Intel 的 micro-architecture 发展历程

Intel 的 micro-architecture 发展历程


我想:如果能了解一下 Intel 的 CPU micro-architecture 发展历程总是好的。我这里作了一些资料收集,主要来源这要感谢WiKipedia

1. Tick-Tock

Intel 在 2007 年提出了 Intel 今后在 cpu micro-architecture 上的发展模型,每年按 tick - tock 的节奏更新 micro-arcitecture:

  • Tick 是指:对上一个 micro-architecture 进行更新修改。典型的是:在制程上使用更先进的制程,并且对 micro-architecture 进行改良,总体的 micro-architecture 不会有大的变动。
  • Tock 是指:发布一个新的下一代 micro-architecture,但是还会沿用上一个 micro-architecture 的制程,新的制程要等待下一个 Tick 节奏的来临。

Tick-Tock 就像是一个时钟的摇摆动作,摆向左边是 tick,摆向右边是 tock,tick-tock 动作非常形象。

下面是 Intel 提出 tick-tock 发展模型的列表:

架构的改变
architecture 代号
制程
发布日期
应用的 processor
发烧级
桌面
移动
发布的CPU
tick
新制程
Presler, Cedar Mill, Yonah
65nm
2006-01-05
Presler
Cedar Mill
Yonah

Core

Pentium

tock
新架构
Core
2006-07-27
Kentsfield
Conroe
Merom

Core 2

Pentium dual-core

tick
新制程
Penryn
45nm
2007-11-11
Yorkfield
Wolfdale
Penryn
tock
新架构
Nehalem
2008-11-17
Bloomfield
Lynnfield
Clarksfield

Core i3

Core i5

Core i7

tick
新制程
Westmere
32nm
2010-01-04
Gulffown
Clarkdale
Arrandale
tock
新架构
Sandy Bridge
2011-01-09
Sandy Bridge-EX
Sandy Bridge-DT
Sandy Bridge-NB
tick
新制程
Ivy Bridge
22nm
2012
tock
新架构
Haswell
2013

可见,这个 Tick-Tock 节奏是不是每年都更新一次,Nehalem microarchitecture 使用了一年多才发布新的 microarchitecture,当前我们正处于 Sandy Bridge micro-architecture,下一代 Ivy Bridge 架构是在 Sandy Bridge 的基础进行了改良,使用了 22nm 制程。而新一代的 micro-architecture 要在 2013 年的 Haswell micro-architecture

2. micro-architecture 列表

从发布 8086 开始,Intel 正式开启了 x86 processor 的发展历程,下面是从 8086 开始的 x86 processor micro-architecture 家族:

