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AMD CPU超频实战—龙腾虎跃之“老龙”再创高峰
yuweijia　2000-12-18 15:58:48

　　综述篇

　　AMD自己设计的第一款芯片是1995年发表的K5，这亦是首个可以把CISC指令解码成RISC指令的X86 CPU。本来它的性能是高过Cyrix 6x86和奔腾的，但由于时钟速度不足及推出时间过迟，只占到很少的市场份额。

　　在开发K5的同时，AMD收购了另一间小芯片设计公司Nexgen，其CPU特性是拥有48KB一级缓存和可编程背置二级缓存。AMD以Nexgen 686芯片为基础开发出K6，为了兼容Socket 7接口，AMD去掉了二级缓存，但增加了一级缓存的容量。在设计上，这也是一款相当成功的产品，但它遇到了一个可怕的对手--英特尔奔腾Ⅱ。

　　令人惊奇的是，AMD仅仅用了一年时间，就完成了K6内核的改进工作，带着K6－2再次向英特尔挑战。9个月之后，K6－Ⅲ(Sharptooth)亦上场了，它成为了市场上最快的整数处理器。在性能提高，英特尔放弃低端市场，1000美元以下PC流行等几种因素的共同作用下，AMD取得了部分零售市场，成为一款十分成功的产品。AMD按着这个方向努力发展，

　　K7现在遇到的情况和当年P2上市时一样，"奔腾Ⅱ并不比多能奔腾（Pentium MMX）快多少，这就是一个第六代CPU可以做的事吗？"，我以前也问过自己这句话。但不要忘记了，增加了分支预报、MMX技术、两倍一级缓存的P55C已经比原始的奔腾P54C强劲很多，简单地说，就是拥有新一代特性的旧式产品，如果在时钟频率相同的条件下，奔腾MMX也不会比Coppermine慢多少？

　　时间进入公元2000年，速度竞赛在不断升级，参赛的双方是芯片巨人英特尔和挑战者AMD。随着铜矿（Coppermine）和雷鸟（Thunderbird）的推出，这一年可以说是有史以来PC机CPU竞争最白热化的时期。战争是残酷的，如果不努力前进，就会被别人远远抛离。目前处于优势的是AMD，它冒险引入了全新的EV6总线和铜线互连技术，得到了不少厂商的支持，而且Athlon处理器的整数和浮点能力均十分强大，暂时还无人能敌。下一代主流CPU INTEL的P4和AMD的"野马" Mustang也开始初露端倪，低端的Duron对比CeleronII暂时处于优势地位，由于配套的KT133主板仍然处于高价位，而K7 550+KX133SLOT A主板现在只有1000出头，而总体性能仍然比Duron+KT133高，和雷鸟相比也是各有千秋（由于具有512K L2 CACHE在某些高端应用要超过Thunderbird）,暂时其兼容性(尤其是AGP)应该说比KT133更好，其性价比之高是无容置疑的，况且现在仍然有许多人还在使用 K7+KX133，我自己也一直在用K7，从0.25的K7 500到0.18的K7 550/650/700，充分感受到其强大的实力和无穷的潜力，下面就看一看我们的老K7。

　　K7是AMD公司推出的全新架构的CPU，采用3D NOW！指令集的K6-2处理器，广受好评。而新一代功能强大的K7继续采用3D NOW！指令集。AMDK7采用200MHz的外频！而intel公司的PIII处理器可能只会有133MHz外频。AMD甚至表示，2000年时，将会推出基于1000MHz外频的产品。而且在K7的设计之中，AMD放弃了一直都沿用的Socket 7结构，转向将采用卡匣式结构，这样看起来，AMD K7更像是PII了。据AMD所公布的资料显示，K7第一个版本采用的是0.25微米的制造技术，而后将采用0.18微米新工艺。K7加强了整数、浮点运算和多媒体运算的能力，具有每次可发出九条指令的超阶层微架构、超阶层管线的浮点运算单元。K7并没有采用INTEL的GTL+系统总线协议，它使用的是Digital公司的Alpha系统总线协议EV6。EV6系统总线有许多的优点，首先它有许多比GTL+更为优秀的构造，例如点对点布局。其次它可以支持200mhz的外频，也就是说我们一年以后见到的K7有可能工作在200mhz的外频下，K7将是第一个真正支持RDRAM或DDR SDRAM的CPU，其中RDRAM可以提供1.6GB/S的数据传输。K7没有把Cache内建在处理器里。但是，K7具有64位可编程控制的后置式L2 cache界面，可支持512KB~8MB的二级缓存( 可惜现在只有512K)。

