Intel 的 micro-architecture 发展历程

（mik@mouseos.com）

我想：如果能了解一下 Intel 的 CPU micro-architecture 发展历程总是好的。我这里作了一些资料收集，主要来源这要感谢WiKipedia

1. Tick-Tock

Intel 在 2007 年提出了 Intel 今后在 cpu micro-architecture 上的发展模型，每年按 tick - tock 的节奏更新 micro-arcitecture：

Tick 是指：对上一个 micro-architecture 进行更新修改。典型的是：在制程上使用更先进的制程，并且对 micro-architecture 进行改良，总体的 micro-architecture 不会有大的变动。
Tock 是指：发布一个新的下一代 micro-architecture，但是还会沿用上一个 micro-architecture 的制程，新的制程要等待下一个 Tick 节奏的来临。

Tick-Tock 就像是一个时钟的摇摆动作，摆向左边是 tick，摆向右边是 tock，tick－tock 动作非常形象。

下面是 Intel 提出 tick-tock 发展模型的列表：

架构的改变		architecture 代号	制程	发布日期	应用的 processor
架构的改变		architecture 代号	制程	发布日期	发烧级	桌面	移动	发布的CPU
tick	新制程	Presler, Cedar Mill, Yonah	65nm	2006-01-05	Presler	Cedar Mill	Yonah	Core Pentium
tock	新架构	Core	65nm	2006-07-27	Kentsfield	Conroe	Merom	Core 2 Pentium dual-core
tick	新制程	Penryn	45nm	2007-11-11	Yorkfield	Wolfdale	Penryn	Core 2 Pentium dual-core
tock	新架构	Nehalem	45nm	2008-11-17	Bloomfield	Lynnfield	Clarksfield	Core i3 Core i5 Core i7
tick	新制程	Westmere	32nm	2010-01-04	Gulffown	Clarkdale	Arrandale
tock	新架构	Sandy Bridge	32nm	2011-01-09	Sandy Bridge-EX	Sandy Bridge-DT	Sandy Bridge-NB
tick	新制程	Ivy Bridge	22nm	2012
tock	新架构	Haswell	22nm	2013

可见，这个 Tick-Tock 节奏是不是每年都更新一次，Nehalem microarchitecture 使用了一年多才发布新的 microarchitecture，当前我们正处于 Sandy Bridge micro-architecture，下一代 Ivy Bridge 架构是在 Sandy Bridge 的基础进行了改良，使用了 22nm 制程。而新一代的 micro-architecture 要在 2013 年的 Haswell micro-architecture

2. micro-architecture 列表

从发布 8086 开始，Intel 正式开启了 x86 processor 的发展历程，下面是从 8086 开始的 x86 processor micro-architecture 家族：

8086：第 1 个 x86 processor
186：加入了 DMA 控制器，interrupt 控制器，timer 和 chip select 芯片
286：加入了 protected mode
i386：第 1 代 32 位 x86 processor
i486：第 2 代 32 位 x86 processor，加入了浮点单元和流水线
p5：第 1 代 Pentium processor，Intel 发布了多款 p5 microarchitecture 的 Pentiume 后，在 1996 年发布了带有MMX 技术的 Pentium processor

p6：p6 micro-architecture 家族被使用在多个后续的 Pentium micro-architecture 上，包括：

Pentium Pro：Pentium Pro 是第 6 代 x86 processor，发布于 1995.11，Pentiume Pro 是全新 microarchitecture 有别于 Pentium processor，加入了全新的功能，包括：乱序执行（out of order execution），PAE（Physical Address Extension）。

更重要的是：在 Pentium Pro 的流水线上加入了额外的解码阶段，将 x86 指令动态解码为一系列的微操作（micro-operations），这些 micro-ops 由一系列更低层的 micro-instructions（或者说微码）组成，以便执行更复杂的 x86 原生指令，这些微码序列能被重新排序分析，分发到各个执行单元。

Pentium II，Pentium II Xeon：Pentium II 是基于 Pentiume Pro，但是作了较大的改动，发布过的 Pentiume II 代号为：
- Klamath：在 Intel 处理器的家族里属于 family 6, model 3
- Deschutes：Pentium Xeon 处理器是基于这个代号，它属于 family 6, model 5
- Tonga：Mobile 平台的处理器，属于 family 6, model 5
- Dixon：也是 Mobile 平台处理器，属于 family 6, model 6
Pentium III，Pentium III Xeon：是基于 P6 microarchitecture，与 Pentium 相似，加入了 SSE 指令：
- Katmai：发布于 1999.05
- Coppermine：发布于 1999.10
- Coppermine T：这是一个过渡产品，发布于 2001.06
- Tualatin：发布于 2001 年
- Tanner：Pentium III Xeon 平台，基于 Katmai
- Cascades：Pentium III Xeon 平台，基于 Coppermine
Pentium M，Enhanced Pentium M：基于经过改良的 P6 micro-architecture，支技 SSE2 指令集
- Banias：发布于 2003.03
- Dothan：发布于 2004.06
- Yonah：属于 Enhanced Pentium M，支持 SSE3 指令集，发布于 2006

