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笔记本电脑硬件详解CPU篇



作者:佚名    转贴自:本站论坛    点击数:7367


一、概述

  处理器的英文缩写为CPU,用在笔记本电脑上的处理器称为“笔记本处理器”或“移动处理器”,俗称“Mobile CPU”。它跟台式机里面的处理器一样,起着指挥和统筹整台机器硬件和软件的正常运作的作用,是笔记本电脑的心脏,在整台机器中的地位相当于一个国家的中央政府,因此又称为中央处理器。

  由于笔记本电脑体积小,里面的空间也很狭小,而随着笔记本硬件性能的不断提升,各种硬件散发出来的热量越来越大,尤其是处理器,更是头号的发热大户。如果一台机器的发热量过大而又得不到有效的解决的话,该机器即极为容易发生故障,如出现反复重启、反复死机等运行不稳定的现象;另外,笔记本电脑主要在户外使用,它主要用电池来做电源,如果其处理器功耗过大,必然会大大缩减其电池的续航能力。为此,笔记本电脑的处理器在设计和制造的理念上与台式机处理器不同:台式机一般只需注重运算速度,不必过于在乎其功耗和发热量;而笔记本处理器则将设计和制造重心放在了如何尽量降低功耗和发热量方面,然后才考虑其运算速度。当然,在为一些诸如图形工作者打造的笔记本处理器中,它的设计理念是将运算速度放在第一位,然后才考虑如何尽量去降低功耗和发热量的,也有不少笔记本处理器是同时兼顾性能与功耗两方面的问题,尽量使它们能取得最大的平衡。不过,无论如何,笔记本处理器与台式机处理器相比,在运算速度同等或相近的前提下,都有发热量小、功耗低的特点,这在不同类型的处理器中体现的程度也不一样。就目前情况来看,在同等运算速度的条件下,全美达的处理器发热量最小,其次是威盛、奔腾M、AMD等。

文章导读

Intel Mobility处理器 Intel Portability处理器 AMD笔记本处理器
全美达笔记本处理器 威盛笔记本处理器 苹果笔记本处理器

  当然,由于笔记本处理器要兼顾性能与功耗两方面,设计和制造成本就自然为之提高了不少,因此,笔记本处理器要比台式机处理器贵很多,例如,英特尔奔腾四3.20G的处理器目前的售价不到2000元人民币,而相当于该处理器运算速度的Pentium M(Dothan)2.0G处理器售价近5000元人民币,价格悬殊之大如此可见一斑了。正是由于台式机与笔记本处理器价格相差较大的缘故,才导致有不少笔记本电脑采用台式机的处理器。特别在以前,那时,一方面笔记本处理器与台式机处理器价格悬殊大,另一方面它们之间的运算速度相差也较大,难以满足一些游戏、图形工作者之类用户的需要,为此,不少笔记本电脑均采用了台式机的处理器,直至英特尔Portability(便携式)系列处理器的诞生才逐步减少了这一现象的发生。

二、产品简介

 1、英特尔笔记本处理器

  英特尔是世界上最大的处理器生产厂商,也是销量最多的笔记本处理器制造厂商,目前市面上有70%以上的笔记本电脑均采用了英特尔的处理器。英特尔笔记本处理器可分为Mobility(移动式)和Portability(便携式)二大系列。Mobility系列处理器是专为笔记本电脑设计制造的(特别是迅驰的处理器),而Portability系列处理器则绝大多数都是基于台式机处理器略加改造而成的。

  Mobility系列处理器

  Mobility系列处理器主要有迅驰的Pentium M和Celeron M,以及Pentium4-M等。目前,在市场上销售的英特尔处理器的笔记本电脑中,大多数都是采用此系列的处理器的。Mobility系列处理器具有功率低、省电、发热量低、稳定性能好等特点,但笔记本厂商采用它的成本也相对较其它处理器高,导致采用该类处理器的笔记本电脑价格也较高。

