英特尔万亿次处理器关键技术解析

英特尔每年年初都有向业界汇报其重要技术研发进展的习惯，在2月中旬于旧金山召开的“2007年国际固态电路研讨会（简称ISSCC 2007）”上，它就展示了全球首款具备每秒万亿次浮点运算性能的可编程处理器（下文简称“万亿级处理器”）研究用原型产品，并声称要在未来5-10年内完成这种处理器的产品化，将其推广到服务器、PC和手持设备中，让用户在这些产品上获得万亿级计算、即每秒处理万亿字节数据的应用体验。

对于业界来说，英特尔公布的上述信息绝对算得上是一颗重磅炸弹，其威力主要来源于两方面：首先是它要在单颗处理器上实现目前许多颗顶级服务器处理器“合力”才能达到的性能。据了解，全球第一个触到万亿次浮点运算性能标竿的，就是英特尔1996年为美国Sandia国家实验室开发的ASCI Red超级计算机，可该系统足足配备了近1万颗奔腾Pro处理器。

即使是今天在IA服务器处理器市场上傲视群雄的双核安腾，在四路的配置下也只能实现约每秒450亿次的浮点运算能力。相比之下，单颗处理器即可支持万亿次浮点计算能力的意义已无庸赘言。

其次，也是最让业界感到震撼的，即英特尔并不打算将这种万亿级处理器的用途局限于高性能或企业计算领域，还要把它打入个人消费级计算产品，换言之，英特尔就是要让万亿级计算这个“今”日王谢堂前燕，尽快飞入寻常百姓家。

不过，与以往的技术下移相比，万亿级计算走向平民化的“落差”实在太大，而且这一构想要在未来5-10年内实现，看起来就更像是一次豪赌，若非英特尔拿出了性能达标的万亿级处理器原型产品，人们恐怕还很难预测它能有多大胜算。

英特尔万亿级处理器原型揭秘

谈到英特尔万亿级处理器原型产品，其实它还有一个更加形象和为人们熟悉的名称——英特尔80核处理器，它最显著的特征就是在面积为275平方毫米、尺寸仅比拇指指甲盖略大的硅片（Die）上通过“瓷砖片”平辅设计、以8×10的布局集成了80个完全相同的简单内核（英特尔称这些内核为Tile，即瓷砖片）。

据了解，这些内核的单位面积为3平方毫米，主要由两个单周期单精度可编程浮点引擎、寄存器组、3KB指令缓存、2KB数据缓存及拥有5个39位端口的路由器组成。为了简化设计，英特尔没有在这些内核上采用X86架构，而是选择了与安腾EPIC架构类似的96位VLIW（超长指令字）架构。

除在指令架构上与英特尔现有处理器不同外，这款原型产品的晶体管集成密度也出乎人们的意料。目前基于65纳米制程的酷睿2双核处理器在143平方毫米的硅片上集成了2.91亿晶体管，相比之下，采用同一制程生产出来的万亿级处理器原型产品硅片面积虽然大了近一倍，但集成的晶体管数量却只有约1亿个。造成这一结果的原因有二：一是这款原型产品只是一个用于实验室研究的样品，内核较为简单，没有像酷睿2一样配备大容量的缓存；二是它把不少硅片面积留给了内核与内核之间的数据连线。

虽然在晶体管密度指标上没有抢眼表现，但这并未影响英特尔万亿级处理器原型产品冲刺性能和能效高峰——它在工作电压为0.95V时，时钟频率可达3.16GHz，浮点运算性能高端每秒1.01万亿次，功耗却为62瓦，每瓦浮点性能约合160亿次。

英特尔：“80核”并无实际意义

尽管英特尔的万亿级处理器原型产品向业界展示了惊人的性能，但许多媒体和消费者似乎对它集成的内核数量更感兴趣。毕竟，与目前PC处理器只集成两或四个内核的水平相比，“80核”对他们来说颇具吸引力。

不过，英特尔却认为“80核”这一数值没有什么实际意义。它展示的这款万亿级处理器原型产品只是供自己研究使用，并不会实现产品化。这是因为其内核并非基于X86架构，而且也只配备了浮点引擎，不具备通用处理器兼顾整数和浮点运算的能力，对用户来说并无实用价值。

“我们未来真正推向市场的万亿级处理器集成的内核数量并不一定是80个，很可能会远低于这一数字”，英特尔中国研究中心总经理杜江凌博士于今年2月底在京举办的英特尔万亿级计算研究项目沟通会上向记者透露：“它不会采用仅针对浮点运算进行加速的内核，它可能会由一些性能更高的通用X86内核以及可对高清晰度视频编/解码、安全加密、数字信号处理、3D图形纹理处理等任务和应用进行硬件加速的可编程固定功能单元组成，以保证在实现每秒万亿次浮点运算性能的同时，对上述特定任务和应用进行优化。”

或许有人会问，既然现有的万亿级处理器原型产品与未来用户真正可购买和用到的万亿级处理器有这么多不同之处，那为什么英特尔还要设计制造出它，并向业界大张旗鼓地展示呢？对此，杜江凌博士表示：英特尔抛出这款原型产品的真正目的，是要向大家介绍它所采用的、未来也将用于产品化万亿级处理器的片上网络、“瓷砖片”平辅设计、精细粒度能源管理等关键性创新技术和设计理念。