绪言

对于桌面微处理器而言，目前最热门的莫过于Athlon64和尚未正式面世的Intel的Prescott之争。不过这远远不是微处理器产品的全部。微处理器论坛（IDF）今年在服务器产品领域就有三款重量级的产品进行了了展示，并且它们都是多内核处理器：Sun公司的UltraSPARC IV，IBM公司的Power5，Fujitsu富士通公司的SPARC64 VI。对于服务器领域而言，多内核已经成为下一代微处理器的趋势。Sun推出的UltraSPARC IV是由早先的UltraSPARC III演变而来，其内部集成了两个UltraSPARC III内核并做了微小的改进；IBM的Power5已经是第二代双内核处理器了，不仅具有两个内核，并且在每个内核中还使用了双路SMT（同步多线程）技术。富士通公司的SPARC64 VI也是由单内核处理器演变而来，他们打算把工艺提高至0.09微米，并且加入高达6MB的片内二级缓存，其工作频率可以达到2GHz以上。

Intel － 重塑辉煌

在请出我们的三位主角前，我们还是先来看看微处理器市场的老大Intel的最新动向吧，在较早时期Intel推出的Itauium以及Itauium2一直饱受非议，而代号为Tanglewood的Itanium3渴望重塑辉煌，该芯片将在一块硅片上集成16个处理器。这种在同一芯片上集成多处理器的多核心设计是使用更多数量电路的一种流行手段，不过在这种多核心设计方面，其他公司包括下文提到的三个公司的产品已稍稍超越了Intel。

Jaguar－双核心处理器

UltraSPARC IV的开发代号为Jaguar（美洲虎），如果HP公司的“Mako” PA-RISC 8800不能很快完成的话，那么UltraSPARC IV将成为第一例由单内核处理器演变成双内核处理器的实例。根据在微处理器论坛中的演示，UltraSPARC IV中包含了两个UltraSPARC III内核，而且采用了与UltraSPARC III相同的Fireplane系统内部互连线路。因此它可以用来直接替换Sun Fire Server服务器中的UltraSPARC III而不必改变系统的其他配置，同时也可以得到Solaris 8操作系统的支持。虽然官方并未提供具体的上市日期，不过预计这款产品很快可以投入生产，明年年初应该可以正式上市。

UltraSPARC IV 系统框图

从框图中看到，两个处理器内核共享系统通道，系统总线带宽4.8GB/s，每个处理器可以得到2.4GB/s。与UltraSPARC III相同，UltraSPARC IV中每个内核可以支持16GB的带有chip-kill 4bit纠错技术的内存。这意味着一个72路的Sun Fire 1500服务器可以支持高达1152GB的内存。虽然UltraSPARC IV的针脚数目增加了一些，但是仍然可以和当前的板卡兼容，所以它可以加入到现有的系统中去。

虽然UltraSPARC IV基本上是直接整合两个UltraSPARC III，但是还是做了一些改进。包括从硬件上提高浮点加法器的边缘处理能力（无效数据下溢的处理），以及对2KB的写入缓存进行细化增强。这两点改进的主要目的是提高处理器在某些技术计算和大工作量计算中的表现。

0.13μ UltraSPARC IV 内核

UltraSPARC IV总共有16MB的外部缓存，每个内核独享8MB——这与UltraSPARC III是相同的。因此这16MB缓存在逻辑上完全独立。由于外部缓存总容量的增加和检索线宽的减小（512B减至128B），外部缓存的Tag Ram尺寸增加至原先的8倍。检索线宽的减小可以改善对大容量数据的命中率，特别有助于提高处理器的商业应用处理能力，整体效果上可以与增加一倍缓存数据相比。不过还不清楚为何不让两个内核共享外部缓存，那样的处理效率应该更好。很有可能共享的设计方案存在问题，目前还没能解决。

