1、 安騰處理器研究報告吳小丹（033338）侯曉燕（033339）1摘要 安騰處理器對于我們來說既是熟悉的又是陌生的，它是第一個64位處理器，是我們一心想追求的64位體系結構的成果，但又因為面對的是高端用戶以及其昂貴的價格而所讓我們陌生。 那安騰到底好在哪？問題又出在哪？采用的技術是什么？在眾多處理器的競爭之下，安騰的能否笑傲天下？ 這篇研究報告將揭開安騰的神秘面紗，深入剖析安騰的現在，未來。 2引 言 2001年，Intel創新地推出了64位的安騰處理器，獲得了業界的廣泛支持，開始了安騰家族的發展史。全球多家領先廠商針對安騰處理器進行了相關軟件的開發，如操作系統、數據庫、應用軟件等等。同時很多

2、服務器廠商很快推出了基于安騰的產品，如浪潮的超能2000。據統計，截止到目前，已經有許多的企業用戶都采用64位的產品。于是乎，IA-64變成了IT界一個大家耳熟能詳的名詞。2002年，英特爾公司又將推出安騰家族的第二代產品安騰2處理器，并宣稱，服務器的安騰盛世已經到來。2002年6月25日，浪潮率先在全球推出采用Intel最新的64位處理器安騰2的服務器超能3000。Intel對安騰產品的大力推進，浪潮等服務器廠商的緊密跟進，都向我們展示了一個全新的IA-64時代的到來。許多在全球業界領先的公司都選擇了基于英特爾 安騰 2 處理器的平臺來滿足其關鍵任務的計算需求。這些公司需要出色的性價比，以及

3、卓越的可靠性和可用性的處理器。基于英特爾 安騰 2 處理器的平臺可幫助這些企業更快、更高效的運行業務，從而創造出更輝煌的業績。 可是安騰盛世真的到來了嗎？ 安騰處理器真的能如Intel所宣稱的可以獨領風騷嗎？ 本文從不同的角度深入研究安騰處理器。第一部分介紹安騰處理器，從它的優缺點以及它的未來發展深入剖析。第二部分描述安騰處理器所采用的相關技術。 3安騰處理器介紹 3.1安騰處理器簡介 安騰是英特爾公司面向企業級應用處理器的名字，它將英特爾架構的卓越性能和規模經濟的優勢帶到了數據密集型、企業關鍵的技術計算應用之中。安騰處理器家族是專為高端企業和高性能應用設計的，能為業務智能、數據庫、企業資源規

4、劃、供應鏈管理、高性能計算、計算機輔助工程和安全交易提供領先的性能。 不過應該說是安騰是大多數人不是很了解的處理器之一。因為它是專為要求苛刻的企業和技術應用而設計，是瞄準高端企業市場的，并且相對Intel其他系列的處理器來說，其價格昂貴，即使最便宜的型號價值仍然超過1000美元! 圖1：安騰處理器3.2安騰處理器的主要優勢 安騰處理器作為Intel處理器的旗艦系列，擁有著最純正的64位血統，安騰處理器是構建在IA-64(IntelArchitecture64)上，IA-64 在很多方面來說，都比x86有了長足的進步。突破了傳統IA32架構的許多限制，在數據的處理能力，系統的穩定性、安全性、可用

5、性、可觀理性等方面獲得了突破性的提高。安騰處理器的主要優勢顯而易見： 一、安騰處理器的清晰并行指令計算（EPIC）設計，在萬億字節(terabytes of data)數據處理、高速安全在線購物和交易及復雜計算處理方面取得了突破性成果。二、四種操作系統將對基于安騰處理器的系統提供支持，同時數百家公司正在開發適用于安騰處理器家族的應用軟件，更多的企業正在開發適用于安騰處理器家族的技術和產品（數量遠遠超過針對任何其他64位架構開發技術和產品的企業）。 三、基于安騰處理器的系統通過諸多產品和體系結構的創新，能夠為客戶提供世界一流的性能和可靠性。四、獨立測試結果顯示，在進行在線安全交易時，與專用RIS

6、C系統相比，基于安騰處理器系統的性能提升可達12倍。 圖2 NEC的Itanium 2服務器當然，沒有東西是十全十美的，安騰具有這么多的優勢，卻為什么遲遲沒法占領處理器市場，原因就在于安騰面臨的問題同樣非常的多。3.3安騰面臨的問題 移植問題 安騰擁有最純正的64位血統，但現在卻成了它發展的軟肋， IA-64微處理器最大的缺陷是它們缺乏與x86的兼容，所以安騰處理器面臨的重大問題是移植問題。因其非兼容性，只能讓現有基于32位系統的程序和軟件“另起爐灶”，必須完全重新編寫專門的軟件才能運行，這就意味著大量的企業軟件和數據資產都必須被淘汰掉，企業向64位遷移的成本幾乎要用“天文數字”來形容。雖然I

