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[小惡魔的電腦教室] 1-4.CPU廠牌與型號,Intel與AMD的戰爭

在前面幾篇文章有多次提到Intel和AMD,這幾乎算是地表上碩果僅存的兩家x86 CPU製造商。別誤會,做CPU的廠商非常多,IBM就是龍頭老大之一,目前三大主機Wii、Xbox 360、PS3用的全都是IBM的CPU。可是「x86」指令集因為先天不良,後天又失調,設計高效能x86 CPU的難度越來越高,投入的資金越來越誇張,需要更多的晶圓廠來實驗製程並平衡成本。IBM、Cyrix、NEC、Transmeta、VIA都曾做過x86 CPU,但除了VIA還在嵌入式/行動系統的領域努力之外,其他都宣佈不玩x86了。

因此消費端的x86 CPU市場,只剩Intel和AMD兩家互打,以經濟規模來看,Intel大概是AMD的20倍大,但我們不必去比大小,因為CPU廠的經濟規模通常都是建立在晶圓廠的數目上,既然殺到只剩兩家佔據絕大部分的市場,雙方的技術和研發能力自然也一定能相抗衡,雖然現在是Intel佔上風,但難保未來會發生什麼事,畢竟Intel過去也曾經出包過。


CPU產品型號

Intel的CPU產品網頁 AMD的CPU產品網頁


看了前面那些規格解說,紙上談兵扯了一大堆之後,來看看兩家CPU的型號吧!現在Intel和AMD的產品線超多,過去的、現在的、未來的全加一加絕對數百顆,全部做成表格我會累死,每兩個月就要更新一下,而且你大概也是直接跳過去。所以,不如去兩邊的官方網站,反正他們會第一時間更新所有產品資訊。



首先,再來看一次Intel Core 2 Duo CPU的外觀,這次仔細注意一下鐵蓋上的印字。



上面印了1.80GHz、2M、800,相信這大家應該已經能猜得出這些數字的意義了,就是時脈、快取、和FSB,也是Intel CPU最重要的三項規格。而在上面一行,還有一個「SL9TB」的字樣,這是Intel的eSpec序號,每個型號的CPU都有獨一無二的序號。



Intel的CPU產品網頁,在底下的eSpec空格輸入序號。



立刻就跳出Core 2 Duo E4300的詳細規格,比較重要的幾項都已經在前幾篇裡解說過了,這時大家應該看得懂了。(註:Intel把FSB的時脈寫成Bus Speed)




AMD的CPU也一樣,仔細看鐵蓋上的字。左下角的方塊是二維條碼,之前AMD的CPU是用QR Code,不過後來統一換新變成Data Matrix,二維條碼解讀出來就是CPU序號,可做為防偽的措施。



AMD並不會把規格大剌剌的印在上面,不過那ADX6000IAA6CZ也是有意義的,這是AMD CPU的OPN序號。OPN裡每一串英文字或數字都有意義,代表封裝、TDP、快取等等,但不必去背那個解碼方式,又不是在玩達文西密碼,上網輸入就好了。



AMD的CPU產品網頁,輸入OPN序號。



就會列出Athlon 64 X2 6000+的規格,每一項都在前面講解過了。其中Operating Mode:32/64,就是可同時使用32和64位元。


兩個官方網頁都有完整下拉選單可以搜尋CPU型號,不過官方網頁並不會列出價格,因為CPU的千顆報價每一季就變動一次,在激烈競爭時甚至幾週就調整一次,官方網頁只是查規格的,價格還是上網或到賣場找報價單比較快。而Intel和AMD各自產品的定位大約保持著「型號數字愈大,CPU就愈強,價格也愈貴」的基本規則,當然核心數量也會影響,核心愈多就愈貴。

這裡並不打算把AMD和Intel現有CPU產品的型號列出來,或是講解他們各自的命名方式,因為就算寫了,可能一年後又整個翻新。反正,「型號」只是一個名字,型號背後的規格與和設計的理念才是重點,要查型號的詳細資料很簡單,Google一下就有了,而了解規格之後,要判斷CPU的產品定位也就不會太難了。



如果要查細部規格的話,我推薦The BalusC Serverl網站,它會列出所有CPU的詳細規格和推出時間,做成一覽表,有官方規格所沒有的代號、電晶體數量、Die size等等,有興趣可以上去查查。


