列,而是附属於 Pentium 品牌之下。发布於 1998 年 06 月的 Pentium II Xeon (代号为 Drake) 同样是基於 Deschutes 的设计,只是将外置的 L2 快取晶片由降半速改为全速的晶片,容量则有所增加,有 512 KB、1 MB、2 MB 三种大小,至於运作时脉则从 400 MHz 起跳,最高同样是到 450 MHz。


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值得注意的是 Pentium II Xeon 使用的插槽与其他 Pentium II 不同,是使用较长的 Slot 2 (具有 330 触点),高度也比 Slot 1 处理器来得高许多,且 Pentium II Xeon 具有多处理器 (SMP) 的能力,至多可以同时安装四颗 Pentium II Xeon。

Intel Pentium II OverDrive


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Pentium II OverDrive 推出於 1998 年,同样基於 Deschutes 核心的 Pentium II,使用与 Pentium Pro 相同的脚位 (Socket 8),是提供给原 Pentium Pro 用户升级使用的 Pentium II OverDrive,至多可以支援双处理器,因此原本使用 4 处理器 Pentium Pro 的用户在升级之後只能舍弃掉两个 Socket。


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↑ 把散热模组拿掉之後的样子,左边是 CPU 核心,右边是 L2 快取。

Pentium II OverDrive 具有 512 KB 「全速」的 L2 快取记忆体 (但仍然为外置),FSB 则为 60 至 66 MHz,不过 Pentium II OverDrive 的 CPUID 是与 Klamath 相同,但 Intel 有在官方文件中特别提及,Pentium II OverDrive 使用的核心是 Deschutes 级别的。


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↑ Intel Pentium II OverDrive (背面)

Mobile Intel Pentium II

Pentium II 同样有推出行动版本,主要分为 Tonga 与 Dixon 两代,其中 Tonga 基本上也是 Deschutes 的衍伸型 (编号仍然是 80523),发布於 1998 年 04 月 02 日。


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↑ Mobile Intel Pentium II (Tonga) 长得真的很特别

Tonga 的 L2 快取仍然是放置於处理器核心外,以处理器主频的一半速度运作,大小则为 512 KB,时脉从 233 MHz 起跳至 300 MHz,FSB 则是 66 MHz,当时使用的电压略低於 Deschutes,是较为接近现今处理器使用的 1.6 V ~ 1.7 V。

之後在 1999 年 01 月 25 日,Intel 推出了最後一款 Pentium II 核心,也就是行动版本的 Dixon 核心,基於 0.25 微米或 0.18 微米制造工艺,运作电压最低可以来到 1.55 V,时脉则介於 266 MHz 至 400 MHz。


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↑ Mobile Intel Pentium II (Dixon) 可以发现快取晶片不见了

Dixon 核心当时为了与 Tonga 作出区隔,因此型号命名上都加上了「PE」的字尾,意思是 Performance Enhanced,主要与 Tonga 的差异在於快取的部分,Dixon 的快取与 Mendocino 一样改采整合到核心中的作法 (因此电晶体多达 2740 万个),但大小则减为 256 KB。

AMD K6-2 (又名 K6 3D MMX)


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在 K6 Model 7 推出之後不久,1998 年 05 月 28 日,AMD 就推出了基於第二世代 K6 架构的 K6-2 系列处理器以迎战始终相当昂贵的 Intel Pentium II。

K6-2 最大的特点是新增了 3D Now! 指令集,是全世界第一款引入单指令多资料式的浮点运算 (SIMD) 功能的处理器,大幅提升了 K6-2 的 3D 处理能力,而 Intel 则是要等到 Pentium III 上提供的 SSE 指令集才具有这个特性,不过 K6-2 仍然没有与处理器本体整合的 L2 快取,同时透过 Super Socket 7 对现有 Socket 7 平台的强化,让 K6-2 的 FSB 得以提升到 100 MHz,却又不至於影响主机板生产成本太多。


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↑ AMD K6-2 die shot

低廉的价格加上与 Pentium II 相当接近的性能,让 K6-2 与 Celeron 两款入门市场处理器大为流行,整体而言,K6-2 获得了巨大的成功 (相对於过去的产品而言),K6-2 为 AMD 累积了一定的资本,让 AMD 得以继续存活并发展下一代的 K7 架构,不过 K6-2 的荣光并没有持续太久,超频潜力优异的 Celeron 始终居於不败,再加上 K6-2 缺乏整合的 L2 快取,导致市占率提升终於还是面临了瓶颈。

前期产品:Chomper (26050)

· 发布时间:1998 年 05 月 28 日

· 运作时脉:233 MHz ~ 350 MHz

· FSB 时脉:66 MHz ~ 100 MHz

· L1 快取大小:64 KB (资料与指令快取各 32 KB)

· 支援插槽:Super Socket 7

· 电压需求:2.2 V

· 电晶体数:930 万枚

· 制造工艺:0.25 微米 (μm)

· 指令集:x86-32 + MMX, 3D Now!


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↑ AMD K6-2 (Chomper)

後期产品:Chomper Extended (CXT, 26351)

· 发布时间:1998 年 12 月 16 日

· 运作时脉:266 MHz ~ 550 MHz

· FSB 时脉:66 MHz ~ 100 MHz

· L1 快取大小:64 KB (资料与指令快取各 32 KB)

· 支援插槽:Super Socket 7

· 电压需求:2.0 V ~ 2.2 V

· 电晶体数:930 万枚

· 制造工艺:0.25 微米 (μm)

· 指令集:x86-32 + MMX, 3D Now!


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↑ AMD K6-2 (Chomper Extended)

Chomper Extended 核心与 Chomper 之间差距并不明显,主要是时脉的拉高与部分线路的优化,让记忆体与 CPU 之间的沟通速度有所提升而已,其余不论是制程或是指令集与设计几乎都没有差异。

本节将继续延续上一节的内容,预计要介绍的有 Intel 的 Pentium III 家族、AMD 的 K6-III 与 Athlon 家族三大系列 (嗯,我自己也知道,如果要把 Pentium 4 放在这篇字数绝对会破万 XD)。

由於篇幅有限,从本篇开始站长基本上不会提行动版的部分,除非是非常具有代表性或自成一线的产品 (例如 Pentium M)。


CPU发展史 中古时代後期-个人电脑开始普及的时代 (中) 讲完了,下次是中古时代后期-个人电脑即将进入成熟时代(下)


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