[轉帖]晶片相關-- Cpu歷史--intel系列

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上次發了一篇文章，本以為沒有人會感興趣，大家關注的還挺多的，正好最近有空，把cpu的歷史做了一個簡單的回顧，將歷史上出現的相關廠家關鍵晶片做個梳理，透過發展歷史，大致瞭解脈絡後，看羅馬也不是一天完成的。

說明：使用到的圖片大部分來源於廠家公開資料及網路上各種公開渠道，包含淘寶，博物網站等，如有侵權，請站內私信我刪除。

Cpu歷史之intel系列

4004

4004是美國英特爾公司(Intel)推出的第一款微處理器，也是全球第一款微處理器；1971年11月15日釋出。4004處理器die的面積大約為13.25mm2（約3mm×4mm），採用16只針腳，內有約2300個電晶體，採用五層設計，10um的製程工藝。4004的最高時脈有0.74MHz，能執行4位元運算，支援8位元指令集及12位元位址集。當時鍾頻率僅為108KHz時，可以每秒運算6萬次。

第一款4位處理器

8086

1978和1979年，Intel公司先後推出了8086和8088晶片，它們都是16位微處理器，內含29000個電晶體，時脈頻率為4.77MHz，地址匯流排為20位，可使用1MB記憶體。內部資料匯流排是16位，外部資料匯流排8088是8位，8086是16位。1981年8088，晶片首次用於IBMPC機中，開創了全新的微機時代。

8086的dip40封裝

8086的die shot

外形和課本上的8051晶片很像，功能效能都類似，但8051更像一顆SOC。1981年INTEL推出的MCS-51單晶片，資料是8bit，8051是其中一種，後來授權給其它晶片公司開發出各種形態的51微控制器產品。

80286

1982年，Intel推出了80286晶片，該晶片含有13.4萬個電晶體，時脈頻率由最初的6MHz逐步提高到20MHz。其內部和外部資料匯流排皆為16位，地址匯流排24位，可定址16MB記憶體。80286有兩種工作方式：真實模式和保護模式。

80286（PLCC封裝）

80286的指令流水線有3級：取指，譯碼和執行。比8086多了一級譯碼。

80386

1985年，Intel推出了80386晶片，它是80X86系列中的第一種32位微處理器，內含27.5萬個電晶體，時脈頻率為12.5MHz，後提高到20MHz，25MHz，33MHz。其內部和外部資料匯流排都是32位，地址匯流排也是32位，可定址4GB記憶體。80386的廣泛應用,將PC機從16位時代帶入了32位時代。比80286更多的指令集。

386陶瓷封裝

這種陶瓷封裝很有質感，成本估計不菲，現在估計只有在軍品中可以看見身影了。

80486

1989年，Intel推出了80486晶片，這種晶片實破了100萬個電晶體的的界限，整合了120萬個電晶體。其時脈頻率從25MHz逐步提高到33MHz、50MHz。80486是將80386和數學協處理器80387以及一個8KB的快取記憶體整合在一個晶片內，並且在80X86系列中首次採用了RISC技術，可以在一個時鐘週期內執行一條指令。

80486的效能比帶有80387數學協處理器的80386DX提高了4倍。

1989年上市時價格為950美元，這時CISC中也加入了RISC技術，其實後來大家都在互相借鑑，都不適合簡單粗暴的用cisc和risc來區分了。

Intel Pentium

Intel公司於1993年03月22 日，釋出了P5架構的80586，其正式名稱為PENTIUM。PENTIUM含有310萬個電晶體，L1為16KB（8+8）時脈頻率最初為60MHZ和66MHZ，Socket 4 ( 273 針腳 PGA 封裝)，電壓5V，採用0.8um BiCMOS工藝製造。

Intel Pentium (P5, 80501)兩種不同封裝

Intel Pentium (P5) Die shot

奔騰後續還有出幾代強化版本。1994 年 10 月 10 日P54C Microarchitecture，75 MHz ~ 120 MHz，電壓降低為3.3V，Socket 5 ( 273 針腳 PGA 封裝) / Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，320萬

Intel Pentium (P54C, 80502)

1995 年 06 月 10 日P54CS Microarchitecture，133 MHz ~ 200 MHz，Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，330萬，提升到0.35微米

Intel Pentium (P54CS, 80502)