Intel和AMD哪邊比較好?
其實要看你的需求和預算,並沒有規定每個人都要裝Core 2 Duo,即使它現在真的很紅。其實市場都是一樣的,有人落後時就會用價格來制衡,前幾年Intel被打的吱吱叫的時候也是大玩殺價策略,算一算C/P值也很不賴。現在Intel以新架構(應該說,用舊架構的大改版)反攻回來,AMD入門的CPU加上俗擱大碗的主機板,也是上網機的不錯選擇。簡單的說,沒有那邊一定是最好,我的王道不一定是你的,反正Mobile01是討論區,問就對了!或更厲害一點,鎖定你的預算,查好規格,然後上網找測試報告看誰輸誰贏。

那Intel和AMD有什麼不一樣?
Intel和AMD在x86 CPU設計上有很大的不同,這裡就不提細部單元架構有何差別,雖然那才是決定CPU性能的主要關鍵,但那部分實在太難了,有機會再寫。這裡就挑兩個Intel和AMD CPU最重要的差異:記憶體控制器FSB/HyperTransport。詳細比較一下,做為CPU硬體篇的總結,接下來就開始玩CPU的軟體囉!


記憶體控制器

之前提過很多次了,CPU需要記憶體做為資料暫存,輔助運算,而且CPU運算速度極快,稍微一點點記憶體的延遲都會產生影響,所以「記憶體控制器」的性能和所在位置都非常重要。一般來說,記憶體控制器是主機板上北橋晶片(關於「北橋」請參考主機板的章節)最重要的功能,CPU連接北橋,北橋再控制記憶體,傳輸資料都得透過北橋。

在2003年,AMD推出K8新架構的CPU,做了一個很重要的決定,K8把記憶體控制器從北橋移出來,整合進CPU內部,K8就是現在全部的Opteron、Athlon 64和Sempron系列。至於Intel這邊,仍然把記憶體控制器放在北橋內,這讓兩家的CPU產品有很大的差異,而以下這些差異會持續到2008年的下一代產品,因為兩邊都還不打算改變。(2009年就不一定了,Intel決定「參考」AMD的作法,把記憶體控制器移進CPU內)



這是AMD Athlon 64 CPU的晶圓照片,其中左下角「Memory Controller」就是記憶體控制器,網路上也有人直接寫「MC」來代替,別以為是....別的東西


1.耗電
雖然耗電和時脈、製程息息相關,可是AMD多了記憶體控制器,在「純CPU」耗電方面,Intel的新架構就有較高的優勢了。之前AMD CPU的TDP都比同級的Intel Core 2高一截,直到他們推出Energy Efficient系列,改善製程之後才好轉。

2.頻寬和延遲
AMD的記憶體控制器根本就在CPU旁邊,所以傳輸資料的性能非常好,AMD的CPU和記憶體之間的頻寬速度只取決於記憶體的時脈,不會被其他通道卡住,在需要大頻寬或低延遲的多工應用時,AMD的架構就會佔優勢;反觀Intel平台,它的記憶體控制器在北橋,所以「CPU讀寫記憶體時得透過FSB」,FSB和記憶體都是每個時脈週期傳輸64bit的資料,如果FSB的時脈低於記憶體時脈的話,FSB就會造成記憶體傳輸的瓶頸,這也是Intel不斷拉高FSB的原因。

3.快取
由於記憶體控制器在北橋、FSB造成瓶頸兩大因素,Intel CPU的記憶體性能會輸給AMD,為了彌補這兩點,Intel CPU得內建較大的快取,非到不得已再往外存取記憶體,所以Intel CPU的L2快取不只速度比AMD快,容量也大了一倍以上,下一代產品差距會更大。就AMD方面,CPU的快取容量是非常傷成本的,因為那就是一大塊的電晶體,不容易控制製程良率,AMD製程技術落後於Intel,產能更是遠遠不及,很早就認知到跟Intel拼快取容量必死無疑,所以才用記憶體控制器來換較小的快取,只是在產品行銷上就很不利了,「為什麼AMD CPU的快取都比較小?」幾乎是硬體討論區的月經文,Intel快取會比較大,是因為它非大不可。

