处理器点燃节能战火

目前，节能已成为企业及个人用户关注的焦点。而对于服务器、PC而言，处理器的节能又成为重中之重。

高端领域 四强节能各有高招

根据最新的一项研究显示，美国乃至全世界范围内2000年到2005年间数据中心服务器、冷却设备和相关的基础设施的耗电量几乎增长了一倍。另据IDC预计，美国从现在到2009年服务器的在用数量会增加50%%，达到1400万台，一年所需电费将会达到50亿美元，其中还不包括空调所需的电力。IDC调查还发现，即便是大量采用刀片式服务器和机架式集群服务器这些节省空间的方式，数据中心的电力、散热问题仍然成为摆在IT主管面前的重大挑战。在服务器系统中，处理器的功耗和散热占据了40%%左右，所以处理器架构的节能设计至关重要。
目前在高端处理器市场，IBM的Power6、英特尔的安腾、Sun的UltraSparc和AMD的Opteron都非常注重处理器的节能设计。
IBM System p全球销售副总裁 Stephen Leonard称，在能耗不超过Power5+的情况下，Power6芯片的性能将翻一番。对于芯片和计算机设计人员来说，能耗和发热是一个越来越严重的问题，设计人员在努力降低芯片的能耗。
另外，双核和65纳米技术的应用也使得Power6处理器的能耗得以降低，65纳米的Power6与90纳米Power 5相较，在耗电量不变的情况下，频率提高一倍，达到5GHz；数据传输速度也提升一倍，达到300Gbps。
作为IBM Power6的竞争对手，英特尔双核技术的应用使得安腾2处理器的性能提高为原来性能的两倍，并将能耗从130瓦特降低至100瓦特，功效提高2.5倍。
英特尔科技亚洲有限公司服务器平台部亚太区平台市场营销经理吴定严告诉《中国电子报》记者，两个内核加上24MB的高速缓存，使得处理器在整体功耗上的降低尤其显著。配合双核安腾2处理器支持的超级程(HT)技术(每核两个软件线程)，更大的高速缓存和更强的线程支持相结合，尤其为大型数据层应用带来了诸多裨益。这些应用的大部分为内存密集型，已面向多线程吞吐率优化。
此外，英特尔四核至强处理器5300采用了酷睿架构，它采用两颗Woodcrast芯片封装在一起的做法，在同等功率电力情况下，其性能比双核至强处理器高出将近50%%，而且这款处理器还采用了动态节能技术。
与IBM和英特尔相比，Sun推出的UltraSparc T1处理器采用了基于SPARC的Cool Threads技术。在一个大多数处理器都消耗150瓦功率的时代，每一颗基于SPARC的Cool Thread处理器所消耗的功率不足Intel Xeon或IBM Power处理器的一半，仅仅为70瓦左右。这一功率消耗接近一般家庭的照明用电。
我们可以看到，UltraSPARC T1拥有8个对等的硬件内核，每个内核可同步执行4个线程，这样仅仅一枚处理器就具备同时执行32个不同任务的能力。UltraSPARC T1的晶体管总量只有3亿个左右，峰值能耗不足80瓦，执行效率相当出众。
作为高端服务器领域的强劲对手，AMD的Opteron在业界也因其良好的能耗比而受到人们的青睐。
AMD的相关负责人告诉《中国电子报》记者，AMD Opteron(皓龙)处理器和绝缘体硅(Silicon on Insulator，SOI)、“应变硅”(strained silicon)和铜连线等先进的工艺技术，减小处理器本身的能耗。在服务器平台，AMD最新的皓龙处理器还采用了支持优化电源管理的AMD PowerNow！技术，这项技术能够让操作系统根据处理器的负荷量，动态地调整电源供应。AMD PowerNow！技术通过计算机实际应用的性能之需提供能源，减少计算机系统的整体能源消耗。