1997 年 01 月 08 日P55C Microarchitecture，120 MHz ~ 233 MHz，L1 快取大小：32 KB (資料與指令快取各 16 KB) 4-way，Socket 7 ( 321 針腳 PGA 封裝)，450，採用0.35和0.25um工藝，首次映入MMX指令集

Pentium MMX

四種 Intel Pentium OverDrive左而右依序為 Socket 4、Socket 3、Socket 5、Socket 5 或 Socket 7 (MMX) 四種

1997 年 08 月筆電專屬版本：Tillamook, 166 MHz ~ 300 MHz, 32 KB (資料與指令Cache各 16 KB) 4-way, 插槽：MMC-1 (280 針可攜式電腦專用處理器卡匣),2.5v,450萬，採用0.25um工藝。

Tillamook 的 MMC-1 模組的外型

資訊來源：https://isite.tw/2016/01/27/14785

Intel Pentium Pro

1995年11月1日，Intel推出了Pentium Pro處理器。Pentium Pro的工作頻率有150/166/180和200MHz四種，都具有16KB的一級快取和256KB的二級快取。它是基於Pentium 完全相同的指令集和相容性，達到了440 MIPs 的處理能力和5.5 M個電晶體。這幾乎相當於比4004處理器的電晶體提升了2400倍。值得一提的是Pentium Pro採用了“PPGA” 封裝技術。即一個256KB的二級快取晶片與Pentium Pro晶片封裝在一起 ，兩個晶片之間用高頻寬的內部匯流排互連，處理器與快取記憶體的連線線路也被安置在該封裝中，這樣就使快取記憶體能更容易地執行在更高的頻率上。TDP：31.7 W ~ 44 W，16 KB (資料與指令快取各 8 KB) 4-way，L2 快取大小：256 KB / 512 KB / 1 MB，Socket 8 ( 387 針腳 PGA 封裝)，550萬電晶體。

例如Pentium Pro 200MHz CPU的L2 Cache就是執行在200MHz，也就是工作在與處理器相同的頻率上，這在當時可以算得上是CPU技術的一個創新。Pentium Pro的推出，為以後Intel推出PⅡ奠定了基礎。

Intel Pentium Pro L2 Cache區域和CPU邏輯區域

PENTIUM引起的轟動尚未結束，Intel公司又推出了新一代微處理器——P6。P6含有550萬個電晶體，時脈頻率為133MHZ，處理速度幾乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。

P6的一級（片內）快取為8KB指令和8KB資料。值得注意的是在P6的一個封裝中除P6晶片外還包括有一個256KB的二級快取晶片，兩個晶片之間用高頻寬的內部通訊匯流排互連。P6最引人注目的是具有一項稱為“動態執行”的創新技術，這是繼PENTIUM在超標量體系結構上實現實破之後的又一次飛躍。

1997年，在奔騰（P54C）和P6的基礎上又有了新的發展，一塊奔騰（P54C），加上57條多媒體指令，就得到了多能奔騰（P55C），相對P54C，P55C在以下幾方面做了改進：（1）支援稱為MMX多媒體擴充套件的新指令集，有57條新指令，用於高效地處理圖形、影片、音訊資料；（2）內部Cache從16KB增加到32KB。（3）最佳化了CPU的執行核心。

大小對比從左到右Pentium Pro (Socket 8)Xeon E7420 (PGA604)Xeon E5-2690 (LGA2011)Core i7-2820QM (PGA988)

金燦燦的年代到奔騰pro就結束了，後續的cpu封裝感覺少了一份豪華感，據說這種封裝裡有價值上百的黃金

參考：https://encyclopedia.thefreedictionary.com/Pentium

Intel Pentium II

為了彌補P6的某些缺陷，Intel在P6基礎上開發了兩個變體：Klamath（即PentiumⅡ）和Deschutes來補充完善它。

PentiumⅡ使用MMX和AGP技術，其系統匯流排速度達到66MHz，一級Cache含16KB指令Cache和16KB資料Cache，二級Cache為512KB，採用了0.35微米的工藝，CPU工作電壓為2.8V。203平方毫米.