4.升級
這是AMD內建記憶體控制器最大的缺點,「只要新的記憶體規格出來,CPU就得換腳位」,記憶體這幾年從DDR、DDR2到最新的DDR3,AMD CPU的腳位就得從Socket 939、AM2、AM3一路升級上來,腳位一換,主機板通常也得跟著換,因為不一定能向下相容,比如Socket 939和AM2完全不相容,而AM2和AM3只有部分相容,新CPU相容舊板子,但舊CPU不一定能相容新板子。至於Intel,只要主機板上北橋更換就可以支援新的記憶體,腳位不變,舊的CPU照插不誤,或是買新的CPU,插在舊主機板上也行。強者我朋友就用Intel在2007年出的CPU,插在2003年出的晶片組上,尖端科技四核心CPU,配上化石級AGP顯示卡,一整個無言

雖然Intel有FSB速度匹配和電源規範的問題,比如FSB 1333MHz的新CPU,插到只支援FSB 800MHz的主機板,就可能無法辨識或降速,不過台灣主機板廠的RD都超強,可以從主機板線路設計或BIOS來解決這個問題,利用超頻的方式支援。(如果還是沒辦法支援,那通常就是Intel耍賤,不肯公佈線路的設計方式)

(註:更詳細的CPU腳位、升級、晶片組搭配的相關內容,請參考「北橋」的章節)


這是支援Intel CPU的晶片組架構圖,CPU是用1333MHz FSB連接北橋(nForce 680i SLI),北橋再連接DDR2記憶體。



幾乎相同的北橋換到AMD CPU的平台上,北橋(nForce 680a SLI)就沒有連接記憶體了,而是CPU直接連DDR2記憶體。


HyperTransport

FSB主要的用途只有連接CPU和北橋,但AMD挑HyperTransport還有更大的野心,廣義的來說,HT是「晶片之間的連接通道」,並不限於CPU和北橋之間而已。這幾年AMD在x86伺服器市場可說是完全打爆Intel,靠的就是HT。AMD消費端的CPU都只有一個HT通道,連接北橋,但Opteron伺服器CPU就有2個以上HT通道的產品,其他通道就變成CPU彼此互連的通道,加上AMD CPU內建記憶體控制器,變成CPU之間有專屬HT通道,而且還有各自專屬的記憶體,讓效能提升,至於Intel這邊,則是CPU的同步和記憶體傳輸一起擠FSB。

未來會更有趣,因為現在已經確定AMD在下一代CPU中,會把HyperTransport的時脈拉到3000MHz以上,不止伺服器應用會直接受益,這麼高速的通道,應該是為了把顯示晶片和CPU整合做準備,未來AMD入門的CPU,可能就是CPU+記憶體控制器+顯示晶片了,也就是AMD最近吵很熱的Fusion



這是AMD Opteron高階伺服器的CPU架構,它有三個HyperTransport通道,可以像網狀方格一樣連接多顆CPU。


總結

總結以上,可以歸納出Intel和AMD的CPU主要差異,條列如下:


   
AMD CPU:

.內建記憶體控制器
.針腳數較多
.記憶體頻寬較高,記憶體延遲低
.快取容量較少
.支援新的記憶體規格得換CPU腳位
.用HyperTransport連接北橋




   
Intel CPU:
.記憶體控制器在北橋
.針腳數較少
.記憶體頻寬受限於FSB,記憶體延遲較高
.快取容量超多
.更新主機板即可支援新的記憶體
.用FSB連接北橋
好文一枚!

雖然大多了解,還是覺得這文章寫的很棒!
http://www.flickr.com/photos/tae1209/
「「x86」指令集因為先天不良,後天又失調」,這句話我已經看了好幾年,看到眼睛都快長出......。
我每天都很期待小惡魔的電腦教室
這樣人人都能成為小惡魔...
休息,是為了走更長遠的路! 自從來到MOBILE 01後,每次考試都考0分!
x86 的指令集架構(ISA)雖然會讓設計的複雜度提高
但也不算是先天不良,後天失調吧
畢竟演化的過程有各種不同的因素影響
話說回來...x86 的 CPU出貨量也不會少到那去 (尤其是個人電腦跟小型工作站)
真的要比量的話...MCU 可能多到數不清

x86 是 variable length encoding (變動指令集),當初應該也是考量記憶體成本
像 ARM 的指令正常是 32 bits,常有一些情況下很浪費記憶體空間
所以也搞了一個 16 bits模式