  Mobility系列处理器以大家熟悉的迅驰部件之一的Pentium M最为出名,它是以Pentium III的CPU内核为基础,然后进行了多项改进而成的:(1)改善指令运行结构,(2)使用先进的指令分支预测技术,(3)二级缓存容量提高N倍等等。由此可见,Pentium M虽然也是基于台式机的奔腾三处理器开发的,但它与以往笔记本处理器相比,改进的成份更多,除了极少一部分保留了奔腾三处理器的特征外,其它方面都显得非常“独立”,这也难怪英特尔把它称为第一款独立开发的笔记本处理器了。目前Pentium M的处理器有二种:第一种开发代号为Banias,是最早开发出来的Pentium M处理器,由于是迅驰技术的组成部分,所以又有第一代迅驰处理器之称。据英特尔副总裁兼移动平台部门业务部长Anand Chandrasekher在该公司的开发商会议――英特尔2003春季开发商论坛(IDF)上介绍,与工作频率为2.40GHz的Mobile Pentium 4-M相比,工作频率为1.60GHz的Pentium M在性能上提高了约10%,配备该CPU的电脑电池驱动时间延长了约82%。即使是与工作频率为1.20GHz的Mobile Pnetium III-M相比,电池驱动时间也延长了约47%。

  为了适应市场需求,英特尔在今年5月10日发布了代号为Dothan的第二代Pentium M处理器,它是第一代Pentium M处理器的升级版,它的基本技术参数如下:

  533MHz前端总线,对应4.2GBps数据带宽;一级缓存容量为64K,二级缓存容量高达2M;一亿四千万个晶体管,0.09微米(90纳米)工艺制造,Micro-FCPGA封装,核心面积为87mm2;工作电压约为1.3V,最高功耗估计达到30W左右,比Banias Pentium M稍高,电池模式下二者功耗相差不大;起始主频为1.7GHz,以后将不断提升主频,达到2.13G以上。


  Portability系列处理器

  Portability系列处理器的产生说起来还有趣闻呢。由于台式机处理器与笔记本处理器价格相差较大,于是,一些厂商便将台式机处理器用于笔记本电脑中,这么一来,制造成本和销售价格就下降了不少。这一现象在2002年时开始盛行,当时,连戴尔、东芝等规模较大的笔记本厂商也纷纷推出采用台式机处理器的笔记本电脑,对原有的笔记本市场造成了较大的冲击。为此,英特尔累加劝阻,但无济于事,于是只有大幅度降低笔记本处理器的价格作为暂时的对策略。但是,由于它们之间的价差还较大,而且那时笔记本处理器的主频要远远低于同期台式机处理器的主频,虽然采用处理器的温度较高,但对于某些诸如图形工作者之类的,对处理器速度要求较高的,和一些追求产品性价比的消费者来说,采用台式机处理器的笔记本电脑依然有较大的诱惑,在这种市场环境下,英特尔索性顺应时势,推出基于台式机处理器――奔腾四架构改造而成的处理器,名为Portability系列,目前,命名为Mobile P4的即为这一系列的产品之一。

  Portability处理器由于是基于奔腾四改造的,制造成本远没有Mobility系列的高,具有较高的性价比,有效地缩减了台式机处理器与笔记本处理器之间的价格差距。与台式机奔腾四处理器相比,Portability系列除了有台式机CPU的高性能的特点外,还具备了P4-M的Speedstep变频技术(Mobile Celeron不支持Speedstep)。Speedstep变频技术可根据笔记本电脑占用处理器资源的状态来调整其功率,即当机器占用处理器资源低的时候其功率也随之调低,当机器占用处理器资源高的时候,其功率也随之调高,从而达到智能降低处理器功耗和发热量的目的,因此,它相对于台式机英特尔台式机处理器来说,要省电些,同时性能也稳定些,当然,这项技术降低的功耗和发热量是比较有限的,所以,至今为至,Portability处理器发热量和功效都还比较大,只能主要用于全内置、大尺寸的笔记本电脑,尚无法应用于轻薄型笔记本电脑中。从Intel的发展蓝图中我们可以看出,在未来的几年内迅驰将成为各类型笔记本的主流架构。