最初的UltraSPARC IV处理器采用TI的0.13微米工艺制造，内核尺寸为355平方毫米，包含6千6百万个晶体管。到正式发布之日，会有1.05GHz和1.2GHz两个版本。由于具有两个内核，UltraSPARC IV的功耗也将近翻了一倍，1.2GHz版本将达到100W左右，而目前的UltraSPARC III的峰值功率仅为53W。不过现在的UltraSPARC IV只是最初版本。

0.09μ的UltraSPARC IV

在不久的未来Sun公司将采用0.09微米工艺生产下一代UltraSPARC IV处理器。除了降低功耗和提高工作频率以外，0.09微米的UltraSPARC IV还将调整数据管线，增加指令存取带宽，硬件与软件预取功能将得到增强。此外最明显的方面是，会增加L2缓存的容量，虽然还不确定具体的容量，不过很可能是在2～4MB之间。同时也将提供更大的L3缓存，并且这些缓存可以被各内核共享。从功能上看，0.09微米的UltraSPARC IV的性能可以达到UltraSPARC III的4倍以上，不过这最早要等到2005年，并且前提是Sun能够按期完成。

富士通的SPARC64 VI

富士通的下一代处理器产品SPARC64 VI至少要2005～2006年才能问世，其代号为Olympus，包含有6亿9千万个晶体管。由于将采用0.09微米工艺制造，工作频率预计可以达到2.4GHz。它将支持片内256KB的L1缓存（128KB指令缓存/128KB数据缓存）和6MB L2缓存。SPARC64 VI与UltraSPARC IV的设计方法类似，也是集成双内核的早期产品，所以并不具备全新的设计。SPARC64 VI的单内核前身是目前的SPARC64 V，它是一个4组乱序执行单元加一个2MB L2缓存，工作频率为1.35GHz，今年年底预计将会有1.6GHz的版本。2004年将采用0.09微米工艺，频率提高至1.8～1.9GHz，并带有4MB的片内L2缓存。由于SPARC64 VI的问世还有很长的时间，因此在此不做过多评论。

POWER5: 第二代双核心处理器

IBM公开展示了令所有人都大开眼界的Power5处理器。Power5的核心一共有8颗，总共有4个CPU组成。这应该称之为多芯片模块（MCM），8颗芯片是四个单独的处理器，每个处理器有两颗核心。

Power5的设计与Power4是差不多的，片内L2缓存加上大容量的L3缓存都集成在一个MCM中。Power5的所有设计部分都是为提高性能而优化的，同时也考虑到把功耗降低到合理的水平。

Power5包含2亿7千6百万个晶体管，采用IBM 0.13微米SOI工艺制造后内核面积达到389平方毫米。在同样的工艺下，Power4内核只有267平方毫米。虽然基本的管线与Power4相同，但是为双线程SMT（同步多线程）内核优化之后仍然增加了部分资源，优化过程使内核整体尺寸提高了24％。资源的增加包括重命名寄存器、指令预取缓冲和整个缓存设计。同时，SMT的多线程可以设定不同的优先级，这使资源的分配更为优化。比如可以把等待IO响应的线程的优先级降低，从而释放资源。据估计，SMT技术可以使整体性能提高40％左右。

Power5 内核照片

当正式应用的时候，期望Power5的单处理器性能可以达到Power4的2倍，并且每个系统中的处理器使用数量也达到Power4的2倍，那么整体性能将达到Power4系统的4倍。现在预期Power5的工作频率为1.6GHz，在0.13微米工艺下估计最高可以达到2GHz。到2005年，采用0.09微米工艺的Power5＋可能可以达到3GHz的频率。虽然我们知道Power5采用了一些降低功耗的措施，不过具体的功耗数据并未公布。

Power4到Power5的转换是有两个主要改进和大量细节改进组成，这与AMD从K7转换到K8有些类似。这个转换过程历时3年，对于高端处理器设计而言，周期不算太长，毕竟这个领域里的原则是“只要还不会散架，就不要去动它”。按照IBM的日程，采用0.065工艺的Power6将于2006年晚期问世，不过还不清楚IBM是否会在Power6中采用全新的设计。

原稿：www.aceshardware.com

2003年11月02日16:33 于上海

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