dec|芯片的晶体管数量，是如何走到今天？( 三 )

酷睿双核是第一个多核PC处理器
英特尔在2006年发布了Core Duo，这是第一个多核的个人电脑PC处理器。服务器之前已经采用了多核芯片，但该公司将这种方法带到了个人电脑上，为笔记本电脑和台式机提供了两种不同的设计（见MPR 10/3/05，"Yonah做双核的权利"）。该公司在其65纳米节点上制造了管芯面积为143平方毫米的台式机版本（Conroe），包装了2.91亿个晶体管。它的频率达到3.0GHz，同时运行32位和64位x86体系结构。在英特尔的高主频NetBurst方法火了之后，Conroe是第一批使用Core微体系结构的处理器之一，该体系结构仍然是该公司目前旗舰CPU的基础。

酷睿双核Core Duo开启了今天的多核运动，并成为中心。通过将两个CPU装在一个管芯Die上以填补其晶体管预算，英特尔大大提升了性能。另一个选择是建立一个更复杂的单核CPU，相对于上一代产品，其尺寸增加了一倍，但这被证明是不可行的。乱序的Core CPU核心集成了一个32KB的指令和数据缓存，四个解码器，一个96个条目的重排缓冲器，以及五个用于内存和算术操作的执行端口。它集成了一个128位SIMD单元，用于加速英特尔的向量（SSE）扩展。

新的双核处理器不仅因其性能而闻名，而且还因其（当时）令人印象深刻的65W功耗TDP等级而闻名。然而，双核模式给软件带来了问题，这些软件被设计为在单个CPU上运行。工程师需要实现多线程编程模型。发布升级的软件花了几年时间；在这期间，很少有用户能看到承诺的性能提升。
Power8将多线程带入一个新的水平
到2014年，多线程软件已经成为常态，但Power8将多线程带到了一个新的水平。2014年发布的它是一个多线程的怪物，包装了12个核心，有96个线程（见MPR 12/29/14，"Power8冲击商业市场"）。IBM用22纳米绝缘体上硅（SOI）工艺制造了这颗190W的芯片。即使按照现代标准，它也是巨大的，面积为650mm2，装有42亿个晶体管，如图4所示。这也是第一个可供商业购买的POWER芯片。

文章插图

图4 Power8的晶片管芯照片
（在2014年，IBM通过12核，每核4线程将多线程推进到新的高度。22纳米的晶片管芯尺寸是650平方毫米，同时封装了42亿晶体管。（由IBM拍摄的晶片管芯照片））

在设计Power8时，片上存储器成为IBM的重点。该芯片每个内核采用512KB的二级缓存，96MB的嵌入式DRAM（eDRAM）用于L3缓存。eDRAM的使用是独一无二的：它使IBM能够在芯片上集成大量的存储，而单靠SRAM是不可能做到的。即使是巨大的内核数量，Power8的速度也达到了3.6GHz。该设计的特点是具有14个执行单元的特别宽的执行引擎，可以处理分支以及整数、浮点、定点和向量操作。广泛的执行引擎帮助Power8在IPC方面超过了竞争对手。

该处理器仍然让Intel在服务器市场上赚到钱。Power8的价格比英特尔的旗舰产品至强E5-2699v3低30%，提供类似的整数性能和领先的浮点性能。全球的银行家和零售商都受益于定点的十进制引擎，它加速了传统的Cobol软件。尽管有更好的性能和更低的价格，但该处理器缺乏X86兼容性，使其在IBM自己的系统之外没有获得吸引力。
Nvidia A100达到了光照极限（Reticle Limit）
Nvidia的A100最能代表当今的高性能处理器，它使用专门的体系结构在一个流行的应用程序上实现了领先的性能。该公司的GPU已经成为神经网络训练的代名词（见MPR 6/8/20，"Nvidia A100在AI性能方面名列前茅"）。在过去十年中，人工智能应用的普及率飙升，触及日常生活的许多方面。但神经网络带来的巨大计算压力造成了对专门硬件的需求。用于数据中心400W的A100 GPU在20年第二季度投入量产，并立即成为AI的热门产品。它具有540亿个晶体管；在7纳米统一中，826毫米的巨大芯片测试了台积电的光照尺寸极限。