安腾处理器研究报告

1、 安腾处理器研究报告吴小丹（033338）侯晓燕（033339）1摘要 安腾处理器对于我们来说既是熟悉的又是陌生的，它是第一个64位处理器，是我们一心想追求的64位体系结构的成果，但又因为面对的是高端用户以及其昂贵的价格而所让我们陌生。 那安腾到底好在哪？问题又出在哪？采用的技术是什么？在众多处理器的竞争之下，安腾的能否笑傲天下？ 这篇研究报告将揭开安腾的神秘面纱，深入剖析安腾的现在，未来。 2引 言 2001年，Intel创新地推出了64位的安腾处理器，获得了业界的广泛支持，开始了安腾家族的发展史。全球多家领先厂商针对安腾处理器进行了相关软件的开发，如操作系统、数据库、应用软件等等。同时很多

2、服务器厂商很快推出了基于安腾的产品，如浪潮的超能2000。据统计，截止到目前，已经有许多的企业用户都采用64位的产品。于是乎，IA-64变成了IT界一个大家耳熟能详的名词。2002年，英特尔公司又将推出安腾家族的第二代产品安腾2处理器，并宣称，服务器的安腾盛世已经到来。2002年6月25日，浪潮率先在全球推出采用Intel最新的64位处理器安腾2的服务器超能3000。Intel对安腾产品的大力推进，浪潮等服务器厂商的紧密跟进，都向我们展示了一个全新的IA-64时代的到来。许多在全球业界领先的公司都选择了基于英特尔 安腾 2 处理器的平台来满足其关键任务的计算需求。这些公司需要出色的性价比，以及

3、卓越的可靠性和可用性的处理器。基于英特尔 安腾 2 处理器的平台可帮助这些企业更快、更高效的运行业务，从而创造出更辉煌的业绩。 可是安腾盛世真的到来了吗？ 安腾处理器真的能如Intel所宣称的可以独领风骚吗？ 本文从不同的角度深入研究安腾处理器。第一部分介绍安腾处理器，从它的优缺点以及它的未来发展深入剖析。第二部分描述安腾处理器所采用的相关技术。 3安腾处理器介绍 3.1安腾处理器简介 安腾是英特尔公司面向企业级应用处理器的名字，它将英特尔架构的卓越性能和规模经济的优势带到了数据密集型、企业关键的技术计算应用之中。安腾处理器家族是专为高端企业和高性能应用设计的，能为业务智能、数据库、企业资源规

4、划、供应链管理、高性能计算、计算机辅助工程和安全交易提供领先的性能。 不过应该说是安腾是大多数人不是很了解的处理器之一。因为它是专为要求苛刻的企业和技术应用而设计，是瞄准高端企业市场的，并且相对Intel其他系列的处理器来说，其价格昂贵，即使最便宜的型号价值仍然超过1000美元! 图1：安腾处理器3.2安腾处理器的主要优势 安腾处理器作为Intel处理器的旗舰系列，拥有着最纯正的64位血统，安腾处理器是构建在IA-64(IntelArchitecture64)上，IA-64 在很多方面来说，都比x86有了长足的进步。突破了传统IA32架构的许多限制，在数据的处理能力，系统的稳定性、安全性、可用

5、性、可观理性等方面获得了突破性的提高。安腾处理器的主要优势显而易见： 一、安腾处理器的清晰并行指令计算（EPIC）设计，在万亿字节(terabytes of data)数据处理、高速安全在线购物和交易及复杂计算处理方面取得了突破性成果。二、四种操作系统将对基于安腾处理器的系统提供支持，同时数百家公司正在开发适用于安腾处理器家族的应用软件，更多的企业正在开发适用于安腾处理器家族的技术和产品（数量远远超过针对任何其他64位架构开发技术和产品的企业）。 三、基于安腾处理器的系统通过诸多产品和体系结构的创新，能够为客户提供世界一流的性能和可靠性。四、独立测试结果显示，在进行在线安全交易时，与专用RIS