Mobility系列处理器与Portability系列处理器的主要区别


Mobile Pentium 4 与Mobile Pentium 4 M处理器主要工艺参数对比

  当然,上面我们介绍的是英特尔奔腾系列的笔记本处理器,其实为了适应低端市场需求,英特尔还在奔腾处理器的基础上,用减少或简化其工艺参数(如减少其二级缓存等)来制造另一种处理器,从而降低制造成本,以便能以低廉的价格出售,抢占低端市场,这种产品被英特尔命名为“赛扬”。在一般情况下,英特尔每推出一款奔腾处理器,就会推出相对应的赛扬处理器,这无论是在台式机处理器方面还是笔记本处理器方面都是如此。
2、AMD笔记本处理器

  在当今笔记本电脑中,AMD处理器(包括台式机处理器)的市场占有率为英特尔之下,名列第二。AMD笔记本处的处理器的特点是:性能不错,价格便宜,发热量大。

  现在AMD笔记本处理器的主要产品是Athlon XP-M。第一版的Athlon XP-M采用了台式机处理器版本的Thoroughbred核心,第二版的则采用了Bainias核心,都是以0.13微米工艺制造。Athlon XP-M处理器取代了原先的Mobile Athlon 4处理器。一开始AMD就将产品线重新划分为Athlon XP-M和Mobile Duron两类,都是采用Socket A接口,前端总线为266MHz,性价比要高过Intel Pentium 4-M不少,到2003年第三季度前,Athlon XP-M处理器基本都已经升级到了新的Barton内核。

  Athlon XP-M具有QuantiSpeed架构和PowerNow!节能技术。QuantiSpeed是由AMD最先提出的概念。AMD认为,频率不是衡量处理器的唯一性能,通过它来完成某一标准运算单位所花费的时间才能真正衡量处理器的实际性能。这种性能的具体算法为:实际的处理器时钟频率×每个时钟周期所能执行的指令数目(Instructions Per Clock cycle,简称IPC)=实际性能。QuantiSpeed架构是为了实现更高的CPU实际性能,而不必去单纯提升处理器频率来达到目的,这样做有利于降低功耗和发热量。

  PowerNow!节能技术与Intel的SpeedStep和全美达的Longrun的原理是一样的。它是软硬件结合的电源优化管理技术。它可以根据机器运转时实际的需要自动、智能地分配处理器的频率,用户也可以自己手动设置自动、高性能、省电三种模式来控制,而且Athlon XP-M可以提供比英特尔更多工作频率的选择。

  除了Athlon XP-M,还有移动版的Athlon 64-M。它具有超强的内存寻址能力和浮点计算性能,这给给笔记本电脑带来了出色的图像视频和游戏性能。它整合内存控制器,不需要通过系统总线而直接和内存交换数据,加上采用了AMD开发的Hyper Transport技术,从而大大缩短了数据交换时间,性能大概能提高20%。Athlon 64-M处理器同样具有1M的二级缓存,超大的数据吞吐量,与Intel P4-M处理器相比,性能优势明显,其前端总线高达1600MHz,是高端P4的两倍,同时系统带宽总数高达9.1GB/s,让英特尔个人处理器望尘莫及。

  不过,令人遗憾的是,虽然它支持现有的32位程序并可运行现有的操作系统,但是若要发挥64位超强计算性能还需要相应的64位软件的配合,可目前支持64位的软件还非常少,不过相信这只是暂时的现象。

  目前采用AMD笔记本处理器的笔记本电脑还不是很多,主要有夏新和清华紫光,近来联想也开始与AMD合作,预计以后也可能会推出基本AMD笔记本处理器的笔记本电脑。
3、全美达笔记本处理器

  全美达(Transmeta)是专注于低功耗笔记本处理器领域的厂商。 它在2000年1月推出的超低功耗Crusoe处理器曾经风靡一时,以后一直没有突出的表现,长期以来给人的印象总是“低功耗、低性能、低价位”的感觉。

