從CPU架構(gòu)和技術(shù)的演變看GPU未來(lái)發(fā)展

    緩存的基本作用是用來(lái)加速數(shù)據(jù)的傳輸。在電腦當(dāng)中，由于內(nèi)存和硬盤本身的速度較慢，都需要一個(gè)可以加速指令執(zhí)行和數(shù)據(jù)預(yù)取的緩沖區(qū)，這個(gè)零時(shí)緩存就相當(dāng)于部隊(duì)里的集結(jié)待命區(qū)，它里邊的內(nèi)容是不斷的在變化的。

緩存的作用和原理

    一級(jí)緩存(L1)是內(nèi)置在CPU芯片內(nèi)部的一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。二級(jí)緩存(L2)是第2塊“集結(jié)待命區(qū)”(Staging Areas)，它的用處就是給L1喂數(shù)據(jù)。L2可能內(nèi)置于CPU之中，也可能是MCP(Multichip Package Module)里的一個(gè)獨(dú)立芯片中，還可能是在主板上的一塊獨(dú)立存儲(chǔ)芯片里。

    典型的，緩存一般是SRAM(Static RAM，靜止隨機(jī)存儲(chǔ)器，不需要刷新電路即能保存它內(nèi)部存儲(chǔ)的數(shù)據(jù))，而主內(nèi)存通常是DRAM(Dynamic RAM，動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，需要刷新電路)。SRAM非常消耗晶體管、成本高昂而且容量不可能做很大，因此最早的CPU都是沒有緩存的，后來(lái)才開始加入緩存芯片。

★ 插在主板上的二級(jí)緩存（或者整合在主板上）

Intel 430FX芯片組上Socket 5主板及256KB外置二級(jí)緩存

    此前的CPU一直都是Socket接口設(shè)計(jì)，但以當(dāng)時(shí)的技術(shù)，直插式的設(shè)計(jì)無(wú)法在CPU上整合SRAM緩存芯片，只能將SRAM以擴(kuò)展卡的形式插在主板上或者直接整合在主板上。此后數(shù)代產(chǎn)品，Intel和AMD改用了Slot封裝形式，將SRAM芯片和CPU核心都集成在了Slot PCB上面，然后再插在主板上，這樣SRAM二級(jí)緩存就正式成為了CPU不可缺少的一部分。

★ 整合在CPU上的二級(jí)緩存

    這是一顆核心代號(hào)為代Klamath、采用350nm工藝的Pentium處理器，CPU+SRAM的結(jié)構(gòu)，Slot 1接口。看上去是不是有點(diǎn)像現(xiàn)在的GPU+DRAM顯存。實(shí)際上這樣做只是上CPU和SRAM綁定在了一起，二級(jí)緩存依然以核心頻率一半甚至更低的速度運(yùn)行，性能不甚理想。

★ “膠水”式的二級(jí)緩存

    Pentium Pro是Intel P5 核心Pentium的延伸，在1995年11月以Socket 8封裝形式推出，它最大的特色是采用了雙芯片封裝形式，CPU和L2是各自獨(dú)立的，片上（Onchip）L2的好處是可以讓它以內(nèi)核相同的頻率運(yùn)行，而不必再像過(guò)去使用主板上較慢速度的L2，從而為“亂序執(zhí)行”所導(dǎo)致的大量?jī)?nèi)存超找提供了捷徑，直接提升了性能。

    Pentium Pro把L1和L2同時(shí)設(shè)計(jì)在CPU的內(nèi)部，故Pentium Pro的體積較大。結(jié)果Pentium II又把L2 Cache移至CPU內(nèi)核之外的黑盒子里。這是因?yàn)長(zhǎng)2無(wú)法達(dá)到與核心相同的頻率，因此還是分離式比較靈活一點(diǎn)。

★ 整合進(jìn)CPU內(nèi)部的二級(jí)緩存

    Pentium Pro不僅是第一款整合了二級(jí)緩存的CPU，而且是第一顆32bit CPU，不過(guò)由于它并不兼容當(dāng)時(shí)主流的16bit軟件，因此Pentium Pro曲高和寡，僅定位于高端服務(wù)器市場(chǎng)，并沒有得到廣泛認(rèn)可。此后Intel又發(fā)布了Pentium II XEON，同樣集成了片上全速二級(jí)緩存，在當(dāng)時(shí)全速二級(jí)緩存就代表著更高的性能。

    Pentium Pro和Pentium II XEON并非民用產(chǎn)品，因此關(guān)注度并不高，而Pentium II去掉板載SRAM的產(chǎn)品被首次當(dāng)作Celeron來(lái)賣，雖然它價(jià)格很低廉，但由于L2徹底為0，因此性能損失也非常慘重。為此，Intel推出了第二代Celeron 300A和Celeron 333，新賽揚(yáng)的特點(diǎn)是在處理器芯片內(nèi)集成了128KB二級(jí)高速緩存，容量上雖然比Pentium II的512KB少很多，但新賽揚(yáng)的二級(jí)緩存在CPU內(nèi)部，是全速的片上緩存，而Pentium的二級(jí)緩存頻率只有核心的一半。正是這全速的二級(jí)緩存給與了Celeron質(zhì)的改變，極大的改善了賽揚(yáng)的整體性能，成為當(dāng)時(shí)市場(chǎng)上炙手可熱的一代經(jīng)典產(chǎn)品！

首次出現(xiàn)三級(jí)緩存

    而當(dāng)時(shí)的AMD也有一款經(jīng)典產(chǎn)品，同樣是因?yàn)榧闪巳俣?jí)緩存而讓性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，性能遙遙領(lǐng)先與同代Intel處理器，它就是K6-II和K6-III。

    K6-II和K6-III使用的是Socket 7插槽，其性能比Intel后來(lái)的Pentium 3都要強(qiáng)，為什么？因?yàn)檫@K6-III CPU均內(nèi)建了256KB的二級(jí)緩存，而且配套主板上還能再插2M容量的SRAM當(dāng)作三級(jí)緩存使用，此時(shí)的性能比Pentium II拉開了較大的差距，而且其價(jià)格還比較實(shí)惠。

★ 奔三和速龍初期依然用外置二級(jí)緩存，后期全部整合全速緩存

    提起奔三和速龍相信很多人就比較熟悉了，它們應(yīng)該可以說(shuō)是CPU的近代現(xiàn)代史了，不過(guò)奔三和速龍發(fā)布之初依然使用的Slot卡槽式封裝，二級(jí)緩存依然是外置式，運(yùn)行頻率只有核心速度的一半，性能受到了限制。

初期Slot 1和Slot A接口的Pentium III和Athlon

    制造工藝改進(jìn)之后，Intel和AMD相繼把L2整合在了CPU內(nèi)部，成為單一的CPU核心，以大家喜聞樂(lè)見的Socket封裝形式出現(xiàn)，全速的L2讓奔三和速龍的性能都有所提升：

Socket 370和Socket A接口的Pentium III和Athlon

    Pentium III和Athlon角逐1GHz大關(guān)的頻率大戰(zhàn)，最終Intel因?yàn)镻entium III 1.13GHz BUG問(wèn)題而敗北。而其問(wèn)題的關(guān)鍵就是內(nèi)置的二級(jí)緩存無(wú)法工作在1GHz以上的超高頻率下，從而產(chǎn)生不可預(yù)料的錯(cuò)誤。