Deschueses（PII350以上的CPU）是PentiumⅡ的一個0.25微米版本，具有更低的電源電壓，外頻為100MHz。

PentiumII改變了以往的PGA陶瓷封裝，而把處理器晶片、L2快取記憶體以及TAGPAM（用來管理L2快取記憶體）整合在一塊電路板上，然後封裝在新的SEC（SingleEdgeContact，單邊接觸盒）內。由於採用了新的SEC封裝，PentiumII必須插在242線的SLOT1插槽內，也就是說，PentiumII不相容Socket7結構。

Intel Pentium II（32KB L1）和外接512KB L2高速緩

Intel® Pentium® II（Slot 1）

移動版本的Pentium II處理器(MMC封裝)

Die shot（https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Intel+Pentium+II）

1998年去掉L2快取的Celeron

處理器型號: 核心代號:介面型別:指令集:封裝形式:頻率:系統前端匯流排速度:電晶體數目:L1 Cache:L2 Cache:製程工藝:在產:生產日期:

Intel® Pentium® II Xeon™ DrakeSlot 2IA32 (x86), MMXSECC400MHz-450MHz100MHz~7.5 Million32KB512KB-2MB (Full Speed Off Die)0.25微米No1998

Intel® Pentium® II Xeon(正面和背面) 512KB-2MB (Full Speed Off Die)L2

Pentium II OverDrive（左側處理器），帶有 512KB 的 L2 快取（右側）

Intel Pentium II OverDrive PODP66X333

圖片來源：http://www.cpu-collection.de/?l0=i&i=1814&s=big&tb=1&n=0&sd=0

當時的減配版本，L2快取減半的超頻神器賽揚300A，當時由於cpu功耗大約20W，不像現在動輒一百多瓦，稍微改善一下散熱就有超頻環境，當時這顆CPU也成為經典，特別是370封裝的，主機板晶片組跨度大，實惠的選擇很多。

更多資訊參考：https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/30897

Intel Pentium III

1999年2月26日推出奔騰III 處理器 800MHz、256K快取記憶體、133MHz FSB ，TPD20.8 瓦，180奈米，與Pentium II相同，也有低階的Celeron版本和高階的Xeon版本。

最初版本Katmai與Pentium Ⅱ均使用0.25μm製程，唯一的差別是加入了SSE，改進一級快取控制器，效能有所提升。

第二個版本Coppermine（銅礦）開始普遍採用了新的Socket 370（FC-PGA）介面，由於使用了0.18μm製程，INTEL能夠在CPU晶片內整合了低延遲性全速256KB第二級快取。

Coppermine-T：FC-PGA2封裝的Coppermine CPU針腳與Coppermine不同，無法與FC-PGA相容。

最後一個版本Tualatin只是實際上英特爾的0.13μm製程試驗。在2001年至2002年早期推出，主頻分別為1.0、1.13、1.2、1.26、1.33和1.4 GHz，同樣採用了256K二級快取。但由於使用FC-PGA2封裝而無法與之前的主機板相容。針對桌面市場的Tualatin產量很少，大部分Tualatin特別是512KB二級快取的衍生版本（稱為 Pentium Ⅲ-S）用於伺服器市場。

Katmai核心Pentium III（slot封裝）

Socket 370封裝的Pentium III（Coppermine核心）

Intel Pentium 4

英特爾公司於2000年11月釋出的第7代x86微處理器。是繼1995年出品的Pentium Pro之後的第一款重新設計過的處理器，這一新的架構稱做NetBurst。首款產品程式碼為：Willamette，擁有1.4GHz左右的核心時鐘，並使用Socket 423腳位架構，首款處理器於2000年11月釋出。開啟頻率大戰，效能卻沒有大幅度提升。到4GHz時，功耗問題止步，2005年年中放棄了Pentium 4，並轉向升溫更少的Pentium M。

Intel Pentium 4 不同規格

當前Intel 在售cpu

Intel處理器清單

以上資訊來源intel官網：https://ark.intel.com/content/www/us/en/ark.html#@Processors

Intel 處理器品牌和簡要說明

酷睿（Core）是英特爾公司推出的面向中高階消費者、工作站和發燒友的一系列CPU。酷睿替代了曾經是中高階的奔騰（PenTium），將奔騰移至入門級，並將賽揚（Celeron）處理器推向低端。當前常見的I3I5I5就是這個系列，I7還出過至尊版Intel Core i7 Extreme EdiTIon，還有I9處理器。

