Intel：PIII 1GHz处理器技术剖析

前言

　　随着AMD公司在3月6号推出了1GHz Athlon的超强CPU处理器后，今天Intel公司也立即正式推出他们最新的主频为1GHz的 Pentium III处理器。这可能产生目前全球在PC机上性能最好的微处理器了。

    　　在CPU的发展史上，从486、486DX、奔腾、奔腾II到奔腾III、Athlon，各种处理器接踵而来，个人电脑进入了前所未有的高速发展。最大的中央处理器速度一直是各大公司竟相追求的对象。自从 25MHz、233MHz和 600MHz的相继推出，CPU运行速度的里程碑不断被刷新，创造了一个又一个新的起点。而现在，随着AMD ATHLON 1GHz 芯片的推出，新的里程碑又诞生了。 今天Intel Pentium III 1GHz 处理器芯片以无比强大的实力也到达了这个最新的里程碑。

    　　INTEL此次推出的1GHZ PIII处理器是采用SECC2（Slot One）封装的，但是数量有限（第一批只有10000颗，其售价为$990,这要比1GHz的Athlon处理器($1,299)来得便宜）。IBM则是最快推出1GHZ PIII处理器系统的品牌商。在INTEL宣布推出1GHZ PIII时，他们的网站已经开始销售他们带有新处理器系统的Aptiva S系列PC，售价为$3,348。

    　　在星期一关于AMD Athlon 1GHz的芯片评测已经向大家介绍过了。在大家还沉浸在激动情绪之中的时候，我们还要向大家再次吹吹热风。仅仅三天的时间，我们二度欣赏到1GHz CPU的魅力。三天之内，竟然有二款x86 CPU争相发布，并且，他们的时钟频率都达到了1GHz以上。三天之内，似乎整个世界都在为这1GHz的最新最快的CPU而疯狂。让我们回忆一下吧，还是在18月前，我们还在为Pentium II 300MHz的推出而喜笑颜开呢！

（上图为 Intel Pentium III 1GHz CPU的外貌，有点模糊）

    　　接下来我们将在这里给Intel Pentium III 1GHz CPU做出最新的评测数据和报告。

    　　大家都在此之前都已经听到过了很多的关于新芯片将要发布的消息，我们打算先向大家简要的介绍一下Pentium III 1GHz CPU的制造基础??铜矿（Coppermine）的一些技术特征。

    　　Pentium III 1GHz CPU采用了Intel的0.18 微米 6 层金属层制造工艺，并使用了fluorine-doped SiO2 (SiOF)电介质以减少电容量。 它的 106mm^2 die要比AMD Athlon 1GHz大4mm^2 。在芯片内部，Pentium III 1GHz CPU整合了2.8千万个晶体管。相比较AMD Athlon 1GHz的1.8v安全工作电压/60W，Pentium III 1GHz 的安全工作电压为1.7v/33W。（这就让Pentium III 1GHz 的购买者有了个可以比较电源的标准。但是我们仍然建议你最好使用 300W 的电源。）这款Slot 1架构的Pentium III 1GHz 采用的是133MHz的系统总线频率，并且有7.5倍的外频，支持Intel的SSE指令和MMX指令。 （下图是6层金属层的构造图）

Pentium III 1GHz的架构

　　自去年11月开始，Intel就把生产线转向了使用0.18微米工艺的Coppermine处理器生产上。从一开始，Intel 为了能加大净空，就有计划地推出了铜矿CPU生产线。显然，随着CPU的速度从500MHz发展到1GHz，他们的计划完成的非常成功。但是这都是建立在Intel全IA-32 架构上。Pentium III 1GHz的核心和其他Intel的CPU非常类似，它是在P6的基础上发展而成的。但是这就好象法国的Burgundy葡萄酒，虽然很不错，但是毕竟太老了。虽然P6的核心实在不错，但是与现在的相比，就显得有些过时了。

    新的微米工艺

    　　Intel通过了使用一种被称作”notched poly profile” （凹口聚剖面）的方法，把铜矿Coppermine的速度加快到1GHz。Intel采用了0.13微米工艺制造技术，在CPU的表面刻下了很少的凹槽，使得它的宽度减少到了0.10微米。虽然是采用0.13微米工艺刻的槽凹口，但是却使得CPU有如是在0.10微米工艺下制造的。这样Intel就能够在使用老方法的情况下制造出更快的处理器了。