  全美达处理器与英特尔等厂商完全几乎采用硬件技术来获取性能和功能的做法不同,他们采用了软件模拟的方式运行X86 处理器的指令,通过RISC处理器担负实际运算功能,极大地简化了处理器内部的电路设计。因此,全美达处理器在面积上要比其它厂商的处理器小很多,也没有英特尔数以千万计的精密集成的晶体管那么多,从而最有效地解决了困扰笔记本电脑的功耗和散热问题,使得移动性能更高的超轻超薄的笔记本电脑成为可能,电池的续航能力也得到很大的提高。

  另外,全美达处理器还能够根据CPU的负载状况来决定处理器的性能高低,这样既满足了满载时对性能的需要,又能够更好地利用电池不多的电量,全美达称这一技术为LongRun电源管理技术,其实这一原理和Intel的SpeedStep是一样的。

  由于全美达处理器最好地平衡了处理器在速度和发热量、功耗之间的矛盾,在2000年时曾一时间风靡全球,供不应求。但是这种情形是英特尔非常不愿看到的,为了压制全美达这种咄咄迫人的势头,英特尔便随后陆续推出了低电压版的Pentium III-M和超低电压版的Pentium III-M。它们在功耗上比以前的英特尔笔记本处理器有了不少改进,同时性能比全美达高出了很大一截。性能不济全美达也随之进入了连续的亏损期。

  为了扭转这一局面,全美达开发出了Efficeon TM8000系列处理器。TM8000在硬件上改良了担当实际运算功能的RISC处理器,采用了全新的CMS(Code Morphing Software)代码转换软件,把原来四通道的128位超长指令集提升为八通道的256位超长指令集,让每个时钟周期执行8条指令,有效地提升系统性能,而且能耗管理技术也得到了进一步改进。它以0.13微米的工艺制造,完全兼容所有x86软件,同时支持MMX、SSE、SSE2多媒体扩展指令集。采用29毫米×29毫米的FC-OBFA 783封装,内含128 KB一级指令缓存与64 KB一级数据缓存,以及1 MB的大容量二级缓存,内含北桥芯片功能及LPC(Low Pin Count)闪存技术,支持DDR400/333/266内存(包括ECC),引入了AGP 4X/2X/1X图形加速,同时采用HyperTransport,提供1.6 GB的数据传输带宽,并开发了配套的增强型LongRun动态电源管理及增强型LongRun热量管理技术。它的主频有1.3 GHz、1.2 GHz、1.1 GHz、1.0 GHz,最大功耗分别为14 W、12 W、7 W、5 W;全美达同时提供21毫米×21毫米小型封装的Efficeon TM8620微处理器(内含1 MB容量二级缓存),以及29毫米×29毫米标准尺寸封装的精简型Efficeon TM8300(内含512 KB容量二级缓存),以让客户有了更多的选择。它适用于超轻薄笔记本电脑、平板电脑、超小型个人电脑、无风扇的安静型个人电脑、刀片服务器以及嵌入式系统等。

  2004年,全美达推出了采用90纳米制造工艺的第二代Efficeon,首款90纳米Efficeon处理器的工作频率将为1.60GHz。据全美达有关人员透露,90纳米的Efficeon 1.6GHz处理器在4月下旬已经开始提供给OEM制造厂商,预计不久便会大量的使用在移动领域内。

  90纳米的Efficeon 1.6GHz处理器是一款低电压处理器,热量设计功率(TDP)只有7W左右,只有同为90纳米的Intel Dothan的21W的三分之一,而其性能却要比Intel的超低电压的Pentium M略胜一筹,在性能和功耗方面达到了目前最高的平衡状态。

Efficeon官方详细参数


Efficeon与Pentium M功耗对比

  在官方公布的耗电量测试中,在CPU+南桥+内存这个基本相同的配置下,超低电压版的Pentium M 900MHz与TM8600 1.1GHz之间进行比较,一系列数据都表明Efficeon在待机情况下的耗电量只是Pentium M的八份之一。Pentium M 900MHz在待机时的耗电量约为1.45W,而Efficeon此时只消耗不到0.18W的电量。

