对于处理器来说，最为重要的毫无疑问便是执行性能，而处理器的所有的设计和技术也都是围绕着如何提高处理器的性能展开的。可是X86处理其发展到了今天，在传统的通过增加分支预测单元、缓存的容量、提升频率来增加性能之路似乎已经难以行通了……当单核处理器似乎走到尽头之际，Intel、AMD都不约而同地推出了自家的双核心处理器解决方案：Pentium D、Athlon 64 X2！

一、Pentium D、Athlon 64 X2架构对

　　双核处理器就基于个半导体的一个处理器上拥有两个一样功能的处理器核心，即是将两个物理处理器核心整合入一个内核中。事实上，双核架构并不是什么新技术，不过此前双核心处理器一直是服务器的专利，现在这种局面将在今年有所改变。

1、Pentium D，Prescott连体兄弟！

　　Intel在今年度春季的IDF开发者论坛中就宣布了Intel对于双核心处理器的各项细节与完整的布局。其中针对桌面平台的核心代号Smithfield的处理器，正式命名为Pentium D处理器，除了摆脱阿拉伯数字改用英文字母来表示这次双核心处理器的世代交替外，D的字母也更容易让消费者联想起Dual-Core双核心的涵义。

    从架构上来说，Pentium D除了多了个“芯”外，其它与目前的Prescott P4没有任何区别。之所以这样，因为英特尔在台式处理器上已经落后于AMD，AMD在去年已经成功对台式处理器提速，英特尔处理器由于受众多生产技术问题困扰提速缓慢。英特尔希望双核架构能显著提升它们台式处理器的性能，而且此种性能优势能保持到基于4核心或更多核心架构的处理器出现前。

    针对这个问题，Intel将这个协调工作交给了北桥芯片：两颗核心需要更常同步更新处理器内缓存的资料时，他们需要用上 FSB通过北桥作更新。虽然缓存的数据并不巨大，但由于需要通过北桥作出处理，无疑带来一定的延迟，他们之间的通信就会变得缓慢，这将大大影响处理器性能的发挥。从另一方面来说，Pentium D并不属于真正意义的双核处理器，而有点类似于VIA的双核处理器方案。当然这种设计也有一定的优点，那就是设计简单，而且当其中一个内核损坏时，另一个内核仍可以正常工作。

　　Prescott高功耗、高热量的缺点是有目共睹的，因此理论上核心尺寸的增加功耗也随之水涨船高。针对这个问题，英特尔首先通过降低工作频率来降低双核处理器的功耗。Pentium D处理器的最大工作频率将为3.2GHz，比目前基于Prescott核心P4的最大频率低了16%。同时，英特尔也将Pentium M中所采用的增强型Intel SpeedStep节能技术引入到Pentium D处理器中。增强型SpeedStep技术最大优点可以可提供多个频率断点,这样可以让处理器根据应用程序选择所需的运算能力，在性能和功耗间取得最理想的平衡点。正是采用这两种措施，才使得Pentium D处理器的功耗与目前的Pentium4相当。

　　由于采用Prescott内核，因此Pentium D也支持EM64T技术、XD bit安全技术。值得一提的是，Pentium D处理器将不支持Hyper-Threading技术。原因很明显：在多个物理处理器及多个逻辑处理器之间正确分配数据流、平衡运算任务并非易事。比如，如果应用程序创造两个运算线程，很明显每个线程对应一个物理内核，但如果有3个运算线程呢？怎么分配？因此为了减少双核心Pentium D架构复杂性，英特尔果断决定在针对主流市场的Pentium D中取消对Hyper-Threading技术的支持。

　　目前英特尔已经正式将Pentium D处理器命名为“8XX”系列，共有三个型号，分别是为840(3.2GHz)，830(3GHz)以及820(2.8GHz)，仍采用0.09微米制程及LGA775封装结构，并支持800MHz前端总线，其中820型号将不支持英特尔的增强型SpeedStep技术。除此之外，英特尔还为发烧友们推出了一款双核心Pentium EE840处理器，频率为3.2GHz，支持超线程技术。由于受功耗的限制，在掌握65nm生产技术前—至少在2006年下半年前，英特尔不大可能发布频率更高的Pentium D。

　　在这以后，英特尔将会推出代号为“Presler”的下一代台式双核处理器。由于使用更先进的65nm生产技术，Presler处理器的核心尺寸将低于140平方毫米，而Pentium D核心的核心尺寸接近206平方毫米。同时为了让双核处理器更吸引人，英特尔未来准备在自家产品中引入三项新技术—Vanderpool虚拟化技术、LaGrande安全技术和iAMT(Intel Active Management Technology)技术。

2、Athlon 64 X2=Athlon 64+Athlon 64

　　AMD的双核心发展计划在很早以前就被制定了并一直坚定按计划实施着。AMD即将发布的双核AMD64架构主要是基于在1999年发布的单核心架构之上—那时AMD就为架构未来的发展作了大量的准备工作。我们猜测AMD在研发它们的Athlon 64和Opteron处理器上工作时就已经融入双处理器架构的理念。因此他们在生产双内核处理器时将不存在任何问题。