个人计算 三强谁更强

英特尔从1994年至1997年先后开发了VoltageReduction(自动降压)、ClockGating(自动频率调整)、QuickStart(在CPU空闲时自动进入休眠状态)等笔记本电脑CPU专用节能技术，并且在1999年开发了集以上三种技术之大成的SpeedStep技术。
去年，英特尔发布了全新微体系结构。每块酷睿2双核处理器中均包含有两个优化的执行内核。这一设计可利用专用的CPU资源，在单独的内核中执行并行线程或应用。因此，在同时运行多个要求苛刻的应用时，英特尔酷睿双核处理器可以保证极为卓越的性能和更快的系统响应速度。此外，多线程应用的性能也得到了相应提升，使每瓦特性能得到提高。
酷睿2双核处理器具有一个高性能的内核架构。该架构采用了微操作融合以及高级堆栈管理(Advanced Stack Management)技术，能够在提高性能的同时，优化能效。微操作融合技术整合了相同宏操作(macro-op)中的多个微操作。高级堆栈管理则可以在局部范围内追踪有关堆栈指针的变化，从而降低堆栈相关操作中的微操作数量。微操作数量的减少意味着，可以在能耗更低的情况下，更加有效地实施调度、“按需”提供性能。
此外，英特尔还采用了增强型应变硅技术(Strained Silicon)。如果能迫使硅原子的间距加大，就可减小电子通行所受到的阻碍，也就相当于减小了电阻。这样一来，发热量和能耗都会降低，加速晶体管内部电流的通过速度，而运行速度则得以提升，晶体管获得更出色的效能。
该技术的原理是将硅的晶体拉伸，这样沿拉伸方向电子的迁移率就会提升，导致电阻减小。在MOS管的栅极下沟道处的硅做成拉伸的“应变硅”，当MOS管打开时电流就会更顺利地沿拉伸方向在源极和漏极之间流动，速度也能更快，向衬底分散的漏电流就会相应减少。
在65纳米工艺中，英特尔采用更先进的第二代高性能应变硅，该技术可以让晶体管的激励电流进一步提升到30%%。凭借这项技术，英特尔可以确保在65纳米工艺中继续领先。而鉴于应变硅技术的明显效果，IBM、AMD等半导体企业都准备开发类似的技术。
除了英特尔外，在个人平台，AMD采用的Cool‘n’Quiet技术不仅可以有效地降低功耗和减少系统的运行噪声，还可以根据需要提供性能。Cool‘n’Quiet技术可以根据实际需要的性能决定处理器的利用率，从而提高了计算机的能源利用效率。因为常用的台式电脑程序——例如文字处理和收发电子邮件只需要极低的处理器利用率，而影院级游戏、复杂计算或者数据编码则需要较高的利用率，Cool‘n’Quiet技术可以及时进行相应的调整，以提高系统的能源利用效率。通过降低微处理器的频率和电压，Cool‘n’Quiet技术可以降低整个系统和处理器的功耗。
威盛以C7、C7-D、C7-M等为主的C7系列处理器，都基于威盛业界领先的CoolStream低功耗架构，该架构包括以下几个方面技术：首先是PowerSaver技术，它通过大幅调整频率和电压，极大地降低了耗电量，这项创新技术可以在保持高品质移动性能的前提下，将耗电量减少50%%。其次是先进的制造工艺。威盛C7系列处理器都采用了最先进的IBM State-of-the-art 90nm SOI(硅绝缘体))制造工艺，它可以把运行速度提高15%%的情况下，仍然能比其他基于CMOS设计的处理器节能20%%。还有一点就是，威盛处理器采用21mm×21mm的nanoBGA2封装，拥有超凡热能特性及压缩型软件包，以支持更强大的系统创新设计。此外，威盛C7-M处理器支持TwinTurbo技术，能够让处理器从全速运转状态以极高的速度调整至低耗能模式，从而实现更好的节能效果。

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各服务器芯片厂商节能秘技

IBM：Power6采用了数项节能技术。它采用了名为“nap”的低能耗空闲模式，当服务器的操作系统也处于空闲状态时，它能够将能耗降低30%%—35%%。即使是在操作系统忙的时候，“nap”也能够将能耗降低10%%。Power6的另一项节能技术能够动态地调整处理器的频率和电压，降低这二者是能够降低能耗。如果还能够提高能耗，Power6芯片能够以更高的速度运行。Power6将使客户能够设定服务器的最高能耗值。如果用户设定的最高值为348瓦，服务器的能耗就不会超过348瓦。
英特尔：当前的双核英特尔安腾2处理器基于90纳米制程，未来的产品将基于英特尔已在其多个制造工厂使用的65纳米制程。英特尔公司还向人们展示了其45纳米制程，通过这种制程所制造的芯片，将比现在的产品减少5成以上的漏电情况，使得处理器的节能效果更加明显。
Sun：Sun公司采用非均衡的思想来设计UltraSPARC T1：每个基本的CPU内核都相当精简，但都能够很好地完成相应的数据处理任务，由于精简核心占据的晶体管资源较少，处理器就能够集成更多的硬件内核；同时在较单纯的数据处理任务中，每个CPU核心的执行管线都不会被充分利用，在此基础上导入多线程技术将能够进一步提高系统的并行能力。
AMD：AMD Opteron(皓龙)处理器采用高速直连架构，解决了传统x86服务器中传输速度的瓶颈，达到高速计算，处理器不需要采用非常高的主频即可获得比业界同级更好的性能，避免了高频率带来的高能耗问题。值得关注的是，集成的内存控制器也比传统北桥芯片更加节能。