　　现在我们就来看看K7的结构到底是怎么样的：
　　·3个并行的X86指令解码器；
　　·9个为高频率优化的超标量微结构；
　　·动态推测时序，乱序执行；
　　·2048个入口分支预测表和12个入口返回堆栈；
　　·3个超标量乱序整数管道，每个包含：
　　整数执行单元
　　地址产生单元
　　·3个超标量乱序多媒体管道；
　　·64K指令一级CACHE＋64K数据一级CACHE，每两路相关；
　　·2个通用64位数据CACHE装载/存储端口；
　　·高速64位后方2级CACHE控制器：
　　支持512K到8MB二级CACHE
　　可编程接口速度
　　·高速64位系统接口：
　　200MHz系统总线。

　　接下来我们就看看K7各种详细的性能指标：

　　一、K7采用的系统总线：

　　AMD的K7处理器并没有采用和Intel的GTL＋相同的系统总线协议，它使用的是Digital公司的Alpha系统总线协议EV6。顺便说一下,Alpha处理器是一种用于服务器系统的纯64位处理器,其性能优于现在用于PC系统的处理器。K7使用的EV6系统总线有许多的优点，首先,它有许多比GTL＋更为优秀的构造，例如它使用点对点布局。其次它可以支持200MHz的外频，也就是说我们一年以后见到的K7有可能是工作在200MHz的外频下，K7 CPU将成为第一个从高带宽内存如Direct RDRAM和DDR SDRAM中受益的CPU。Intel的GTL＋结构在100MHz总线下的尖峰带宽只有800MB/s;在133MHz时只有1066MB/s。Direct RDRAM和DDR SDRAM在100MHz总线下能提供1.6GB/s的带宽, DDR SDRAM在133MHz总线下能提供2.1GB/s的带宽,这种带宽正好配合K7的200/266MHz EV6总线。

　　二、K7中的Cache：

　　AMD将在1999年底推出内建L2 Cache的"Sharptooth"（K6III）处理器，不过新一代的K7没有将L2 Cache建在处理器内，但是，K7内置的tag RAM足以支持和Intel的PentiumⅡ处理器一样的512KB的L2 Cache，同时AMD还考虑生产像Intel的P6 CPU一样的外置的tag RAM，来支持不少于2MB～8MB的具有64位可编程控制的后置L2 Cache。虽然K7将不会把L2 Cache内建在处理器里，但是L2 Cache的速度将占CPU主频的1/3至全速，并且L2 Cache将使用SRAM或者DDR SRAM以保证其速度。K7将拥有不少于128KB的L1 Cache，其中，64KB将作为数据缓存，剩下的64KB将作为指令缓存。要知道PentiumⅡ只提供了仅有32KB容量的L1 Cache。有传言说Katmai可能会有不少于64KB的L1 Cache，但这也仅是K7的L1 Cache容量的一半。拥有大量的L1 Cache对高速的处理器来说是必须的，没有足够的缓存是导致处理器性能提高的一大瓶颈。灵活的L2 Cache设计，使得AMD可以像Intel一样，通过L2 Cache的大小和速度来决定CPU的用途，工作站或是服务器。K7将和Intel的Deschutes内核一样有64GB的寻址空间，但Slot 1只有4GB的寻址空间，而Slot A可以有64GB，故而K7的缓存空间也能达到64GB。因此，我认为使用加大缓存容量和DDR SDRAM作为L2 Cache的K7一定能够提供非常优秀的性能。

　　K7微结构优点：

　　K7有三条并行的x86指令译码器，用于将X86指令翻译成定长的微指令，每条微指令可以执行1到2个操作。K7有两种不同的译码流水线做这个工作，直接路径译码器快速地译码通用指令，而辅助路径译码器在微代码ROM中检索复杂的X86指令。K7有72个指令控制单元指令，控制单元分配微指令到乱序整数管道和乱序多媒体管道中去。乱序整数管道可以支持15个微指令，最大可同时进行30个操作，它的工作是分配3个独立的操作到3个并行的整数执行单元中去，每个执行单元都带有一个地址发生单元。地址发生单元能够通过优化L1和L2缓存数据的存取来保证最快的操作速度。

　　总之：K7的推出，所造成的最大的挑战是Intel的Coppermine带有同步L2缓存的0.18um工艺的Katmai。Coppermine的结构仍将与Katmai类似，因此Coppermine只有通过更高的主频来还击K7。这将是Intel公司1999年7月以前的主要任务。也许KNI与3D Now!的对抗将使得一切都不同。很明显，AMD不仅仅是发布一种新的CPU，而是一个正面进攻计划，对Intel的逐步进攻，直到K7的最后攻击。这就是为什么引入像Slot A这样的新的平台。K7卓越的设计将会吸引众多人的注意。Intel将不得不面临一场艰苦的战役。只有一个全新设计的CPU才有机会击败K7，因此他们只能比计划大大提前地推出Willamette，总而言之CPU发展下去将是好戏连场，绝对不容错过呢！

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