7、ntel為了IA-64處理器能夠更好地運行兩個朝代的軟件，它在IA-64處理器上（Itanium、Itanium2 ）引入了x86-to-IA-64的解碼器，這樣就能夠把x86指令翻譯為IA-64指令。這個解碼器并不是最有效率的解碼器，也不是運行x86代碼的最好途徑（最好的途徑是直接在x86處理器上運行x86代碼），因此Itanium 和Itanium2在運行x86應用程序時候的性能非常糟糕。 缺乏應用開發 IA-64 架構的先進性毋庸置疑，但它仍然面臨著缺乏應用開發，難以在短時間內大規模普及的尷尬境地。 IDC 副總裁JeanBozman 說：“要想發展安騰處理器，目前開發相應的軟件應用是至

8、關重要的。” 業內人士認為，制約安騰快速發展的另一個難點，是用戶選擇服務器的慣性購買心理和對安騰所持有的懷疑心理。用戶對傳統大型機和RISC 服務器穩定性的根深蒂固的認同成為安騰應用的一大阻礙。 所以，安騰面臨的問題是復雜也是嚴峻的。 對這些問題的解決方案直接決定著安騰的興衰。 安騰能否自我完善，從安騰的未來里也許可以看得到希望。圖3 3.4安騰的未來 雖然一路跌跌撞撞，但安騰的未來還是被看好的。這里有一份來自業內分析公司IDC的最新報告表明，基于Intel安騰2處理器的服務器市場正在進入迅猛發展階段。 根據對IDC企業服務器客戶小組（Enterprise Server Customer Pa

9、nel）501名成員的調查，該報告指出客戶對基于安騰的服務器非常滿意，而且有很強的購買 意向。此外，接受調查的超過三分之二的PA-RISC服務器客戶計劃向安騰服務器遷移。 IDC調查報告顯示，到2009年，安騰服務器市場將增至66億美元左右。在今后的5年中，安騰服務器的復合年增長率有望達到35%，而整個服務器市場的復 合年增長率為3.4%。 該報告指出，安騰被更明確地定位為一種針對關鍵任務應用（如企業資源規劃、客戶關系管理和業務智能）的解決方案。 據消息透露，Intel公司代號為“Montecito”的雙核安騰2處理器將在6月上旬舉行的臺北電腦展上向公眾展示。 雙核安騰2處理將在今年七月份量產

10、，到今年第三季度結束，英特爾預計雙核安騰二處理器將占據安騰服務器一半的市場。 圖4：安騰2處理器（左下）與雙核安騰（Montecito）樣品（右下）， 兩個處理器上方為它們的核心硅片 Montecito是Intel的首款擁有雙核心設計以及多達24MB的三級緩存安騰2 處理器， Montecito的性能提升主要來自于雙核架構、超線程技術和大容量緩存。由于它集成了兩個安騰2處理器的核心，它每時鐘周期可并行處理的指令數就從安騰2的6條增加到了12條，超線程技術則提升了它的工作效率。它容量高達26.5MB的二級和三級緩存（每核心獨享12MB三級緩存和1.25MB二級緩存）與二三級緩存總容量最高達9.2

11、5MB的安騰2相比，提高了近兩倍。 Montecito以及Millington芯片都擁有包括動態電源管理（Foxton ）和緩存糾錯功能等一系列新近開發出來的技術。Intel總裁兼COO Paul Otellini指出通過Foxton技術能夠動態的調整安騰2的速度，不論動作是超頻還是降頻。通常超頻在服務器領域是不受推薦的，而動態降頻則能幫助降低芯片功耗及運行成本. 圖5：Montecito的雙核心安騰2芯片晶圓 另據消息，Intel將推出4個內核的安騰處理器，代號為“Tukwila”，計劃在2008年上市。Intel采用4個內核的芯片設計方案將為用戶提供更好的單線程功能，使Intel的安騰處理

