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发表于 昨天 01:51 | 查看: 2| 回复: 0

Slot 1和Slot A各自成就了Intel和AMD的目标。

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奔腾II-400MHz CPU实物背面图,可见板上L2缓存芯片

奔腾II-400MHz,可见板上L2芯片

奔腾III处理器封装,右侧贴有芯片内部结构显微图

奔腾III处理器特写,表面刻有规格信息

绿色电路板,中央为带蓝色保护盖的方形芯片

奔腾III-1000MHz正反面和顶部,L2已集成片内

Intel内存模块电路板

Intel Celeron内存条

赛扬Celeron 400MHz

Slot 1转接卡上的奔腾 III 500E处理器

slot 1转接卡将Socket 370 的奔腾 III 500E用在老主板上

01.引脚封装和兼容的主板

从4004到8086都是双列直插封装DIP (Dual In-line Package)。随着CPU的访问存储的地址位数提升,针脚从16个一路涨到40个,针脚对称分布在芯片两侧。

Intel 4004 DIP-16封装处理器

4004的DIP-16的16针双列直插

8080系列40针双列直插DIP-40封装处理器

8080到8086/8088都是40针双列直插 DIP-40

到了80186开始就逐渐有了少量插针网格阵列PGA (Pin Grid Array),从80386开始PGA成为32位架构的标准封装。386是PGA-132, 486是PGA-168,初代奔腾是PGA-273,奔腾MMX是PGA-296。

Intel i386 DX处理器正反面

CPU看起来针脚数是固定的,可在486上Intel整出了各种DX,SX和不同的电压版本。于是主板厂商上面的插座Socket可倒了霉,为了某一种插座Socket兼容多种型号的CPU,socket上面的插孔会远大于针脚数,而且主板上还要弄上不少跳线,通过排列组合来实现支持不同CPU型号。

486时代Socket 3主板,丝印支持不同CPU的跳线模式

486 Socket3 主板上丝印支持CPU的跳线模式

到了奔腾后期,Socket的类型编号已经到了socket 7。

Pentium MMX处理器,采用PGA-296封装

Pentium MMX 采用PGA-296使用Socket 7主板

这种主板插座孔数比针脚多的设计,大大减缓了主板因为CPU更新换代而更换的速度。对于DIY爱好者,也能通过少量投入只更换CPU而得到更好的性能。主板上的丝印的表格指示不同的跳线组合来配置主频,倍频,电压等。通过设置跳线的排列组合来支持不同的CPU,甚至可以将CPU的默认设置提高来超频。

Socket 5主板跳线表示意图

Socket5 主板上的跳线表

Socket 7主板跳线表示意图

Socket7主板上的跳线表

对于像AMD,Cyrix那样的x86兼容的CPU厂商来说,这是打开了一道低端喝汤的门。

短命的Pentium Pro采用引脚交错排列以增加密度,交错式栅格阵列 (Staggered Pin Grid Array) SPGA-387。

Pentium Pro处理器,采用SPGA-387封装

Pentium Pro 的 SPGA-387

而387针的Socket 8则是Pentium Pro专用,Intel第一个没有“兼容”CPU的接口。尽管接下来的Pentium II的slot 1是Intel故意为之要封杀“兼容”通道的接口类型。

所以从Pentium PRO之后再没有同时能兼容Intel和AMD的主板。

02.P6终于封神

Intel Pentium PRO由于过于“先进”win95也支持不好。而且没有MMX导致在消费市场翻车,只能屈居服务器市场。这一次翻车,与之前不同的是,消费市场已经成熟,眼看AMD K6成为性价比之“王”。

Pentium Pro太贵,那就得想办法降成本。必须快速推出一款能救场、能打、能走量的 P6 架构产品。

于是救场的项目又上马,技术优先让路给市场和效率。

Pentium II 这个紧急补救项目,干了几件事。
把L2从核心里拆出来,放到同一块 PCB 卡上称为SECC (Single Edge Contact Cartridge)封装,速度将为PRO的一半。降低了L2缓存MCM封装带来的高昂成本。
优化16位处理性能,让P6架构能流畅跑 Win95。
把MMX指令塞进P6架构,支持多媒体。
改用新的Slot 1接口,用专利封死“兼容”,垄断生态实现将来高中低市场通吃。
1996年底Pentium II项目立项,1997年5月发布。

Pentium II是Intel历史上最快最成功的补救项目。

Pentium II处理器包装盒

Pentium II处理器侧面

补上MMX、优化 16 位的P6架构终于化茧成蝶,成为Intel在1997年的救命稻草。

03.不太利落的“牙膏厂”刀法

Pentium II出来后,高端市场是守住了。 可以低端市场,基于Socket 7的奔腾MMX233 已经被AMD按在地上摩擦。

于是Intel在Pentium II的基础上继续做减法推出赛扬系列主攻低端市场。

1998年4月第一代赛扬一刀砍掉了L2缓存,结果没有L2缓存导致游戏和办公性能极差,直接翻车。

初代Celeron超频能力太强266MHz能超频到500MHz,让Intel留意到主板上开放的跳线会打乱对CPU的定位。

于是赶快补位补救的第二款Celeron又把缓存加了回去,顺手把CPU倍频给锁定了,主板怎么调也不行。

这个时候,Intel的制程工艺从0.35微米升级到了0.25微米,顺手就把缓存做成了256KB全速片内L2 缓存。

坏就坏在这片内设计,速度比Pentium II的外置半速缓存更高效不少。

默认主频66MHz×4.5=300MHz而且Celeron 300A售价只有130美元,是Pentium 450的四分之一。

这个0.25微米的制程太好了,几乎每颗300A都能稳超到100MHz外频100×4.5=450MHz。

虽然锁了倍频,四分之一的价钱就能达到Pentium 450的性能,有了这个自行车还要啥法拉利啊。

Intel刀法不稳,导致赛扬Celeron 300A直接一战封神,却开启了全民超频的文化,但凡买了新机总想着把外频调高一点点。

Intel吃一堑长一智,为了严格切割低端和高端,从此严格锁倍频。

04. AMD的首款自定义封装

Intel在Slot 1上部署了层层专利,无论从规避专利技术风险,还是市场独立上来看,到了建立自主生态,摆脱 Intel 控制的时候了。

AMD 于1999年6月Athlon K7首发,242针金手指插槽,外观与Intel Slot 1相似但电气定义完全独立、针脚定义不同、EV6总线协议源自DEC Alpha的团队。Jim Keller负责领导K7的系统总线设计团队。

Slot A 是AMD 第一款严格意义上的自定义封装。这也是标志着AMD独立生态的起点。

AMD Athlon处理器与散热片

AMD Athlon处理器实物

AMD Athlon处理器PCB板

后记

Celeron 300A是第一个把 L2 放进核心里,做为Intel早期刀法不够成熟的作品。Intel的“刀法” 哲学日渐娴熟。

铜矿架构Coppermine将是Intel刀法成熟的标志。减缓存、砍指令集、降频、锁倍频,基于同架构精简,偶尔阶段性放开超频,让Celeron成为Intel死死守住低端的护城河。

对这类计算机体系架构的发展历史感兴趣的朋友,可以在云栈社区找到更多深入的讨论。而从Pentium到Celeron的产品策略,也体现了市场细分背后深刻的计算机基础逻辑。


Loongnix GNU/Linux 20系统信息界面截图

本文全程在龙芯3B6000M NUC编辑上传完成




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