6、C系统相比，基于安腾处理器系统的性能提升可达12倍。 图2 NEC的Itanium 2服务器当然，没有东西是十全十美的，安腾具有这么多的优势，却为什么迟迟没法占领处理器市场，原因就在于安腾面临的问题同样非常的多。3.3安腾面临的问题 移植问题 安腾拥有最纯正的64位血统，但现在却成了它发展的软肋， IA-64微处理器最大的缺陷是它们缺乏与x86的兼容，所以安腾处理器面临的重大问题是移植问题。因其非兼容性，只能让现有基于32位系统的程序和软件“另起炉灶”，必须完全重新编写专门的软件才能运行，这就意味着大量的企业软件和数据资产都必须被淘汰掉，企业向64位迁移的成本几乎要用“天文数字”来形容。虽然I

7、ntel为了IA-64处理器能够更好地运行两个朝代的软件，它在IA-64处理器上（Itanium、Itanium2 ）引入了x86-to-IA-64的解码器，这样就能够把x86指令翻译为IA-64指令。这个解码器并不是最有效率的解码器，也不是运行x86代码的最好途径（最好的途径是直接在x86处理器上运行x86代码），因此Itanium 和Itanium2在运行x86应用程序时候的性能非常糟糕。 缺乏应用开发 IA-64 架构的先进性毋庸置疑，但它仍然面临着缺乏应用开发，难以在短时间内大规模普及的尴尬境地。 IDC 副总裁JeanBozman 说：“要想发展安腾处理器，目前开发相应的软件应用是至

8、关重要的。” 业内人士认为，制约安腾快速发展的另一个难点，是用户选择服务器的惯性购买心理和对安腾所持有的怀疑心理。用户对传统大型机和RISC 服务器稳定性的根深蒂固的认同成为安腾应用的一大阻碍。 所以，安腾面临的问题是复杂也是严峻的。 对这些问题的解决方案直接决定着安腾的兴衰。 安腾能否自我完善，从安腾的未来里也许可以看得到希望。图3 3.4安腾的未来 虽然一路跌跌撞撞，但安腾的未来还是被看好的。这里有一份来自业内分析公司IDC的最新报告表明，基于Intel安腾2处理器的服务器市场正在进入迅猛发展阶段。 根据对IDC企业服务器客户小组（Enterprise Server Customer Pa

9、nel）501名成员的调查，该报告指出客户对基于安腾的服务器非常满意，而且有很强的购买 意向。此外，接受调查的超过三分之二的PA-RISC服务器客户计划向安腾服务器迁移。 IDC调查报告显示，到2009年，安腾服务器市场将增至66亿美元左右。在今后的5年中，安腾服务器的复合年增长率有望达到35%，而整个服务器市场的复 合年增长率为3.4%。 该报告指出，安腾被更明确地定位为一种针对关键任务应用（如企业资源规划、客户关系管理和业务智能）的解决方案。 据消息透露，Intel公司代号为“Montecito”的双核安腾2处理器将在6月上旬举行的台北电脑展上向公众展示。 双核安腾2处理将在今年七月份量产

10、，到今年第三季度结束，英特尔预计双核安腾二处理器将占据安腾服务器一半的市场。 图4：安腾2处理器（左下）与双核安腾（Montecito）样品（右下）， 两个处理器上方为它们的核心硅片 Montecito是Intel的首款拥有双核心设计以及多达24MB的三级缓存安腾2 处理器， Montecito的性能提升主要来自于双核架构、超线程技术和大容量缓存。由于它集成了两个安腾2处理器的核心，它每时钟周期可并行处理的指令数就从安腾2的6条增加到了12条，超线程技术则提升了它的工作效率。它容量高达26.5MB的二级和三级缓存（每核心独享12MB三级缓存和1.25MB二级缓存）与二三级缓存总容量最高达9.2

11、5MB的安腾2相比，提高了近两倍。 Montecito以及Millington芯片都拥有包括动态电源管理（Foxton ）和缓存纠错功能等一系列新近开发出来的技术。Intel总裁兼COO Paul Otellini指出通过Foxton技术能够动态的调整安腾2的速度，不论动作是超频还是降频。通常超频在服务器领域是不受推荐的，而动态降频则能帮助降低芯片功耗及运行成本. 图5：Montecito的双核心安腾2芯片晶圆 另据消息，Intel将推出4个内核的安腾处理器，代号为“Tukwila”，计划在2008年上市。Intel采用4个内核的芯片设计方案将为用户提供更好的单线程功能，使Intel的安腾处理