    AMD桌面双核处理器正式命称为Athlon 64 X2，采用两个Venice版本的Athlon 64核心，每个核心拥有独立的512KB(1MB) L2缓存及执行单元。因此，除了多个“芯”外，从架构上相对于目前Athlon 64架构并没有任何改变。Athlon 64 X2的大多数技术特征、功能与目前市售的、基于AMD64架构的处理器是一样的，而且这些双核心处理器仍将使用1GHz HyperTransport总线与芯片组连接及支持双通道DDR内存技术。

    与Pentium D不同的是，Athlon 64 X2的两个内核并不需要通过外部FSB通信这一途径。Athlon 64 X2内部整合了一个System Request Queue(SRQ)仲裁装备，每一个核心将其请求放在SRQ中，当获得资源之后请求将会被送往相应的执行核心，所有的过程都在CPU核心范围之内完成。AMD双核心强调是真正将两个核心崁入整合在一个硅晶内核上，可以真正发挥双核心效率，不像对手的产品事实上为两个Packet的设计，会有两个核心之间传输瓶颈的问题。因此Athlon 64 X2的架构要优于Pentium D架构，尤其是在高负载的多线程/多任务的环境下，AMD的处理器将会表现出比Intel的处理器更好的性能。

    Athlon 64 X2这样的设计还有一个好处，那就是如果打算支持新的双内核处理器的话，对旧平台而言唯一的要求就是升级到最新BIOS就OK了，这将大大降低平台的应用、升级成本。

　　此外，与Pentium D是通过降低频率来降低功耗不同，同样采用0.09微米生产技术的Athlon 64 X2似乎并不需要面临这样的问题。这都得益于AMD在Athlon 64 X2处理器上所采用的“Dual Stress Liner”应变硅技术。Dual Stress Liner技术是由AMD和IBM联合开发的，据称可以将半导体晶体管的响应速度提高24％。

　　事实上，DSL很类似于英特尔在90nm生产技术中引入的应变硅技术。我们都知道，晶体管越微细化，运行速度就越高，但同时也会引发泄漏电流增加、开关效率降低，从而导致耗电和发热量的增加。而DSL通过向晶体管的硅层施加应力，同时实现了速度的提高与耗电量的降低。换句话说，DSL能改变硅之间的原子格，从而让晶体管获得更快的响应时间及更低的热量。

　　在一种情况下硅原子是被“拉开”的，而在另一种情况下则是“挤在一起”的，这通过把它们移到一个具有要么伸展，要么压紧的原子格的氮化物封闭层上来实现。与Intel使用的应变硅不同，来自AMD和IBM的DSL能够被用于两种类型的晶体管：NMOS和PMOS(具有n和p通道)而无需使用极难获得的硅锗层，硅锗层会增加成本，并且有可能影响芯片的产量。

    DSL这种双重性，让它比英特尔的应变硅更有效—DSL可以将晶体管的响应速度提升24%，而应变硅能提供的最大改进在15-20%。并且更重要的是，AMD和IBM 这项新技术对产量及生产成本并没有任何负面影响。由于在生产时无需使用新的生产方法，所以使用标准生产设备和材料便可迅速展开量产。另外，配合使用硅绝缘膜构造(SOI，绝缘体上硅)与应变硅，还可生产性能更高、耗电更低的晶体管。AMD工程师们表示，DSL和SOI一起结合可以让Athlon 64处理器的频率潜力有大约16％的增长。而Athlon 64 X2的初始频率与目前Athlon 64持平上也可以看到DSL技术的确很有功效

    当然，AMD也将在未来转移更先进的65nm生产线上，改进他们的内存控制器来对DDR2，DDR3和FB-DIMM等高性能内存提供支持，也将开始使用更快的HyperTransport 2.0总线，及更有效的节能降耗技术。

二、双核心处理器能为我们带来什么？

　　目前英特尔、AMD已经在按部就班地实施着它们的双核心处理器计划，今年桌面平台步入双核时代已成事实。那么，双核处理器真的象英特尔、AMD描述的那样美好吗？其实不然

1、针对普通用户，性能提升不明显！

　　首先在性能上，双核心处理器在大多数实际应用中的性能可能要逊色于目前的单核处理器，即使性能有所提升，而升幅并不明显。

　　俗话说“人多好办事”，理论上双核心架构可以提升处理器的性能，不过我们必须注意到一点的是，如果你想让双核处理器达到最大性能，你必须充分利用两个内核中的所有可执行单元—即让所有执行单元都有活可干！

　　如果应用程序是基于多处理器编写的，那么在应用程序的运行过程中可以大大提高运行的效率；如果应用程序是基于单处理器编写的，操作系统会把程序分成多个部分，让两个物理内核并行完成；但是通常而言，大量的单处理器程序是不可分的，因此它在双核处理器上运行时性能并不会有明显的提高。

