AMD“Bulldozer”成为CPU设计时代的转折点

●2011年Intel和AMD的CPU架构变革

对于面向PC服务器的x86 CPU来说，恐怕2011年将出现最重要的转折点。

从Intel和AMD到2011年为止的CPU发展路线图可以看出x86 CPU领域的宏观发展趋势。简单地说，从2004年开始一直到2010年“多核化时代”将结束，从2011年开始进入到“多核＋矢量扩展＋系统整合的时代”。2011年将成为CPU领域再次发生重大转折的一年。从今年到明年将是成为两个时代交接的“助跑期”。

从去年末到今年，Intel和AMD双方都明确了将在2011年对CPU内核架构作重大变革，AMD的“Bulldozer”和Intel的“Sandy Bridge”都将在2011年投产。不仅仅是多核化，由于新命令扩展的强化，系统集成也朝着提高性能的方向发展。到目前为止，我们已经进入不同技术趋势并存的时代。

这并不是一种猜测。CPU制造商的架构师们也解释了CPU架构将从2011年开始发生重大转变的问题。例如，AMD公司CPU架构师Chuck Moore在去年11月召开的CPU架构大会的演讲幻灯片中提到了这一点。

Chuck Moore讲述CPU的发展历程（点击放大）

●划分x86 CPU三个时代的标志

Moore将从1986年到2004年之间的这18年时间称为“单芯片CPU时代”，这就是所谓的单核时代。在这期间主要是一个CPU内核的完善和单线程性能的提高。

接下来从2004年到2010年之间的6年时间被称为“片上多处理器时代”，也就是所谓的多核时代。在这期间主要是CPU内核在旧模式基础上进行扩展和提高多线程性能的同构多核时代，现在我们就处于这个时代中。

Moore表示，从2010年开始我们将进入“系统级集成时代”，这是一个代表了向异构环境中集成处理器和加速器、向一个芯片上集成更多系统级功能特性和高级资源管理功能这样一种新方向发展的CPU时代。因此，这时候提高的不仅仅是多线程性能，在架构师看来，2011年产品水平也将开始提高。

其实，Intel方面也有类似的趋势见解。下面是2008年Intel春季IDF大会上展示的幻灯片。其中，Intel的单核性能到2009年一年内提高了15%。不过这说明到2010年以后，由于引入了Vector FP，提高的速度会呈直线增长趋势。实际上，Intel计划推迟到2011年引入新的命令，因此这个快速增长的曲线将从2011年开始。

Intel 2008年春季IDF大会上透露了新命令的引入和性能提高幅度（点击放大）

这样看来，CPU架构、性能和方向性将从2011年开始发生变化，Intel和AMD也在这一点上达成了共识。

●Intel和AMD的CPU发展路线

Intel和AMD的图标很明白地说明了CPU架构的转变。下面的表格总结了两家厂商的架构的流程。

左边两个蓝色的栏目代表Intel的桌面CPU和移动CPU两个架构系列。下面绿色一栏代表AMD CPU架构系列。

这个图中还总结了采用不同制程工艺的同系列微架构。例如，AMD的K8跨越了130nm、90nm和65nm三个制程工艺。架构的划分用红色线标出。

而且，即使微架构不同，基础颜色也标志出相似性高的架构。例如，AMD现有的CPU微架构K10(k8L)提升了上一代K8系列的浮点运算性能。考虑到K8的开发因素，K10使用了和K8相同的底色。

每个CPU架构四周的颜色代表着CPU内核数。灰色代表单核，蓝色代表双核，粉色代表四核，紫色代表6核或者更多内核。这里还标出了集成到一个CPU模块中的CPU内核数，外侧的颜色代表多芯片模块（MCM）的多核数量。例如Intel的Merom周围是蓝色，代表着双核，但是最外侧是粉色，代表着四核。

从这个图中我们也可以清楚地看到Moore提到的架构发展路线。

Intel和AMD的CPU架构发展路线（点击放大）

●2003年～2004年单核扩展停止

AMD K7架构的优化提高的单线程性能。根据单核时代的理论，更高级的无序执行方式将继续下去，缓存的开发将更加深入以及继续在CPU中增加缓存。

但是，从2003年到2004内之间，这种强调单核的路线将走向困境。这其中有很多原因，简单地总结一下的话，提高单线程花费大量的晶体管的同时不消耗功率是矛盾的。要是提高单线程性能的CPU内核的功耗超出了极限，那么就没有什么实际价值了。

这时候就出现了Cell shock。由索尼、IBM和东芝针对PS3开发了Cell B.E。之后在2004年ISSCC收到了有关Cell B.E的论文，自那时起行业内的研究人员开始知道了Cell B.E的存在。Cell B.E在异构环境下实现了超过现有CPU浮点运算性能10倍的特点震惊了业界。

x86 CPU制造商也开始大刀阔斧第向多核时代进发。因为CPU内核数增加，所以处理性能也有所提高。Cell B.E填补了性能上的差距，在这期间，Intel和AMD都取消了正在开发中的大型CPU内核计划。

不过，据说AMD在开发K8的时候就预感到了提高单线程性能这条路可能会走不通。为此，K8只为K7保留了很小的CPU内核扩展空间，另外还考虑到了多核设计。最终，AMD在2005年比Intel稍早一些进入了双核时代。

●止于K8/K10的CPU架构多核时代

AMD在开发出了90nm双核处理器之后又开发了45nm四核处理器，而且适用于服务器的六核45nm Phenom处理器也投入生产。总之，在多核时代，每经过一代升级，CPU内核数就有所增加，而且基本保持增加两个CPU内核的步调。

虽然多核化仍然在继续，但是AMD自己的CPU内核微架构没有太大变化。K10增加了CPU内核，不过这并不是对微架构本身的根本性变革。K10架构最初使用的名称是K8 Rev. H和K8L。总之，不管是在多核时代之前还是进入到多核时代，AMD一直使用者相同的K8微架构。

到2011年之后AMD的CPU内核微架构将转变成为“Bulldozer”。据称，Bulldozer不是K8或者K10的升级，而完全是有一种革新的架构。AMD在去年11月召开的Analyst Day大会上表示：“这将成为微架构的根本性变革。”

据说，作为Bulldozer的开发总工程师，Chuck Moore开发了Power4，并且参与了Power架构的升级项目，之后IBM的一些精英参与到Bulldozer开发团队中，现在的K7/K8/K10都是他开发的。

这里必须还提到一个人，他就是Intel副总裁兼首席技术官Justin R. Rattner。他说：“恐怕需要指出的是，AMD的CPU架构是属于IBM的架构体系吧。AMD拉拢了IBM的架构师，每个设计团队都有设计特征，例如，设计DEC的架构师设计了K7/K8架构，显然这和Alpha架构是有些相似的。”

总之，向Bulldozer架构的转换意味着AMD向多样化的发展趋势。首先，这是对8年来CPU架构的一次彻底改革。标志着从DEC向IBM系架构的转变。而且CPU架构的变革也开始从多核时代向系统级集成时代转变。可以说，2011年向Bulldozer的转变将是AMD十年来最重要的一次变革。

AMD之前计划是在2009年推出Bulldozer。但是在AMD和ATI合并之后，Bulldozer计划也被推迟到了2011年。对AMD来说，2009年到2011年将是填补空白的时期。

Intel CPU转变路线（点击放大）

AMD CPU转变路线（点击放大）