處理器史話 | 開(kāi)啟多核時(shí)代的Yonah：它是英特爾酷睿core的開(kāi)發(fā)代號(hào)

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你知道“酷?！被蛘摺癱ore”嗎？

估計(jì)大多數(shù)的地球人都知道。

你知道“Yonah”嗎？

估計(jì)有些人會(huì)疑惑：拼錯(cuò)了吧，是 Yahoo 吧？

Yonah 和 Yahoo，不但看起來(lái)很像，而且在各自的業(yè)內(nèi)都是“大神”級(jí)別，雖然內(nèi)在有些聯(lián)系，但絕對(duì)是兩個(gè)完全不同的概念。

Yahoo 是美國(guó)著名的互聯(lián)網(wǎng)門戶網(wǎng)站，20 世紀(jì)末互聯(lián)網(wǎng)奇跡的創(chuàng)造者之一。是全球第一門戶搜索網(wǎng)站，如果對(duì) Yahoo 感興趣，可以查閱相關(guān)的資料，這里不再贅述。

現(xiàn)在言歸正傳，聊一聊關(guān)于 Yonah 的話題。

Yonah 是 Intel 處理器酷睿 core 的開(kāi)發(fā)代號(hào)。2005 年至今，是酷睿（core）系列微處理器時(shí)代，通常稱為第 6 代處理器。

Yonah 是 Intel 于 2006 年初推出的。這是一種單 / 雙核心處理器的核心類型，其在應(yīng)用方面的特點(diǎn)是具有很大的靈活性，既可用于桌面平臺(tái)，也可用于移動(dòng)平臺(tái)；既可用于雙核心，也可用于單核心。

隨著酷睿的面世，“雙核”一詞，便鋪天蓋地，席卷而來(lái)。

什么“雙核”呢？
雙核處理器，就是基于單個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)處理器上擁有兩個(gè)一樣功能的處理器核心，就是將兩個(gè)物理處理器核心整合入一個(gè)內(nèi)核中，單核就是一個(gè)。簡(jiǎn)言之，雙核類似于生活中的“雙黃”雞蛋。

眾所周知，雞蛋的營(yíng)養(yǎng)集中在蛋黃里，雙黃蛋，雙倍營(yíng)養(yǎng)，雖然其價(jià)格也是接近普通蛋類的兩倍，但依然非常受歡迎。那么“雙黃”的 CPU 會(huì)帶來(lái)哪些好處呢？

請(qǐng)看下面的數(shù)據(jù)：
Yonah 雙核心擁有 1 億 5 千 1 百萬(wàn)晶體管，保持 Pentium M 較少的 14 級(jí)流水線架構(gòu)，因此頻率雖然只有 2.16GHz，但效能卻直追 3GHz 以上的 Pentium D 雙核心處理器。

核心內(nèi)部擁有 2MB L2 Cache，供兩顆核心同用，稱為 Intel Smart Cache 技術(shù)，有助減低 Intel 舊有雙核心架構(gòu)出現(xiàn)的 Cache 讀取的嚴(yán)重延遲，除此之外，核心特別加強(qiáng)了 SSE/SSE2 Micro Ops Fusion 運(yùn)理能力、而且首次在行動(dòng)處理器中加入 SSE3 指令集，主要針對(duì)多媒體的效能改善，另外 Floating Point 部份亦有一定程度的強(qiáng)化增強(qiáng) 3D 游戲的執(zhí)行效果。

看到這里，也許會(huì)有這樣的疑問(wèn)：采用了雙核的 CPU，體積是否變大了？

2005 秋季 IDF 上，Intel 向全世界展示了多款高“性能功耗比”的多核處理器，其中最值得期待的當(dāng)屬采用 65nm 制程的雙核 Pentium M――Yonah，并以實(shí)物回答了上面的問(wèn)題：

