强“芯”之路—英特尔至强发展历程(一）

Pentium Pro处理器

    服务器处理器的发展比普通PC处理器要晚一些，服务器CPU和普通CPU有很多的不同，比如早期的服务器CPU为了能够减少发热量，能够长时间的稳定工作，在主频和总线上要比普通CPU低很多。除了在稳定性上的区别，服务器CPU在二级缓存上要大于普通CPU，部分服务器CPU很早就开始应用了三级缓存。此外在内部指令集、接口以及支持多路级联方面，服务器CPU和普通CPU也存在着比较大的差异。

    早期的服务器处理器基本采用RISC构架，如IBM的Power和PowerPC处理器、Sun公司的SPARC和UltraSparc处理器、HP的PA-RISC以及收购康柏后的Alpha处理器等。这些RISC处理器被应用高端Unix服务器，虽然性能高、稳定而安全，但是由于高成本和技术的封闭性，在近年来辉煌的Unix服务器有了下滑的趋势。

    自2000年开始，基于IA构架的Intel和基于x86指令架构的AMD服务器处理器进入了市场，凭借低廉的价格和应用的广泛性逐步站稳了脚跟，随着近年来处理器技术和性能的提高，x86架构处理器在一步步蚕食着RISC处理器的市场，RISC虽然仍旧是高端市场的霸主，但也掩饰不掉下滑的趋势。

    英特尔服务器处理器在x86服务器处理器市场占据着重要的地位，近年来随着多核技术的迅速发展，英特尔确立了在x86服务器处理器市场的霸主地位，除了在双路、四路服务器市场的优秀表现外，在高端市场也表现出强大的表现力。在08年最新全球TOP500超级计算机榜单中，有75%的超级计算机采用了英特尔处理器。

    自涉足服务器处理器领域以来，在取得佳绩的背后，英特尔服务器CPU都有哪些功臣呢，下面，我们可以来回顾一下英特尔服务器处理器的“芯”路历程。

Pentium Pro处理器

    Intel Pentium Pro处理器在1995年11月正式推出，这款采用32位数据结构设计的处理器在当时令人吃惊的性能，因而Pentium Pro一度成为高端处理器的代名词。Pentium Pro开发代号为P6，内部含有550万个晶体管，二级缓存有256KB、512KB和1MB三种，频率从133MHz开始，因为采用的0.35微米制程发热量较大，主频不高于233MHz。

Intel Pentium Pro

    Pentium PRO是PC服务器用处理器的开端，是英特尔首个专门为32位服务器、工作站设计的处理器，虽然Pentium Pro不支持当时很流行的MMX指令集，但仍然是32位处理器的赢家。 可以应用在高速辅助设计、机械引擎、科学计算等领域。

Pentium Ⅱ Xeon处理器

Pentium Ⅱ Xeon处理器

    处理器进入奔腾2时代后，1998年，英特尔推出了全新命名的服务器处理器。从这个时候起英特尔启用了“Xeon”这个新品牌，取代了Pentium Pro，目标是挑战高端的RISC处理器。Pentium II Xeon还是基于P6架构，与Pentium II不同，它有一个全速，不在芯片上的L2内存。它使用一个比Slot 1更长的插槽Slot 2，分别有512KB、1MB、2MB L2，及使用100MHz前端总线。

Intel Pentium II Xeon

    Intel Pentium II Xeon面向中高端企业级服务器、工作站市场；是英特尔公司进一步区格市场的重要步骤。Xeon主要设计来运行商业软件、因特网服务、公司数据储存、数据归类、数据库、电子，机械的自动化设计等。Pentium II Xeon处理器不但有更快的速度，更大的缓存，更重要的是可以支持多达4路或者8路的SMP对称多CPU处理功能。

Pentium III Xeon   

     为提升在工作站和服务器领域的竞争力，英特尔在1999年又推出了Pentium III Xeon处理器，Pentium III Xeon处理器作为Pentium II Xeon的后继者，除了在内核架构上采纳全新设计以外，也继承了Pentium III处理器新增的70条指令集，以更好执行多媒体、流媒体应用软件。

Intel Pentium III Xeon

    除早期的几款型号采用0.25微米技术外，Pentium III Xeon均采用0.18微米工艺制造，Slot 2架构和SECC封装形式，内置32KB一级缓存及256KB/512KB/1MB/2MB二级缓存。Pentium III Xeon频率有两种，为700MHz和900MHz，前端总线为100MHz。 Pentium III Xeon的二级缓存最高可以达到2MB，而当时的桌面处理器最高只到256KB。