  1. 8086:第 1 个 x86 processor
  2. 186:加入了 DMA 控制器,interrupt 控制器,timer 和 chip select 芯片
  3. 286:加入了 protected mode
  4. i386:第 1 代 32 位 x86 processor
  5. i486:第 2 代 32 位 x86 processor,加入了浮点单元和流水线
  6. p5:第 1 代 Pentium processor,Intel 发布了多款 p5 microarchitecture 的 Pentiume 后,在 1996 年发布了带有MMX 技术的 Pentium processor
  7. p6:p6 micro-architecture 家族被使用在多个后续的 Pentium micro-architecture 上,包括:
    • Pentium Pro:Pentium Pro 是第 6 代 x86 processor,发布于 1995.11,Pentiume Pro 是全新 microarchitecture 有别于 Pentium processor,加入了全新的功能,包括:乱序执行(out of order execution),PAE(Physical Address Extension)。
      更重要的是:在 Pentium Pro 的流水线上加入了额外的解码阶段,将 x86 指令动态解码为一系列的微操作(micro-operations),这些 micro-ops 由一系列更低层的 micro-instructions(或者说微码)组成,以便执行更复杂的 x86 原生指令,这些微码序列能被重新排序分析,分发到各个执行单元。
    • Pentium IIPentium II Xeon:Pentium II 是基于 Pentiume Pro,但是作了较大的改动,发布过的 Pentiume II 代号为:
      • Klamath:在 Intel 处理器的家族里属于 family 6, model 3
      • Deschutes:Pentium Xeon 处理器是基于这个代号,它属于 family 6, model 5
      • Tonga:Mobile 平台的处理器,属于 family 6, model 5
      • Dixon:也是 Mobile 平台处理器,属于 family 6, model 6
    • Pentium IIIPentium III Xeon:是基于 P6 microarchitecture,与 Pentium 相似,加入了 SSE 指令:
      • Katmai:发布于 1999.05
      • Coppermine:发布于 1999.10
      • Coppermine T:这是一个过渡产品,发布于 2001.06
      • Tualatin:发布于 2001 年
      • Tanner:Pentium III Xeon 平台,基于 Katmai
      • Cascades:Pentium III Xeon 平台,基于 Coppermine
    • Pentium MEnhanced Pentium M:基于经过改良的 P6 micro-architecture,支技 SSE2 指令集
      • Banias:发布于 2003.03
      • Dothan:发布于 2004.06
      • Yonah:属于 Enhanced Pentium M,支持 SSE3 指令集,发布于 2006
  8. NetBurst:属于第 7 代 micro-architecture 内部名为 P68,被用于 Pentium 4,Pentium D 及 一些 Xeon 上,从 Pentium 4 开始支持 SSE2SSE3 指令集,加入了 Hyper-threading 技术
    • Willamette:Pentiume 4 的最初版本,支持 SSE2 指令集,发布于 2000.11
    • Northwood:发布于 2002.01
    • Gallatin:使用于 Pentium 4 EE 处理器,支持 Hyper-threading 技术,发布于 2003.09
    • Prescott:发布于 2004.02,开始支持 SSE3 指令集
    • Prescott 2M:发布于 2005.02,开始支持 x86-64 技术
    • Cedar Mill:发布于 2006.01,支持 virtualization 技术
  9. Core:新一代的 micro-architecture 基于重复改良的 P6 micro-architecture,是 Yonah 的升级版本,是一个 multi-core 的 micro-architecture,支持 SSSE3 指令集,加入了 Macro-Ops Fusion 技术(合并两个 x86 指令为 1 个 micro-ops),从 Core micro-architecture 开始,Intel 提出了 Tick-Tock 的发展模型,Core micro-architecture 属于Tock 即新架构,接下来代号 Penryn 属于 Tick 即新制程,使用了 45nm 制程:
    • Core micro-architecture:使用 65nm,属于 Tock 节奏,即新架构
      • Merom:移动平台
      • Conroe:桌面平台
      • Kentsfield:发烧级
      • Allendale:Xeon 平台
      • Conroe:Xeon 平台
      • Woodcrest:Xeon 平台
      • Kentsfield:Xeon 平台
      • Clovertown:Xeon 平台
      • Tigerton:Xeon 平台
    • Penryn micro-architecture:同属于 Core micro-architecture,使用了 45nm 属于 Tick 节奏,即新制程,从 Penryn micro-architecture 开始支持 SSE4.1 指令集
      • Penryn:移动平台
      • Wolfdale:桌面平台
      • Yorkfield:发烧平台
      • Wolfdale-CL:Xeon 平台
      • Wolfdale:Xeon 平台
      • Yorkfield-6M:Xeon 平台
      • Yorkfield:Xeon 平台
      • Yorkfield-CL:Xeon 平台
      • Harpertown:Xeon 平台
      • Dunnington:Xeon 平台
  10. Nehalem:新一代的 micro-architecture,使用在 Core i7/i5/i3 处理器,Nehalem 加入了一些新技术,包括:
    • 集成 memory controller 支持 2, 3 及 4 通道内存
    • 集成 Integrated graphics processor
    • 加入 point-to-point 的处理器互联 bus:QPI(QuickPath interconnect)
    • 集成 PCI Express 和 DMI(Direct Media Interface)
    下面看看这一代 micro-architecture 的发展历程:
    • Nehalem2008.11.17 发布,属于 Tock 节奏,即新架构,使用上代的 45nm 制程,支持 SSE4.2 指令集
      • Clarksfield:移动平台
      • Lynnfield:桌面/Xeon 平台
      • Bloomfield:发烧/Xeon 平台
      • Gainestown:Xeon 平台
    • Westmere2010.01.07 发布,属于 Tick 节奏,即新制程,使用 32nm 制程,支持 AES(AES-NI)指令集及PCLMULQDQ 指令,开始支持 1G page(页面)
      • Arrandale:移动平台
      • Clarkdale:桌面平台
      • Gulftown:发烧/Xeon 平台
      • Westmere-EX:Xeon 平台
      • Westmere-EP:Xeon 平台
  11. Sandy Bridge:目前为止最新一代的 micro-architecture,使用在第二代的 Core i7/i5/i3 处理器上,对上一代 micro-architecture 进行了改良,每个内存通道每个 cycle 可以进行两个 load/store 操作,支持新一代的 SIMD 指令 AVX 指令集,可以执行 256 位宽的 vector 运算,从 Sandy Bridge micro-architecture 开始,没有区分每个研发代号
    • Sandy Bridge:属于 Tock 节奏,沿用上代的 32nm 制程,2011.01.09 发布
      • Extreme/High-End:高端平台 Core i7 Extreme
      • Performance:主流性能平台 Core i7 2600/K/S 系列,Core i5 2500/K/S/T 系列,Core i5 2400 系列
      • Mainstream:主流入门系列 Core i3 系列以及 Pentium 系列
      • Sever:服务器平台 Xeno E5 系列以及 Xeon E3 系列
      • Mobile:移动平台 Core i7/i5/i3 系列
    • Ivy Bridge:属于 Tick 节奏,将会使用 22nm 制程,将会在 2012 年发布
  12. Haswell:下一代 micro-architeture,期望大约 2013 

 

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