采用單 die 雙內(nèi)核的制作方法。65nm 制程的引入，使“雙核”的表面積并沒(méi)有增大。

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479 針的雙核 Pentium M――Yonah

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(1) Yonah 的技術(shù)參數(shù)
Yonah 核心來(lái)源于移動(dòng)平臺(tái)上大名鼎鼎的處理器 Pentium M 的優(yōu)秀架構(gòu)，具有流水線級(jí)數(shù)少、執(zhí)行效率高、性能強(qiáng)大以及功耗低等等優(yōu)點(diǎn)，具體參數(shù)如下：

1)Yonah 核心采用 65nm 制造工藝；
2)核心電壓依版本不同在 1.1V-1.3V 左右；
3)封裝方式采用 PPGA；
4)接口類型是改良了的新版 Socket 478 接口(與以前臺(tái)式機(jī)的 Socket 478 并不兼容)；
5)在前端總線頻率方面， Yonah 核心 Celeron M 是 533MHz；
6)在二級(jí)緩存方面， Yonah 核心 Celeron M 是 1MB。
7)Yonah 核心都支持硬件防病毒技術(shù) EDB 以及節(jié)能省電技術(shù) EIST，并且多數(shù)型號(hào)支持虛擬化技術(shù) Intel VT。但其最大的遺憾是不支持 64 位技術(shù)，僅僅只是 32 位的處理器。
8)Yonah 核心是共享緩存的緊密型耦合方案，其優(yōu)點(diǎn)是性能理想，缺點(diǎn)是技術(shù)比較復(fù)雜。

此外，在外頻方面，Yonah 將會(huì)由上代 Pentium M Dothan 核心 533MHz FSB 提升至 667MHzFSB，以更高的頻寬應(yīng)付雙核心帶來(lái)更大的數(shù)據(jù)傳送。

Yonah 亦是首顆支持 Intel Virtualization 功能的行動(dòng)處理器，它可以令系統(tǒng)能夠同時(shí)間支持多個(gè)操作系統(tǒng)，可惜的是它并不支持 EM64T 功能，算是唯一的美中不足。

雖然 65nm 擁有較低的功耗表現(xiàn)，但由于 Yonah 的雙核心始終因?yàn)榫w管數(shù)量上升而功耗亦較上代單核心的 Dothan 較高，為了提高電池的續(xù)航能力，Intel 亦加入了 Enhanced IntelDeeper Sleep 功能，以減低不必要的電源消耗，令 Yonah 雙核心的實(shí)際使用時(shí)間與上代 Dothan 大致相當(dāng)。

(2)接口設(shè)計(jì)
同為 479pin - Yonah 與上一代 Pentium M 對(duì)比， 很容易發(fā)現(xiàn)：二者表面積相同，但核心的大小形狀明顯不同了，PCB 的顏色也略有差異，見(jiàn)下圖，請(qǐng)仔細(xì)觀察正面和背面。

Yonah（左）和上一代 Pentium M（右）正面圖

479pin – Yonah（左）和上一代 Pentium M（右）

經(jīng)過(guò)觀察和對(duì)比，會(huì)得到下面的結(jié)論：
雖然同為 479 針，但 Yonah 的針腳是經(jīng)過(guò)重新排布和定義的，現(xiàn)在所有 479 主板均不能使用。也就是說(shuō)，兩者互不兼容。

(3)優(yōu)秀的 SmartCache 設(shè)計(jì)
此外，Pentium M Yonah 雙核心處理器，在內(nèi)部架構(gòu)上作出了大幅改良，例如：
1)全新的 Smart Cache 架構(gòu)，有效加強(qiáng)雙核心的效率。
傳統(tǒng)的雙核心設(shè)計(jì)每個(gè)獨(dú)立的核心都有自己的 L2 Cache，但 Yonah 雙核心的 Smart Cache 架構(gòu)則是透過(guò)核心內(nèi)部的 Shared Bus Router 共享相同的 L2 Cache，因此當(dāng) CPU 1 運(yùn)算完畢后把結(jié)果存在 L2 Cache 時(shí)，CPU 0 便可透過(guò) Shared Bus Router 讀取 CPU 1 放在共享 L2Cache 上數(shù)據(jù)，大幅減低讀取上的延遲并減少使用 FSB 頻寬，更加入 L2 & DCU Data Pre-fetchers 及 Deeper Write output 緩沖存儲(chǔ)器，增加了 Cache 的命中率。