12、器性能介于IBM速度更快的Power6處理器和Sun微系統公司的16個內核的Rock處理器之間。 Tukwila還將帶有英特爾最新的CSI通用系統互連總線，降低系統延遲，提供串行連接方式，使用微分信號。 這種處理器采用了一個在芯片上的FB-DIMM內存控制器。這種內存控制器可以減少延遲。FB-DIMM內存控制器可能支持4個頻道的內存，也可能支持更多頻道的內存。由于減少了內存的延遲，Tukwila處理器需要的緩存容量比以前的安騰芯片要少一些。 圖6 FB-DIMM內存模塊 代號為“Montecito”的雙內核安騰處理器配置了27MB緩存，而Tukwila處理器每個內核只有6MB三級緩存，或者是整

13、個處理器芯片有24MB緩存。最初的圖表顯示，這種芯片上的4個內核和和每個緩存之間都有一個控制通信的開關。 Tukwila處理器的第一個代號叫“Tanglewood”，原計劃在2007年推出。Tukwila處理器最終應該使英特爾在芯片設計的許多方面趕上競爭對手，如芯片上的內存控制器和使用更多的內核同時處理多個軟件線程等。 圖7 Tukwila處理器技術細節4技術介紹4.1 EPIC微處理器 Intel的Intanium（安騰）處理器屬于64位的EPIC微處理器，采用0.18微米的CMOS制造工藝。 眾所周知，64位CPU可以快速而精確地執行應用程序，允許程序人員在設計程序時可以使用比以往更大的數

14、據庫和存儲空間，可以處理很復雜的計算模型。 作為64位微處理器架構，IA64 代表了一種新的微處理器的發展方向。IA64 微處理器采用顯示并行指令計算（簡稱EPIC）技術和分支預測、動態執行等技術，以提高指令執行的并行性。 EPIC技術突破了傳統RISC處理器暗示并行的排序代碼并傳遞給處理器執行的限制，利用編譯優化技術獲得最大限度的并行能力，并以明顯的方式傳遞給處理器，使處理器可以更有效地并行執行指令。 簡單地說，EPIC處理器首先由編譯程序分析指令之間的依賴關系；然后將沒有依賴關系的指令組合成群；最后由內置的執行單元讀入指令群并分頭并行執行。由于各條指令究竟分配給哪個單元是由編譯器來決定的，

15、而不是由硬件進行調度，因此降低了處理器的制造成本。 EPIC處理器中除了采用EPIC技術外，還采用分支預測和動態執行技術來提高處理速度。 所謂分支預測就是采用分支判斷語句，進而確定選取哪一個分支和舍棄哪一個分支。換句話說，利用分支預測功能可以提高分支預測的命中率。所謂動態執行技術，就是在程序運行過程中，當發現某個數據需要用到時，就將該數據提前從存儲器中取出，并放入寄存器中備用，這樣可以減少等待從存儲器中取出數據的時間，提高了CPU的運行效率。 分支預測和動態執行都會打亂程序原來的執行程序，并需要動態地重新進行排序執行，這要通過優化編譯程序來實現。 當前EPIC處理器工作的時鐘頻率達到了1GHz

16、的數量級，所以運算速度也得到提高。 4.2 FB-DIMM技術 Intel即將推出的安騰Tukwila處理器采用了FB-DIMM內存控制器。 FB-DIMM英文全稱為“Fully Buffered-DIMM”，又稱為全緩沖雙列內存模組。FB-DIMM是在普通DDR2內存的基礎之上改進而來的，但其與普通DDR內存卻有了很大的變化。FB-DIMM最大的特點是以串行的方式進行數據傳輸。與目前的DIMM采用的是一種“短線連接”(Stub-bus)的拓撲結構不同，FB-DIMM與內存控制器之間的數據與命令傳輸不再是傳統的并行線路，而采用了類似于PCI-Express的串行接口多路并聯的設計，以串行的方式進行數據傳輸。 圖7“點對點連接”(右)與“短線連接(左)” 在FB-DIMM架構中，每個DIMM上的緩沖區是相互串聯的，之間為點對點的連接方式，數據會在經過第一個緩沖區后傳向下一個緩沖區，這樣，第一個緩沖區與內存控制器之間的連接阻抗就能始終保持穩定，從而有助于容量與頻率的提升。圖8 FB-DIMM系統架構 5結束語 安騰自問世之日起，就牽動著業界的許多目光，一路風雨飄搖走來已經5年了，盡管Intel宣稱安騰盛世即將來臨，但從上面的報告分析表明，安騰要想進入安騰盛世還需要一定的時間與投入。Intel要實現“三到五年內讓安騰成為高端服務器市場主流