    除了面对企业级的市场以外，Pentium III Xeon加强了电子商务应用与高阶商务计算的能力。在缓存速度与系统总线结构上，也有很多进步，很大程度提升了性能，并为更好的多处理器协同工作进行了设计。

Xeon处理器

Xeon处理器

    2001年英特尔公司将Xeon的前面去掉了Pentium，发布了Xeon处理器，当然这并不是和x86脱离了关系，而是更加明晰品牌概念。第一代核心使用当时最新的NetBurst架构，名为Foster。跟Pentium 4不同，它的主要市场为工作站。

Intel Xeon

    最早的Intel Xeon（Foster）采用0.18微米工艺，采用了和奔腾4相同的Willamette核心，具备256KB二级缓存，主频有1.4GHz、1.5Ghz、1.7GHz这几种，前端总线为400MHz。2002年又出现了采用0.13微米工艺的Prestonia核心的Xeon处理器，Prestonia核心最大的优势就是增加了对Hyper-Threading（超线程）的支持，二级缓存增加到512KB，主频从1.8GHz起跳，前端总线为533Mhz。

    在整个Intel Xeon处理器家族中，我们可以见到诸如Xeon、Xeon DP和Xeon MP这三种叫法，其实这三种叫法仅代表两种不同的至强处理器子系列，Xeon与Xeon DP是同一系列，其中的“DP”就是“dual processor”（双处理），即支持双处理的处理器的意思，在处理器上标注的仅“Xeon”字样；而Xeon MP中的“MP”是multiprocessor（多处理），也即支持多处理的处理器意思，在处理器上标注的是完整的“Xeon processor MP”字样。

    Xeon处理器相对于Pentium III Xeon有更高级的网络功能，及更复杂更卓越的3D图形性能。Xeon MP处理器拥有更高的工作频率、内部整合的三级缓存、对未来超线程技术支持，这些使得Intel Xeon MP处理器成为当时最为强大的服务器动力核心。

Nocona至强处理器

Nocona至强处理器

    2004年，Intel Xeon产品线又有了新的变化，2004年6月28日，采用90纳米工艺的Nocona核心的Xeon处理器上市，它整合Demand Based Switching以及Enhanced Intel SpeedStep技术，能机动调整功率并降低处理器的耗电需求。

Nocona核心Xeon

    Nocona至强处理器是一款32、64位计算的混合模式计算平台，它最显著特性就是在支持32位应用程序的同时，也能运行64位应用程序。因此Nocona至强处理器能够兼容当前市场上所有的基于16位和32位软件，同时对64位架构下开发的应用软件也能够完全兼容。从内存寻址来说，打破了以往纯32位架构最大232字节寻址能力的极限，最高可实现近4.5TB的寻址能力，如此大量的内存足以满足当时高端工作站、网络服务器、数据服务器的处理需求以及未来软件应用的需求；从技术角度来看，Nocona新至强处理器比传统的32位增加了8组寄存器，可减少CPU对L1、L2缓存以及内存的访问次数，从而提高CPU的工作速度；再加上英特尔处理器既有的耗电低、体积小、辐射少、兼容性强等特点，促成了Nocona至强处理器在计算平台上的优势，可为诸如媒体和游戏等应用带来出色的系统响应能力。

Irwindale至强处理器

    2005年，英特尔又推出了Nocona至强处理器的升级版本Irwindale核心至强，Irwindale至强处理器采用了90nm制程，其时钟频率在3.0 GHz至3.6 GHz之间，其最大的特点就是英特尔在这款 Xeon 处理器上设计有 2MB 的二级缓存，比Nocona核心的Xeon处理器多了1MB 。Irwindale核心Xeon处理器支持SSE,SSE-2,SSE-3，采用了Intel EM64T技术，并且支持Hyper-Threading技术。

Irwindale核心Xeon处理器

    Irwindale核心Xeon处理器主频最高已经达到3.6GHz，这也创造了服务器处理器主频的新高峰，不过处理器发展到这个阶段，一味的提升主频不再能带来明显的性能提升，高热量和执行效率的低下也让处理器的发展进入了瓶颈。2005年10月，英特尔发布了其首枚双核心Xeon DP处理器，揭开了多核心处理器的新时代，在后续的文章中，我们会继续介绍英特尔多核服务器处理器的发展历程。