換個(gè)說(shuō)法，解釋一下上面的過(guò)程：當(dāng)一個(gè)核心處理完數(shù)據(jù)并將其存放在二級(jí)緩存中時(shí)，另外一顆核心便可通過(guò)“Shared Bus Router”來(lái)讀取另一個(gè)核心存放在二級(jí)緩存中的數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)讀取和交換速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過(guò)前端總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

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2)Smart Cache 架構(gòu)還有很多不同的好處。
例如：當(dāng)兩顆核心工作量不平均時(shí)，如果獨(dú)立 L2 Cache 的雙核心架構(gòu)有機(jī)會(huì)出現(xiàn)其中一顆核心工作量過(guò)少，L2 Cache 沒(méi)有被有效地應(yīng)用，但另一顆核心的 L2 Cache 卻因工作量重，L2 Cache 容量沒(méi)法應(yīng)付而需要用上系統(tǒng)內(nèi)存，要注意的是它并無(wú)法借用另一顆核心的 L2 Cache 空間，但 SmartCache 卻沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)?L2 Cache 是共享的。

Shared Bus Router 除了更有效處理 L2 Cache 讀取外，還會(huì)為雙核心使用 FSB 傳輸時(shí)進(jìn)排程，新加入的 Bandwidth Adaptation 機(jī)制改善了雙核心共享 FSB 時(shí)的效率，減少不必要的延遲，其實(shí)這個(gè) Shared Bus Router 設(shè)計(jì)確實(shí)有點(diǎn)像 K8 的 System Request Interface 及 Crossbar Switch 的用途。

3) SmartCache 架構(gòu)用在行動(dòng)處理器亦有很大的優(yōu)勢(shì)。
例如：系統(tǒng)工作量不多或是處于閑置狀態(tài)，Yonah 處理器可以把其中一顆核心關(guān)掉，以減少處理器的功耗。不過(guò)卻可以保持 2MB L2 Cache 運(yùn)是保持工作，而且 Shared Bus Router 更可以因應(yīng) L2 Cache 的需求量改變 L2 Cache 的大小，在不必要時(shí)關(guān)掉部份 L2 Cache 以減低功耗，但在獨(dú)立 L2 Cache 的雙核心，如果要把其中一個(gè) Cache 關(guān)掉，則必需要把其中一顆核心的 L2 Cache 數(shù)據(jù)移交出來(lái)，而且 Cache 亦會(huì)和核心同時(shí)被關(guān)閉，而且更沒(méi)法因應(yīng)需求實(shí)時(shí)改變或關(guān)掉部份 L2 Cache 的容量以減低功耗。

(4)Enhanced Intel Deeper Sleep 技術(shù)
新一代 Pentium M Yonah 雙核心處理器，將會(huì)被加入強(qiáng)化的休眠模式稱為 Enhanced IntelDeeper Sleep，在 C-State 閑置狀態(tài)中新增加強(qiáng)版 C4 模式。

已往 Pentium M 處理器可以在處理器被閑至?xí)r，由 C0 的 Active 活躍狀態(tài)進(jìn)入 C1 的 HALT 暫止模式減慢處理器的頻率，再進(jìn)一步可由 C1 的 HALT 進(jìn)入 STOP CLOCK 令處理器完全停止工作，當(dāng)處理器在一段時(shí)間在 STOP CLOCK 狀態(tài)沒(méi)有被回復(fù)過(guò)來(lái)，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入 C3/C4 的 DeepSleep 及 Deeper Sleep 狀態(tài)。

