淺析關(guān)于ＣＰＵ現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究
一、引言
隨著網(wǎng)絡(luò)時代的到來，網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全和信息家電產(chǎn)品將越來越普及，而CPU正是所有這些信息產(chǎn)品中必不可少的部件。CPU的英文全稱是Central Processing Unit，我們翻譯成中文也就是中央處理器。CPU（微型機系統(tǒng)）從雛形出現(xiàn)到發(fā)展壯大的今天，由于制造技術(shù)的越來越先進，在其中所集成的電子元件也越來越多，上萬個，甚至是上百萬個微型的晶體管構(gòu)成了CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。CPU的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為控制單元，邏輯單元和存儲單元三大部分。
二、中國CPU現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
9月13日，中科院計算技術(shù)研究所承擔(dān)的國家“863”項目“龍芯2號增強型處理器芯片設(shè)計”(即龍芯2E)正式通過
了“863”專家組的驗收。該通用CPU已經(jīng)達(dá)到了奔騰4的水平，這標(biāo)志著我國在通用CPU設(shè)計和生產(chǎn)方面，取得了巨大的進展。經(jīng)專家鑒定，龍芯2號居國內(nèi)通用CPU研制領(lǐng)先水平。
與此同時，中科院計算所也宣布了進一步的研發(fā)計劃，即會在2008年左右推出龍芯3號芯片，用于將來的服務(wù)器市場。根據(jù)中科院計算所公布的產(chǎn)品路線圖，龍芯3號將會是64位16核的芯片，而到現(xiàn)在為止的龍芯1號和龍芯2號系列芯片都是單核(龍芯1號是32位，龍芯2號系列為64位)。之所以龍芯3號會跳過雙核、4核、8核，直接進入到16核的設(shè)計，首先是因為計算所已經(jīng)具備了設(shè)計16核芯片的能力，其次是實現(xiàn)跨越式發(fā)展的需要。
據(jù)中科院計算所介紹，“十一五”計劃期間，中科院計算所將研制多核的龍芯3號，可用來研制生產(chǎn)高性能的計算機和服務(wù)器，進一步縮小與國外先進水平的差距。現(xiàn)在龍芯系列研發(fā)和推廣的重點依然是龍芯2號產(chǎn)品，但與此同時也末放棄龍芯1號和3號的繼續(xù)研發(fā)，龍芯家族的各號產(chǎn)品嵌入式系統(tǒng)(龍芯1號)、PC機(龍芯2號)和服務(wù)器(龍芯3號)研發(fā)將齊頭并進。面對中國這個潛力廣闊的大市場，龍芯還有很長的一段路要走，合理地找準(zhǔn)市場地位，如何發(fā)揮其產(chǎn)品的技術(shù)優(yōu)勢并加大應(yīng)用推廣的力度，是目前龍芯處理所需要做的。
三、國際CPU現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
兩家世界上最大的處理器制造廠AMD和Intel曾都遇到一個難題，那就是“頻率”。頻率作為衡量處理器好壞的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為了大多數(shù)人的定論。低頻率就代表著一顆處理器性能的滯后，而如今不管是Intel還是AMD都同時遇到了“頻率”這個難題。在設(shè)計者提高處理器內(nèi)部進程的數(shù)量、增加緩存容量等方法紛紛用盡以后，似乎殘酷的現(xiàn)實告訴設(shè)計者們:單核心處理器已經(jīng)走到盡頭。雙核心被Intel和AMD確定為下步發(fā)展項目也就不足為奇了。