12、器性能介于IBM速度更快的Power6处理器和Sun微系统公司的16个内核的Rock处理器之间。 Tukwila还将带有英特尔最新的CSI通用系统互连总线，降低系统延迟，提供串行连接方式，使用微分信号。 这种处理器采用了一个在芯片上的FB-DIMM内存控制器。这种内存控制器可以减少延迟。FB-DIMM内存控制器可能支持4个频道的内存，也可能支持更多频道的内存。由于减少了内存的延迟，Tukwila处理器需要的缓存容量比以前的安腾芯片要少一些。 图6 FB-DIMM内存模块 代号为“Montecito”的双内核安腾处理器配置了27MB缓存，而Tukwila处理器每个内核只有6MB三级缓存，或者是整

13、个处理器芯片有24MB缓存。最初的图表显示，这种芯片上的4个内核和和每个缓存之间都有一个控制通信的开关。 Tukwila处理器的第一个代号叫“Tanglewood”，原计划在2007年推出。Tukwila处理器最终应该使英特尔在芯片设计的许多方面赶上竞争对手，如芯片上的内存控制器和使用更多的内核同时处理多个软件线程等。 图7 Tukwila处理器技术细节4技术介绍4.1 EPIC微处理器 Intel的Intanium（安腾）处理器属于64位的EPIC微处理器，采用0.18微米的CMOS制造工艺。 众所周知，64位CPU可以快速而精确地执行应用程序，允许程序人员在设计程序时可以使用比以往更大的数

14、据库和存储空间，可以处理很复杂的计算模型。 作为64位微处理器架构，IA64 代表了一种新的微处理器的发展方向。IA64 微处理器采用显示并行指令计算（简称EPIC）技术和分支预测、动态执行等技术，以提高指令执行的并行性。 EPIC技术突破了传统RISC处理器暗示并行的排序代码并传递给处理器执行的限制，利用编译优化技术获得最大限度的并行能力，并以明显的方式传递给处理器，使处理器可以更有效地并行执行指令。 简单地说，EPIC处理器首先由编译程序分析指令之间的依赖关系；然后将没有依赖关系的指令组合成群；最后由内置的执行单元读入指令群并分头并行执行。由于各条指令究竟分配给哪个单元是由编译器来决定的，

15、而不是由硬件进行调度，因此降低了处理器的制造成本。 EPIC处理器中除了采用EPIC技术外，还采用分支预测和动态执行技术来提高处理速度。 所谓分支预测就是采用分支判断语句，进而确定选取哪一个分支和舍弃哪一个分支。换句话说，利用分支预测功能可以提高分支预测的命中率。所谓动态执行技术，就是在程序运行过程中，当发现某个数据需要用到时，就将该数据提前从存储器中取出，并放入寄存器中备用，这样可以减少等待从存储器中取出数据的时间，提高了CPU的运行效率。 分支预测和动态执行都会打乱程序原来的执行程序，并需要动态地重新进行排序执行，这要通过优化编译程序来实现。 当前EPIC处理器工作的时钟频率达到了1GHz

16、的数量级，所以运算速度也得到提高。 4.2 FB-DIMM技术 Intel即将推出的安腾Tukwila处理器采用了FB-DIMM内存控制器。 FB-DIMM英文全称为“Fully Buffered-DIMM”，又称为全缓冲双列内存模组。FB-DIMM是在普通DDR2内存的基础之上改进而来的，但其与普通DDR内存却有了很大的变化。FB-DIMM最大的特点是以串行的方式进行数据传输。与目前的DIMM采用的是一种“短线连接”(Stub-bus)的拓扑结构不同，FB-DIMM与内存控制器之间的数据与命令传输不再是传统的并行线路，而采用了类似于PCI-Express的串行接口多路并联的设计，以串行的方式进行数据传输。 图7“点对点连接”(右)与“短线连接(左)” 在FB-DIMM架构中，每个DIMM上的缓冲区是相互串联的，之间为点对点的连接方式，数据会在经过第一个缓冲区后传向下一个缓冲区，这样，第一个缓冲区与内存控制器之间的连接阻抗就能始终保持稳定，从而有助于容量与频率的提升。图8 FB-DIMM系统架构 5结束语 安腾自问世之日起，就牵动着业界的许多目光，一路风雨飘摇走来已经5年了，尽管Intel宣称安腾盛世即将来临，但从上面的报告分析表明，安腾要想进入安腾盛世还需要一定的时间与投入。Intel要实现“三到五年内让安腾成为高端服务器市场主流