Deep Sleep 及 Deeper Sleep 可把在停止工作的處理器電壓降低，進(jìn)一步減低電力消耗令電池更長(zhǎng)壽，但卻不能完全把處理器完全被停止，因?yàn)樘幚砥魍Ｖ构ぷ?，但其?shí)處理器內(nèi)的 L1 及 L2 還被儲(chǔ)存著數(shù)據(jù)，把整顆處理器停掉將令 L1 及 L2 數(shù)據(jù)流失，無(wú)法把系統(tǒng)由 Deep Sleep 狀態(tài)下回復(fù)至 Active。不過(guò)新一代 Pentium M 雙核心處理器 Yonah 的 EnhancedIntel Deeper Sleep 支持，把 L1 及 L2 的數(shù)據(jù)備份進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)存，因此處理器可以被完全停止，需要時(shí)只要把系統(tǒng)內(nèi)存的 L1 及 L2 數(shù)據(jù)，回復(fù)至處理器便可，Intel 透露 EnhancedIntel Deeper Sleep 將比 Deeper Sleep 省電 30%以上。

(5)無(wú)線網(wǎng)卡配置
在無(wú)線網(wǎng)卡上 Intel 將現(xiàn)有的 2915ABG 替換為新型的 3945ABG，后者體積更加小巧，只有原來(lái)的 2915ABG 的一半大小，這對(duì)于那些輕薄小巧的便攜型筆記本來(lái)說(shuō)確實(shí)是好消息，而對(duì)于普通的筆記本電腦意義不大，同時(shí)它的集成度更高，只需要 90 個(gè)元件就可以搞定了，而原來(lái)則需要將近 300 個(gè)元件。

改良版的無(wú)線網(wǎng)卡，在規(guī)格細(xì)節(jié)上差異不大，改良的重點(diǎn)集中在訊號(hào)處理及 WoWLAN(Wakeon WLAN)上，像很多媒體大驚小怪的 Cisco Compatible Extensions (Cisco 延伸的安全性規(guī)范)，其實(shí) Intel 現(xiàn)在的產(chǎn)品就已經(jīng)支持了。

此外，Intel 的 PROSet/Wireless Software v10.0，以及支持且采用 Cisco BusinessClass Wireless Suite(商用等級(jí)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)軟件套件)與 Avaya 的 SIP Softphone(SIP 協(xié)議的軟件網(wǎng)絡(luò)電話)，這些將改進(jìn)安全性、易用性與無(wú)線 VOIP 的可用性。

(6)優(yōu)化電源管理技術(shù)
Yonah 的產(chǎn)品線基本上包括三種不同功耗的版本，分別是：
SV：Standard Voltage，標(biāo)準(zhǔn)電壓版，31W(現(xiàn)時(shí)該版本的 Dothan 為 27W)；
LV ：Low Voltage，低電壓版，15W(現(xiàn)時(shí)該版本的 Dothan 為 12W)；
ULV：Ultra Low Voltage，超低電壓版。

這與 Dothan 的劃分相同。

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Yonah 的節(jié)電技術(shù)是經(jīng)過(guò)大幅改良的，引入了稱為 Intel Dynamic Power Coordination 的節(jié)電技術(shù)，通過(guò)這一技術(shù)，兩個(gè)核心切換到節(jié)電模式時(shí)既可同時(shí)控制也可分別進(jìn)行控制。CPU 根據(jù) OS 的狀態(tài)而提供了多個(gè)節(jié)電模式。如 Banias 代處理器分為 5 種狀態(tài)，分別是：

• C0：普通使用；
• C1：Halt 指令生效時(shí)的待機(jī)狀態(tài)；
• C2：頻率停止；
• C3：睡眠；
• C4：進(jìn)一步的睡眠。

Yonah 的兩顆核心可以根據(jù)各自核心的 CPU 負(fù)荷，獨(dú)自切換節(jié)電模式，而且還可以同時(shí)進(jìn)入到同一個(gè)模式。如：CPU 的處理量并非太大，而處于電池驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下時(shí)，其中一顆核心以 C0(普通使用)模式運(yùn)行而另一顆核心則可以以 C2(頻率停止)運(yùn)行。