AMD和Intel的雙核技術(shù)在物理結(jié)構(gòu)上也有很大不同之處。AMD將兩個內(nèi)核做在一個Die(內(nèi)核)上，通過直連架構(gòu)連接起來，集成度更高。Intel則是采用兩個獨立的內(nèi)核封裝在一起，因此有人將Intel的方案稱為“雙芯”，認(rèn)為AMD的方案才是真正的“雙核”。從用戶端的角度來看，AMD的方案能夠使雙核CPU的管腳、功耗等指標(biāo)跟單核CPU保持一致，從單核升級到雙核，不需要更換電源、芯片組、散熱系統(tǒng)和主板，只需要刷新BIOS軟件即可，這對于主板廠商、計算機廠商和最終用戶的投資保護是非常有利的。由此看來，在多核處理器市場上，AMD在對客戶的理解和對輸出最符合客戶需求的產(chǎn)品方面的理念走在了Intel的前面，目前，雙核處理器的應(yīng)用環(huán)境已經(jīng)頗為成熟，大多數(shù)操作系統(tǒng)已經(jīng)支持并行處理，許多新或即將發(fā)布的應(yīng)用軟件都對并行技術(shù)提供了支持，因此雙核處理器一旦上市，系統(tǒng)性能的提升將能得到迅速的提升。因此，目前整個軟件市場其實已經(jīng)為多核心處理器架構(gòu)提供了充分的準(zhǔn)備。 在單一處理器上安置兩個或更多強大的計算核心的創(chuàng)舉開拓了一個全新的充滿可能性的世界。多核心處理器可以為戰(zhàn)勝今天的處理器設(shè)計挑戰(zhàn)提供一種立竿見影、經(jīng)濟有效的技術(shù)――降低隨著單核心處理器的頻率(即“時鐘速度”)的不斷上升而增高的熱量和功耗。
四、CPU可能的發(fā)展趨勢
CPU自打電腦誕生以來就一直平穩(wěn)的升級、換代、過度，充當(dāng)著計算機大腦的角色。可是CPU它走到了生命的十字路口，它站在路中央面臨著3種選擇：向前、向左、向右。
向前：CPU從誕生開始沿著頻率之路走了很久。直到有一天，頻率之路變得崎嶇泥濘。CPU見勢不妙,拐到了多核大街。目前他正沿著多核大街繼續(xù)前行。時下，雙核CPU已然成為主流。平臺成熟度應(yīng)很高，雙核CPU及其配套的主板價格已經(jīng)降到了普通消費者也能承受的地步。兩大巨頭AMD和Intel正在醞釀著推出更高規(guī)格的4核桌面處理，預(yù)計明年就可以推出。沿著雙核大街走下去，也許后年就成了8核，再往后16核、32核……。但是雙核大街并不平坦，制造技術(shù)問題困擾著生產(chǎn)商。更重要的是消費者到底需要多少核？向左：干掉內(nèi)存。今年九月底在IDF論壇上面，英特爾已經(jīng)向大家展示了一款集成了內(nèi)存的80核處理器：TERAFLOP。說明CPU集成內(nèi)存的TSV(Through Silicon Vias)技術(shù)已經(jīng)完成。TERAFLOP處理器每個核心都獨立集成了256MB的內(nèi)存，預(yù)計這款產(chǎn)品將在2010年上市。而AMD處理器中集成內(nèi)存控制器的設(shè)計為處理器與內(nèi)存開始整合吹響了沖鋒號，自此CPU有可能把內(nèi)存吃掉，在電腦中更加扎實自己的霸主地位。向右：被顯卡整合。自從AMD和ATI雙A合璧以來，AMD與NVIDIA的合作依然進行，但是后者的卻處在一個很尷尬的地位。于是，屢屢有NVIDIA的新聞傳出，有說NVIDIA要投入Intel的懷抱；也有說NVIDIA即將一蹶不振；同樣我們可以猜想NVIDIA是否會將CPU整合到其GPU①中，因為NVIDIA有這個實力。在CPU與GPU結(jié)合中，有了ATI的AMD要走的更前一步，已經(jīng)放出其在2008年推出整合了顯卡功能的處理器，這種芯片采用45nm工藝制造。甚至已經(jīng)有人將CPU和GPU的聯(lián)合體命名為IPU(Intergrated Processing Unit整合處理單元)。
前、左、右三個方向都有很大的可能，也許CPU陣營會一分為三，分別朝著三個方向發(fā)展。我們只能拭目以待。
注釋:
①GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理器) 能夠從硬件上支持T&L(Transform and Lighting，多邊形轉(zhuǎn)換與光源處理)的顯示芯片.
參考文獻:
[1]COMPUTER FAN，新世界，2005年第20期.
[2]祁金華，龍芯，等待成熟，網(wǎng)絡(luò)世界2006年10月9日第024版 ,第1-2頁.
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