奔騰（PenTium）是英特爾公司的一個註冊商標，作為其x86處理器品牌之一，於1993年推出。之前奔騰是英特爾的唯一的x86處理器產品線，後來隨著其產品線的擴充套件衍生出低端的賽揚（Celeron）系列、供伺服器以及工作站使用的至強（Xeon）系列。2006年英特爾推出酷睿（Core）系列處理器產品線，取代原奔騰處理器系列的市場定位。如今奔騰定位中端系列，介於賽揚和酷睿之間。

賽揚（Celeron）是英特爾公司中央處理器的一個註冊商標。賽揚處理器是Intel旗下經濟型產品，於1998年推出。

至強（Xeon）是Intel的一箇中央處理器品牌，主要供伺服器及工作站使用，亦有超級計算機採用此處理器。Intel XeonE3-1230曾因高價效比而受到電腦DIYer的熱捧，有“i5的價格，i7的效能”的美譽。

安騰（Itanium），是英特爾安騰架構（IA-64）的64位處理器。第一款安騰於2001年推出，該處理器的市場定位是在於企業伺服器與高效能運算系統。

凌動（Atom）開發代號Silverthorne，是Intel的一個超低電壓處理器系列。該處理器的市場定位是在於智慧手機、平板電腦和低成本PC，上網本等。

Quark是英特爾的32位x86 SoC和μCs系列，專為小尺寸和低功耗裝置而設計，並面向包括可穿戴裝置在內的新市場。該處理器雖然比 Atom處理器更慢，但體積和功耗更小。

Adler Lake

在2021的Hot Chips大會上，英特爾詳細解讀了高效能處理器——Alder Lake的架構。Alder Lake是英特爾的桌面級CPU架構，英特爾放棄了同構CPU核的設計，轉向了大小核。P系列大核專注單執行緒效能，其中有兩個新的東西：一個是Matrix Engine，作為AI協處理器；另外一個是PM Controller，負責細粒度的功耗管理。

E系列小核專注多執行緒吞吐（Throughput），所以小核的Front-End更深，Back-End更寬。另外小核和大核的ISA是相容的，且四核共享MLC。

除此之外，Alder Lake為了大小核的排程，引入了Thread Director。工作原理是先根據應用部署在大核或小核上的IPC差異，對應用進行分類，然後OS根據應用型別進行排程。

CPU-Z軟體所識別的引數，分別是關閉AVX-512與開啟AVX-512

ITD，全稱硬體執行緒排程器（Interl Thread Director），是一個全新的硬體資源排程方式。Alder Lake架構中將包含兩種不一樣的處理器核心：P-Core和E-Core。就像ARM架構SoC中的大小核一樣，P-Core和E-Core在效能與能耗上也有自己的差異。因兩種核心在結構、能耗與擅長的運算種類上有所差異，如何排程兩種核心，將使用者的操作分配到適合的核心就成了Alder Lake要面對的首要難題。

ITD的出現為的就是解決硬體資源分配的問題。在ITD出現之前，Windows採用的是一個比較簡單的硬體資源分配方式：Windows 10認為哪個軟體在前臺，哪個軟體擁有最高的優先順序，就能分配到最強的核心。同時，過去處理器與作業系統之間的資訊彙報也較為單一，作業系統並不能詳細瞭解各個核心的工作狀況。

根據英特爾公佈的資料，Alder Lake最高可以支援16個混合核心、24個執行緒、以及30MB的L3快取，同時支援DDR5-4800、16通道PCIe 5.0、Thunderbolt 4、Wi-Fi 6E等等這些最新的介面、儲存和資料傳輸技術。

看到這裡，應該對通用cpu的主力廠家之一intel有了一個初步的印象。Cpu的大廈也是從簡單的4004一步一步發展到如今的程度，每一步的變化都是有歷史原因的，是有跡可循的。

世間本沒有魔法，只是我們還不瞭解，導致讓它看起來像有魔法一樣。

下期預告：晶片相關-- Cpu歷史--AMD系列

目前主流的民用cpu除了intel就是AMD，也是大家說的農企，最近蘇媽領導的農企表現非常搶眼，不光價格可以，效能也隨著zen架構釋出逆轉，"AMD,YES!"成了裝機吧佬的口頭禪。