但是 Yonah 并未為兩個(gè)核心分別配置提供頻率的 PLL 以及電壓轉(zhuǎn)換器(VoltageRegulator)，因此單個(gè)核心無(wú)法單獨(dú)進(jìn)入需要降低 CPU 電壓的 C3 或 C4 模式，也無(wú)法使用 CPU 電壓 / 頻率需要變化的 SpeedStep 技術(shù)，總的來(lái)說(shuō)就是無(wú)法使用兩個(gè)核心的電壓 / 頻率需要分別控制的方式進(jìn)行節(jié)電，因?yàn)樾枰?2 個(gè)電壓變換器和 PLL。

(7)不支持 64bit 指令集以及 HyperThreading 技術(shù)
Yonah 支持開(kāi)發(fā)代號(hào)為 Vanderpool 技術(shù)的 Intel Virtualization Technology，但并不支持總稱為 X64 的 64bit 指令集 EM64T 以及 Hyper Threading 技術(shù)(HT)。

關(guān)于這方面 Intel 移動(dòng)業(yè)務(wù)部移動(dòng)平臺(tái)組的拉馬解釋：
“不支持 EM64T 和 HT 技術(shù)并非技術(shù)層面上的問(wèn)題，純粹是市場(chǎng)上的原因”。
由于現(xiàn)時(shí)支持 X64 的軟件仍相當(dāng)欠缺，因此 Yonah 不支持 X64 也是理所當(dāng)然的事，同時(shí)當(dāng)初支持 X64 的 64bit 軟件也只是以工作站等高端領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)。而對(duì)于內(nèi)存插槽只有 2 條的筆記本電腦來(lái)說(shuō)，內(nèi)存容量需要增加到 4GB 所需過(guò)程要比臺(tái)式機(jī)要長(zhǎng)的多，因此這樣的選擇是相當(dāng)合理的。

實(shí)際上，在后一代移動(dòng)處理器 Merom 上，已經(jīng)開(kāi)始支持這兩項(xiàng)技術(shù)。

(8)技術(shù)比較
目前，市場(chǎng)銷售的 Intel 處理器的筆記本大部分分為一下三種核心 Dothon，Yonah 和 Merom，下表分別為三者的部分參數(shù)的比較。

Dothon，Yonah、Merom 的參數(shù)比較

Yonah、Merom 的參數(shù)比較

總之，多核處理器在處理多任務(wù)下優(yōu)勢(shì)非常明顯，而又由于現(xiàn)在很多軟件開(kāi)發(fā)者都對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，更利于多核并行處理。

與非網(wǎng)原創(chuàng)，謝絕轉(zhuǎn)載！

系列匯總：

之一：第一款處理器之謎

之二：處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)（上）

之三：處理器的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代：8 位處理器的恩怨與紛爭(zhēng)（下）

之四：處理器的三國(guó)時(shí)代：蘋果攪動(dòng) MCU 江湖

之五：處理器的三國(guó)時(shí)代：DR 公司盛氣凌人，IBM 轉(zhuǎn)身成就微軟

之六：32 位處理器的攻“芯”計(jì)：英特爾如何稱霸 PC 江湖？

之七：AMD 稱霸 PC 處理器市場(chǎng)的“曇花一現(xiàn)”

之八：CPU 兩大陣營(yíng)對(duì)擂，X86 構(gòu)架讓英特爾如日中天

之九：你知道 X86 構(gòu)架，你知道 SH 構(gòu)架嗎？

之十：SuperH 系列處理器：昔日惠普 Jornada PDA 的“核芯”

之十一：MIPS 構(gòu)架：曾經(jīng)是英特爾的“眼中釘”

之十二：MIPS 構(gòu)架之：我和龍芯有個(gè)約會(huì)

之十三：ARM 架構(gòu)：有處理器之處，皆有 ARM

之十四：ARM 和英特爾還有一場(chǎng)“硬仗”要打！

之十五：PowerPC 架構(gòu)：IBM 的一座金礦

之十六：PowerPC 和它的“前輩們”：曾經(jīng)那么風(fēng)華絕代

之十七：PowerPC 和它的“前輩們”：一代更比一代強(qiáng)

之十八：當(dāng) Power 架構(gòu)的發(fā)展之路遭遇“滑鐵盧”