其實也是有滿多的嵌入式系統使用 x86 指令集
很多比較性的問題也不是三言兩語能定案
建議樓主別把這樣的議題搬入這類的指導文內

說到 AMD 的 HT 技術...實在很難不聯想到 Intel 的 HT (hyper-threading)技術
這個 bus 技術很像在多核系統上的 cross bus 架構
所以真正的效用應該在 AMD 後續的模組化系統才會顯現出來
說不定改天需要加強哪些處理器功能只要像PCIE一樣隨便插一下就可以了
CPU plug&play ^^

P.S.
SIS 也有搞 x86 的整合型晶片...小弟不巧n年前玩過 @@
阿福仔仔 wrote:
x86 的指令集架構...(恕刪)


「The x86 isn't all that complex - it just doesn't make a lot of sense.」

-- Mike Johnson, Leader of 80x86 Design at AMD
Microprocessor Report (1994)


Mike Johnson是AMD K5 CPU的主架構師,他說:「x86並不複雜,它只是根本沒有任何道理可循。」

會讓一個在電腦歷史上留名的CPU架構師公開講出這種氣話,相信x86一定有超多問題,呵呵。
阿福仔仔 wrote:
說到 AMD 的 HT 技術...實在很難不聯想到 Intel 的 HT (hyper-threading)技術
這個 bus 技術很像在多核系統上的 cross bus 架構...(恕刪)


大大引用可能有待商確, INTEL CPU 的 HT (Hyper Threading) 技術, 跟 AMD 的 HT ( Hyper Transport ) 是兩碼子事, 八竿子打不著唷 ....

Hyper Threading 是 INTEL NetBurst 架構的 P-4 系列產品, 為了方便市場行銷的 Slogan : "高時脈等於高效能" , 所衍生出的產物.

簡單的說, 為了 P-4 能夠拉高時脈, INTEL 設計出超長的流水線程, 但是過長的線程卻又經常閒置, 所以又走回頭路, 在 BIOS 中提供開關, 可以把這些 CPU 之中超長線程切開, 當成 Logical 2nd CPU Core. 但是又不敢稱為 x2 Core, 所以就改用 Hyper Threading 來稱呼.

P-D 8xx & 9xx 系列, 則是把兩顆 NetBurst 架構的 P-4, 用封裝技術包在一個 Die 之中, 並用 FSB 頻寬來傳輸資料, 所以仍然可以看到 Hyper Threading 的功能.

而從 CD 到目前 C2D, 由於已經是原生實體雙核, 而且改為由 P-3 => P-M 衍生而來的 Core 微架構, 所以已經沒有 Hyper Threading 功能了.
asusk8n wrote:
大大引用可能有待...(恕刪)


哈哈...我想你誤會我的意思了
這兩個 HT 差不多是在同時期可見度變高
雖然是兩個不相干的技術....但是同個簡稱在行銷上很耐人尋味

hyper-threading 跟 multi core 是不太相同的概念產物
hyper-threading 是因為CPU的執行級常有idle
為了充份發揮硬體的效用...所以內建了兩個以上的 architecture state
multi core 則是從獨立的角度來看


G.F wrote:
「The x86...(恕刪)

我想每個人的定義不相同...x86 解碼器設計起來的確很難簡化
原因也是因為很多都是後來加上去的....幾乎是沒啥道理可言
當然高人自有高人處
但相對於ARM、MIPS這類的cpu來說....x86 的確是會讓人眼花花
光是定址模式就一長串....

"The x86 isn't allthat complex"
我想這位強者應該也不否認有些地方的確不好實現...或者很難最佳化

由於歧見太多....所以把答案交給讀者去思考就好
文章內直接下定論...個人認為不是很適合指導文
當然....加個 [個人認為] 意思就不一樣了
真的有人傻傻分不清楚.

所以有人把 AMD 的 HyperTransport 簡稱改為 HTT


據稱, CORE 架構 未來也會整合入 Hyper Threading 進去.

never say never!!
完全不同的CPU架構也能比CPU腳位數的多少?

AMD CPU 939/940 pin 比 Intel CPU 775 pin 多出的腳位是因為記憶體控制器?

那同樣比較Intel自家的CPU, 775pin 比 478 pin 多出來的297 pin 請問是做什麼用的?

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