    （下图可以看出新的微米工艺技术是怎么样用在1GHz Intel上的）

    铜和铝的导线连接技术

    　　CPU制造工艺的提高，意味着体积更小、集成度更高、耗电更少。铜技术的优势非常明显。这主要表现在以下方面：铜的导电性能优于铝，而且铜的电阻小、发热量小，从而可以保证处理器在更大范围内的可靠性。与传统的铝工艺技术相比，铜工艺制造芯片技术可以有效地提高处理器的速度，减小处理器的面积，铜工艺最终将取代铝工艺。正因为如此，人们都认为Intel 将不得不从基于铝材料导线连接技术转变为基于铜材料的导线连接技术，来制造更快的CPU，以使CPU更容易的达到1GHz的惊人速度。然而, Intel 成功地解决了这个问题，并没有像当初大家想的那样完全摈弃铝导线连接技术。Intel在有可能出问题的铝材料导线附近空出了部分空间，使得CPU在Pentium III 1GHz 下运行不会受到铝导线连接技术的束缚和影响。 （如所示图）

全速 Cache

    　　此款Pentium III 1GHz结合有与处理器内核同频率的256KB on-die L2 Advanced Transfer Cache (ATC)，256-bit的总线，二级Cache达到了16GB/秒的带宽。

    Pentium III 处理器内核 256KB Advanced Transfer Cache On-Die (ATC)

    ?8-way set associative, 1024 sets
?在CACHE的数据交换上，每两个时钟周期就可以处理32字节（32字节的数据，4字节的ECC）的数据，数据带宽将达到16GB/秒。
?36-bit的物理地址
?比Katmai PIII L2 的反应速度快了4倍
?高速缓存总线速度可以达到内核的频率
?288-bit的传输带宽（256-bit数据，32-bit ECC）
?2 cycle back to back throughput

    
Advanced System Buffering (ASB) （高级系统缓冲器）

    ?CACHE的缓冲器由4个提高到6个
?总线队列由4个提高到8个，允许更大的存储/总线 操作。
?回写缓冲由1个提高到4个 ，更快的解除分配时间，在高速缓存复位工作中减小了模块工作量 。

    　　这些都是铜矿CPU在1GHz下运行时的一些详细资料。但是我们知道大家真正想了解的是它的一些具体的测试数据。

处理器性能测试

基准分析（Benchmark Analysis）

    １、Quake III下的性能比较

    　　在Quake III的测试平台下，我们希望能看到Intel Pentium III 1GHz CPU的威力。为了最大限度的发挥CPU最原始的力量，我们的测试系统设置为640×480的分辨率，没有硬件支持的T&L NVIDIA TNT2Ultra 。

    （具体的测试结果都在下图所示）

    ２、Quake II crusher.dm2

    　　Quake II 的情况很类似，1GHz Pentium III 具有116.2fps 比Athlon 1GHz快了 11.3fps 。在Quake II上，游戏的运算处理都很令人满意，我们相信在其他的3D游戏中，1GHz Pentium III 也能非常出色的运行。

    （具体的测试结果都在下图所示）

    　　二次的测试结果显示，1GHz Pentium III全速二级高级缓存在这次测试中大获全胜，与之相比,AMD 1GHz在它的”Thunderbird”（雷鸟） 核心下全速on-die cache 就差了一点了。总的来说，同在1GHz的CPU运行环境下，Athlon 和 Pentium III 的差别是很微小的，只是在二级缓存性能方面，AMD Athlon的速度要差一点。

    ３、ZD 3DWinBench 2000 处理器运行测试

    　　使用 3D Winbench 处理器作为我们的测试标准的目的是要测试 CPU的运算能力（包括整数运算能力和浮点运算能力）。Intel 的奔腾 III的浮点运算能力在3D运算和增强影象质量方面的表现都是历史上表现较好的。(CPU的整数运算主要是针对图形描绘、数据压缩与解压缩、音频处理等应用场合。而浮点运算主要针对的是三维建模、坐标变换、效果渲染等三维应用场合。）

    ４、Content Creation 2000

    　　在这次测试中，我们同时运行了多个复杂庞大的软件：Adobe PhotoShop 5.0, Adobe Premiere 5.1, Macromedia Director 7.0, Macromedia Dreamweaver 2.0, Netscape Navigator 4.6 以及 Sonic Foundry Sound Forge scripts。这些都是目前最火的热点大型软件，他们的运行环境的要求都是很高的。这次同时在一款CPU上做测试，真的让人激动不已！在相同的RDRAM下，Intel 1GHz Pentium III 以36.3 点的分数打倒了 35.5点的1GHz Athlon 。

    ５、CPU Mark & FPU Mark

    　　在这项标准的CPU测试中，我们进行二项单独的CPU测试。我们用CPUMark99 来测试CPU的整数运算能力, 用FPUMark99 来测试CPU的浮点运算能力。