NetBurst：属于第 7 代 micro-architecture 内部名为 P68，被用于 Pentium 4，Pentium D 及一些 Xeon 上，从 Pentium 4 开始支持 SSE2，SSE3 指令集，加入了 Hyper-threading 技术
- Willamette：Pentiume 4 的最初版本，支持 SSE2 指令集，发布于 2000.11
- Northwood：发布于 2002.01
- Gallatin：使用于 Pentium 4 EE 处理器，支持 Hyper-threading 技术，发布于 2003.09
- Prescott：发布于 2004.02，开始支持 SSE3 指令集
- Prescott 2M：发布于 2005.02，开始支持 x86-64 技术
- Cedar Mill：发布于 2006.01，支持 virtualization 技术
Core：新一代的 micro-architecture 基于重复改良的 P6 micro-architecture，是 Yonah 的升级版本，是一个 multi-core 的 micro-architecture，支持 SSSE3 指令集，加入了 Macro-Ops Fusion 技术（合并两个 x86 指令为 1 个 micro-ops）,从 Core micro-architecture 开始，Intel 提出了 Tick-Tock 的发展模型，Core micro-architecture 属于Tock 即新架构，接下来代号 Penryn 属于 Tick 即新制程，使用了 45nm 制程：
- Core micro-architecture：使用 65nm，属于 Tock 节奏，即新架构
  - Merom：移动平台
  - Conroe：桌面平台
  - Kentsfield：发烧级
  - Allendale：Xeon 平台
  - Conroe：Xeon 平台
  - Woodcrest：Xeon 平台
  - Kentsfield：Xeon 平台
  - Clovertown：Xeon 平台
  - Tigerton：Xeon 平台
- Penryn micro-architecture：同属于 Core micro-architecture，使用了 45nm 属于 Tick 节奏，即新制程，从 Penryn micro-architecture 开始支持 SSE4.1 指令集
  - Penryn：移动平台
  - Wolfdale：桌面平台
  - Yorkfield：发烧平台
  - Wolfdale-CL：Xeon 平台
  - Wolfdale：Xeon 平台
  - Yorkfield-6M：Xeon 平台
  - Yorkfield：Xeon 平台
  - Yorkfield-CL：Xeon 平台
  - Harpertown：Xeon 平台
  - Dunnington：Xeon 平台
Nehalem：新一代的 micro-architecture，使用在 Core i7/i5/i3 处理器，Nehalem 加入了一些新技术，包括：
- 集成 memory controller 支持 2, 3 及 4 通道内存
- 集成 Integrated graphics processor
- 加入 point-to-point 的处理器互联 bus：QPI（QuickPath interconnect）
- 集成 PCI Express 和 DMI（Direct Media Interface）
下面看看这一代 micro-architecture 的发展历程：
- Nehalem：2008.11.17 发布，属于 Tock 节奏，即新架构，使用上代的 45nm 制程，支持 SSE4.2 指令集
  - Clarksfield：移动平台
  - Lynnfield：桌面/Xeon 平台
  - Bloomfield：发烧/Xeon 平台
  - Gainestown：Xeon 平台
- Westmere：2010.01.07 发布，属于 Tick 节奏，即新制程，使用 32nm 制程，支持 AES（AES-NI）指令集及PCLMULQDQ 指令，开始支持 1G page（页面）
  - Arrandale：移动平台
  - Clarkdale：桌面平台
  - Gulftown：发烧/Xeon 平台
  - Westmere-EX：Xeon 平台
  - Westmere-EP：Xeon 平台
Sandy Bridge：目前为止最新一代的 micro-architecture，使用在第二代的 Core i7/i5/i3 处理器上，对上一代 micro-architecture 进行了改良，每个内存通道每个 cycle 可以进行两个 load/store 操作，支持新一代的 SIMD 指令 AVX 指令集，可以执行 256 位宽的 vector 运算，从 Sandy Bridge micro-architecture 开始，没有区分每个研发代号
- Sandy Bridge：属于 Tock 节奏，沿用上代的 32nm 制程，2011.01.09 发布
  - Extreme/High-End：高端平台 Core i7 Extreme
  - Performance：主流性能平台 Core i7 2600/K/S 系列，Core i5 2500/K/S/T 系列，Core i5 2400 系列
  - Mainstream：主流入门系列 Core i3 系列以及 Pentium 系列
  - Sever：服务器平台 Xeno E5 系列以及 Xeon E3 系列
  - Mobile：移动平台 Core i7/i5/i3 系列
- Ivy Bridge：属于 Tick 节奏，将会使用 22nm 制程，将会在 2012 年发布
Haswell：下一代 micro-architeture，期望大约 2013 年