一代CPU王者的发展简史：从技压英特尔的x86-64位技术到全新的 Ryzen 架构

　　同步多线程，彻底发挥 CPU 核心的计算能力

　　在 2008 年，Intel 将其 Hyper-Threading 的技术重新导入 Core i 系列 CPU，也就我们现在所熟知的 i3、i5、i7 处理器。所谓的 Hyper-Threading，便是在一个 CPU 核心内部在将其分成两份。然而，究竟是如何将 CPU 切成两份呢?根据 Intel 于 2002 年所发布的Hyper-Threading Technology Architecture and Microarchitecture便可略知一二。

　　在论文中，Intel 便给出了两张比较图。两个核心最主要的差异，在采用 Hyper-Threading 技术中的 CPU 中，Architecture State 单元会比一般的核心多一个。大致上，Architecture State 单元包含了多数的暂存器以及中断讯号的控制器等，用以记录执行绪执行的资讯，是无法被共用的资料。

　　▲ 左图为未采用 Hyper-Threading 技术的 CPU Cores，右图则是采用了 Hyper-Threading 技术的 CPU Cores，其中，两者间的差异为一个 CPU Core 中有不同数量的 Architecture State 单元。(Source：Intel Technology Journal Vol. 1)

　　因此，在采用这个技术之后，只需要额外的 5% 面积，便可以达成更高的指令集平行化，让 CPU 尽可能地满载，释放 CPU 所有的潜能。根据这一篇论文中所提供的数据，采用这一项技术后，在多执行绪的执行情况下，将可带来将近 30% 的效能提升，相当惊人。

　　做为应对，AMD于 2011 年推出 Bulldozer，其采用的并非是 Intel 所使用的 SMT 技术，而是 Clustered MultiThreaded(CMT)技术。此技术是将一颗 CPU 内部的整数执行单元复制一份，让 CPU 具备在同一核心内部执行两个执行绪能力，在后续要扩增核心的计算能力上，相当的容易，所需要的修改相对的较少。

　　然而，其缺点便是没有办法共用执行单元，无法享有 SMT 中最重要的优点，用两个 Thread 尽可能让执行单元不会有空闲状态。此外，两个独立的 L1 Cache 虽然感觉在实作上会比较简单。但是，为了要维持 Cache 的一致性，便需要拥有额外的 Core 内部资料交换单元，大大的提升控制电路的复杂性。

　　最后，结果便是众所皆知的，AMD于 x86 的 CPU 市占率直直落，现今在中高端的笔电市场中，更几乎看不到采用AMDCPU 的产品。就在 AMD 要消失在市场之中时，Zen CPU 的消息传出!

RyzenCPU，硬件架构的重新设计

　　在 2012 年，K8 的主要硬件架构师 Jim Keller 回到 AMD。这一次，他的回归，让 AMD 重返荣耀的声音响起。是否新的 CPU 可以再现 K8 的传说?这一次的RyzenCPU 和先前的 AMD CPU 有何差异?

　　将底层硬件架构做比较，可以发现RyzenCPU，取消了 Bulldozer 所提出的 Integer Cluster，并以类似 Intel Hyper-Threading 的技术取而代之。如此便能让 CPU 尽可能地达到满载的状况。

　　此外，新的 Ryzen CPU 也引进了 Intel 于 Sandy Bridge 架构开始采用的 Micro-op Queue，以减少重新 Decode 的需求，提升单次可执行的指令数。借由更多先进的技术，让 AMD 得以获得大幅度的效能提升。也因此，AMD 公布 Ryzen CPU 其每个周期可以执行的指令比前一代 CPU 多 52%，改善幅度相当大。

　　至于实际的 Ryzen CPU 效能如何呢?现在已经有相当多的评测文章将 Intel Kaby Lake 系列和 Ryzen 系列 CPU 做比较，在这不再多做评比。不过，在一般的应用上，AMD 的 CPU 不会再像之前的 CPU，看不到 Intel CPU 的车尾灯。

　　▲ AMD 于 2016 年 HOT CHIPS 上所发布的架构图。从图中可以发现，新的架构取消掉 CMT 的技术，让 CPU 核心变得较不复杂。(Source：AMD)

　　至此，我们已经看完了两大 x86 巨头间的厮杀，同时在短短的 17 年间，CPU 产业已经采用相当多的技术，以满足与日渐增的计算需求。千禧年后 CPU 的发展简史，让我们见证了一代 CPU 王者的兴起没落以及归来。

　　▲ 从图中可以发现在 AMD Bulldozer 中，一共有两个整数运算单元，此技术便称为 Clustered MultiThreaded。(Source：By Shigeru23 (Made by uploader (ref：[1]， [2]， [3])) [GFDLor CC BY 3.0]， via Wikimedia Commons)