    　　在CPUMark99测试一项上，Intel Pentium III 1GHz的整数运算能力要稍稍胜出；而在另一个FPUMark99测试中，Athlon 1GHz 的浮点运算能力则比Pentium III 1GHz要强些。

测试平台和测试综述

６、测试平台

    测试平台#1

    ?Intel Pentium III 1GHz
?Intel Vancouver 820 主板（ BIOS 86A.0022.P08）
?128 MB RDRAM non-ECC 。（ PC-800 ）
?NVIDIA TNT2 Ultra
?NVIDIA driver V.4.12.01.0377 .
?Maxtor 54098U8 硬盘
?Windows 98 第二版（ DX 7.0 installed）

    测试系统 #2
?AMD 1GHz Athlon
?ASUS 7VX KX133 主板
?NVIDIA TNT2 Ultra
?128MB VC133 内存
?IBM Deskstar 34GB DMA/66 硬盘
?Integrated Sound (Vibra 16)
?Allied Telesyn AT2700TX 测试系统 #3
?AMD 650MHz , 700MHz , 750MHz , 800MHz 以及 850MHz Athlon
?Gigabyte GA-7IX AMD 751 主板
?NVIDIA TNT2 Ultra
?128MB HSDRAM 内存
?Western Digital Expert 18.1GB DMA/66 硬盘
?Creative Labs Sound Blaster Live!

    测试系统 #4
?Intel 667MHz , 700MHz , 750MHz , 以及 800MHz Pentium III
?Intel VC820 i820 主板
?NVIDIA TNT2 Ultra
?128MB PC800 RDRAM
?西部数据 Expert 18.1 DMA/66
?创新Creative Labs Sound Blaster Live!

    三：评测综述

    1、关于价格

    　　Intel 1GHz几乎和 Athlon 1GHz同时推出，时间相隔不过三天。在价格上，Intel 1GHz比Athlon 1GHz要便宜$250，但也要近$1000 （这次Intel总共推出了 10,000颗1GHz芯片 ）。如果你真的想拥有这款目前最好的Intel 1GHz处理器芯片的话，你还真得要好好盘算一下。因为你不仅仅要买颗芯片，你最好还要随之买一个128MB的内存。将这些前加起来差不多平均$1+/1MBz了。 大概很少有人有这个实力来购买任何一款1GHz的CPU（即使你有这个购买能力），除了像IBM, Compaq, HP 或 Dell 这样的大公司。如果你真的想拥有这样的一款CPU，我们劝告你最好还是避免这二款CPU，去看看其他的目标（有时忍耐还是很值得的）。你也可以用更少的钱买一些也很棒的显卡、内存、来给你的机器升级。

    　　在过去的几个星期里，CPU的价格仍在不断下降。你现在完全可以只花$525买一个Pentium III 733MHz ，也可以只用更少的$376就就拥有一款很不错的 AMD Athlon 750 。

    2、测试总结：

    　　由于1GHz Athlon 芯片缺乏全速的二级缓存，而1GHz PIII 在这方面却具有全速的二级缓存，因此，在速度的表现来看，1GHz Athlon 处理器的频率反而要比1GHz PIII处理器的频率要慢。

    　　对于Athlon和Intel来说，他们的竞争才刚刚正式开始。AMD 已经表示他们将在不久以后推出采用DDR RAM的Socket A “Thunderbird” Athlon 芯片，雷鸟(Thunderbird)处理器是实际上是采用Socket架构的 Athlon CPU(以前的Athlon CPU采用得是Slot A架构)，它的第一个样品在ISSCC 2000中展出，支持1.1GHz并有512KB的与CPU频率同步的二级缓存，虽然Socket 是AMD计划在雷鸟处理器上采用架构，但我们看到的第一款雷鸟产品是属于Slot A版的，预计将于2000年的第二季度大量出货。而Intel也不甘落后，也打算要在今年内推出他们的”Willamette” 。 Willmatte是英特尔公司在铜矿处理器之后推出的面向普通PC的新型CPU，其将采用新的IA-32体系架构，同时它使用一种新的系统总线以替代原有的GTL+总线。新款的CPU的一级缓存为256KB，二级缓存低于1MB。除此之外，在新处理器还增加了许多新的措施以提高系统性能：如增加执行单元、解码器和增加缓存的容量等等。今天看来，此款Willametta 与Coppermine 的时钟频率是一样的。在整数运算方面与Coppermine很近似，而且被证实浮点运算快了 5% 。INTERL将把0.18微米技术转化为0.13微米开始制造这款CPU。它的核心时钟频率将达到1GHZ以上。处理器将会引进为Socket-423架构，并将会于2000年10月份推出。

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