  当然,虽然全美达处理器在功耗和发热量上有非常大的优势,但其劣势也是明显的,比如说性能不及英特尔Pentium M2.0G处理器,另外,在以前,全美达处理器也出现过批量的质量问题,这使得它的经营状况能有起色,支持的厂商也了了无几。
4、威盛笔记本处理器

  威盛笔记本处理器由台湾威盛电子制造,它是全球前五大专业IC设计公司之一。2003年7月8号,威盛汉腾(Antaur)处理器发布,汉腾处理器是继中国芯C3之后威盛又一款为笔记本电脑量身打造的移动式处理器。虽然它比英特尔和AMD的笔记本处理器性能要弱不少,但它有一定的优势。

  汉腾采用了低耗电、低热量的CoolStream架构和0.13微米的制作工艺,前端总线133MHz,起始频率为1.0GHz。汉腾沿用了EBGA封装(35 X 35毫米,368针),并继承了成熟的Nehemiah处理器内核和C3处理器的部分优点,搭载新的CoolStream架构,集成128K全速一级缓存以及拥有16向结合性增强型64K二级缓存,支持SEE 3D指令级,并集成全速运作的浮点运算FPU单元,在3D方面和浮点运算性能上较之前的C3有非常显著的提升。

  作为一款应用于笔记本电脑上的处理器,威盛为汉腾升级了原来C3的节能技术,新的Powersaver2.0技术同时支持Dynamic Speed和Voltage Change。它能在工作中根据不同的工作状态自动调节CPU耗电量,在高性能模式下,汉腾处理器的频率保持1GHz,其最大耗电量为11瓦;在等待状态下汉腾的功率仅为2瓦;在睡眠和深度睡眠模式下,汉腾的功率会降低为1.0瓦左右;而在省电模式下,它的频率自动降为667MHz,CPU满负荷耗运行时耗电仅为5瓦,非常的省电。由此可见,在功耗和发热量上,只有全美达的处理器可以和它抗衡,可惜它们的主频都没有英特尔的高。

  汉腾还有一个很有特色的PadLock数据加密技术,该技术属于纯硬件上的设计,可以通过芯片上的无规律电子噪声计算出对应资料本身的随机数值,并用它们作为加密编码,能让你的系统更具机密性,保障信息传递的安全。可惜,生不逢时,现在普通消费者并不太重视数据保密的问题,也许经过一段时间的教化以后大家会逐渐认识到这个问题。威盛也并没有把它作为一个突出的买点,也许技术还没有很成熟,注重数据的保密这是未来的一个趋势。

  汉腾目标是中低端的超轻薄笔记本电脑,国内清华紫光和方正都已经有此类机型上市。

 5、苹果笔记本处理器

  所谓苹果笔记本处理器,是指用于苹果笔记本上的处理器。苹果笔记本电脑和苹果的台式机一样,并不采用英特尔或AMD之类的处理器,而是采用了PowerPC处理器。PowerPC是早期Motorola和IBM联合为Apple的MAC机开发的CPU芯片,商标权同时属于IBM和Motorola。尽管目前IBM和Motorola所开发出来的PowerPC处理器并不完全一样,但采用的都是PowerPC的内核。

  由于目前无论是台式机或是笔记本电脑,采用的处理器大多都是英特尔的,所以可能很多用户心中都会问:苹果的G3、G4和G5处理器和Intel的处理器比,哪个好些?不过,很遗憾,我能告诉大家的是,由于两者根本不是同架构的处理器,而且运行于两种完全不同的操作系统,因此难以直接比较,但目前公认的说法是苹果的G3、G4 和G5处理器要比Intel处理器拥有更高的效率,在图形处理上有更大的优势。同频的G3、G4和G5在绝大多数应用环境下要比同频的P4和P3快许多。目前,多数的苹果笔记本电脑采用的都是PowerPC G3、G4的处理器。

  另外,PowerPC处理器一般都要比英特尔的稳定一些,据某些用户反映,他们在处理图形的时候用英特尔P4加256MDDR内存平台还不如苹果G3 搭配128MDD快,用苹果电脑最大的好处就是内存保护,当处理300M以上的图形时PC一般都会死机,而用苹果电脑却没出现过一次死机的现象。