　　有一我们还必须注意，基于双核处理器的程序调试非常困难，因为不同的双核处理器环境会对任务进行不同的分配，正是因为这些原因，我们通常使用的都是基于单处理器的程序。因此要充分双核处理器的性能仍要靠软件开发者的努力了，而不是依靠处理器开发者们，只有在软件方面得到充分支持，双核心处理器架构的实际性能太会显著提升。

　　当然即使有软件提供充分的支持，如果从单处理器升级到双核处理器，那么系统性能并不会番一番，系统的性能并不会随着物理内核的增加呈现线性的提高。这是因为随着物理内核数量的增加，CPU内核之间的通讯量和系统用于资源同步及维护的开销也会逐渐上升。

　  从上面的测试成绩来说，面对双核Pentium D处理器，旨在提升受系统限制的游戏性能的狂热玩家将会有点失望—目前支持多线程运算的游戏寥寥无几。在很多桌面平面的应用程序中，Pentium D的性能将比目前基于单个Prescott核心的P4要慢。这是因为毕竟PentiumD的频率较低，而Prescott核心的P4又拥“软”双核架构—支持超线程技术。当然在同时运行两个或更多很耗CPU的应用程序时，系统绝对地流畅。在纯粹的应用程序基准测试方面，个别场合的性能在很大程度上取决于应用程序的线程和安排。当它是多线程时，比如专业视频制作，双核心处理器的性能绝对是非常优秀的，可以有效地利用了双内核的并行处理能力。

    不过，AMD应该可以从转向双核心的过程中比Intel获益更多，因为目前AMD的处理器还不能同时支持一个以上的线程。Intel单核心上的超线程技术的确改善了系统的响应时间和多任务处理的性能。对于AMD来讲，转向双核心处理器将使其用户从类似Intel的多线程技术和拥有两个芯片中获得响应时间等方面的改善，而且Athlon 64 X2两个核心间通信不必通过外部总线，性能提升也较Pentium D明显。

2、频率提升、成本提升是两道槛！

　　无论是Intel的Pentium D，还是AMD的Athlon 64 X2处理器，都是简单将两个内核“挤放”在一起，这样晶体管的数量都会大幅度增加。比如，Pentium D在206平方毫米的核心上集成了2亿3千万个晶体管，而AMD的Athlon 64 X2处理器则在199平方毫米的核心上集成了2亿3千3百万个晶体管。

　　晶体管增加所带来的最明显一个问题就是功耗。目前处理器频率停滞不前的罪魁祸首就是泄漏电流。所谓泄漏电流，是指晶体管不管导通还是截止(开关)，均有电流流动。由于本来为截止的时候也有电流流动，由此就会造成电量的浪费。泄漏电流造成的耗电量增加是90nm工艺Prescott中非常严重的问题。

　　另外，要想提高晶体管的开关切换速度，即工作频率，设计半导体时必须要使电流在晶体管中易于流动。当初半导体制造商并非完全没有预料到泄漏电流的增加，但降低泄漏电流的技术在90nm工艺时代没有达到实用水平，泄漏电流的增加量也超过了半导体制造商的预想。虽然Intel、AMD都在自家处理器中引入了选进的节能技术，特别是Intel都将移动处理器上的节能技术应用到Pentium D，但从Pentium D的最高频率也仅仅只有3.2GHz来看，所有的一切措施也只能缓解一下双核处理器高烧的问题。这也导致双核心的Pentium D处理器主频要比单核心的处理器主频要低不少。

　　此外，由于双核心的处理器晶体管几乎是单核心处理器的两倍，但受生产技术的制约，处理器内核空间并没有太大的增加。因此AMD和Intel都需要努力使用所有的晶体管挤压进有限的空间里，这就好比往原来只装一个瓷器的箱子里加装一个瓷器，这意味着良品率越低，成本也要比单核心处理器高出许多。这也正是AMD所要面对的问题。

　  至于双核处理器的频率什么时候可以达破4GHz？价格何时真正接近大众？这一切也许要等明年的65nm生产技术出现了。据悉：Intel的65nm技术已经进入了最后测试阶段，包括了Mobile、Desktop及Server级的处理器，而到了05年Q4，65nm的双内核处理器样本将会推出。同时除了俄勒冈州的D1D工厂外，英特尔还投入20亿美元巨资改造位于爱尔兰的Fab 24-2芯片制造厂。该工厂准备于2006年前投入65nm芯片的大批量生产，而俄勒冈州的D1D工厂则会首先进入先期投产阶段，之后其他的十几座芯片工厂也都逐渐进行新工艺的转换……

结语：

　　总的来说，虽然双核心处理器的性能较单核心处理器的所提升，但考虑到目前大部分的应用程序，比如Office办公软件、游戏、视频播放等应用都是单线程的，因此对大多数用户来说选择单核心处理器仍是最佳选择，特别是考虑Intel平台的用户。而对于进行专业视频、3D动画和2D图像处理的用户来说，就很可能毫不犹豫的转移到双核心的系统上来，特别是Athlon 64 X2处理器，它在这些方面的优势是相当迷人的。

　　双核心处理器还有很长的路要走……