我们知道，用不了多久AMD的Llano APU将会正式登场。Llano APU作为一个全新的产品，它把传统的CPU和GPU融合在一个核心中。现代处理器技术异常复杂集成度也非常高，可是有没有想过以前的处理器缓存都是板载在主板上的呢？更别说集成图形核心了。那么我们今天也借此回顾历史上，处理器的集成发展之路，看看它是如何一步步发展演进成今天的产品的。

开山鼻祖：8086外接数学辅助处理器

首先要追溯到上世纪70年代末，真正在个人电脑上有重要影响的处理器莫过于Intel 8086，它是一个由Intel于1978年所设计的16位微处理器芯片，是x86架构的鼻祖。

x86架构的鼻祖：8086处理器

8086处理器的时钟频率介于4.77MHz(在原先的IBM PC)和10 MHz之间。8086 没有包含浮点指令部分（FPU），但是可以通过外接数学辅助处理器来增强浮点计算能力，也就是Intel 8087，它是标准版本。

搭配使用的数学协处理器i8087

当年数学味道特别浓的i8087包装

8086微处理器最高主频速度为8MHz，具有16位数据通道，内存寻址能力为1MB。同时，Intel还生产出与之相配合的数学协处理器i8087。这两种芯片使用相互兼容的指令集，但i8087指令集中增加了一些专门用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令。人们将这些指令集统一称为x86指令集。

8086处理器和i8087搭配使用

80386开始搭配一级缓存

从8086之后，Intel后续推出了8088、80286等重要产品，结构和8086基本相似，在频率性能方面有进一步提升。1985年，Intel发布了第一款32位微处理器80386，除了具有实模和保护模式外，还增加了一种叫虚拟86的工作方式，可以通过同时模拟多个8086处理器来提供多任务能力。

80386

当时80386没有完善和强大的浮点运算单元，但配上80387协处理器，80386就可以顺利完成AutoCAD等需要大量浮点运算的任务，从而顺利进入了主流的商用电脑市场。另外，30386还有其他丰富的外围配件支持，如82258（DMA控制器）、8259A（中断控制器）、8272（磁盘控制器）、82385（Cache控制器）、82062（硬盘控制器）等。

80387协处理器

针对内存的速度瓶颈，Intel为80386设计了高速缓存（Cache），采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈。本来按照最初的设计，80386将内置一级缓存，但由于工艺、成本、工期等等方面的限制，80386最后并没有这么做，而是将专门开发的一级缓存芯片放置在CPU之外的主板上，但从此以后，缓存就和CPU成为了如影随形的东西。

486集成一级缓存/浮点单元

Intel i486（又称486, 80486）是Intel公司的一款CISC架构x86 CPU，前身是 Intel 80386 处理器。

从软件的观点来看，i486家族的指令集与80386非常相似，只有增加少量的指令，不过从硬件的观点来看，i486的结构有很大的突破。它有内置数据高速缓存芯片，一个浮点运算处理器（只有DX型才拥有）和多重管线。在最佳的条件下，i486的核心可以提供一个时间周期内处理一个指令。这会提供大约二倍同时钟频率的80386的性能。然而，有些低等级的i486实际上会比最高速的386还要慢，这在i486 SX型会格外的明显。

80486 CPU内部集成了一个数据/指令混合型cache称为高速缓冲存储器管理部件CU（cache unit）。在绝大多数的情况下，CPU都能在片内cache中存取数据和指令，减少了CPU的访问时间。在与80486 DX配套的主板设计中，采用128KB～256KB的大容量二级cache来提高cache的命中率，片内cache（一级缓存）与片外cache（二级缓存）合起来的命中率可达98%。CPU片内总线宽度高达128位，总线接口部件将以一次16个字节的方式在cache和内存之间传输数据，大大提高了数据处理速度。80486 CPU中的cache部件与指令预取部件紧密配合，一旦预取代码未在cache中命中，BIU就对cache进行填充，从内存中取出指令代码，同时送给 cache部件和指令预取部件。

25MHz i486于1989年4月问世，33MHz的版本在1990年5月出现，然后50MHz在1991年6月出现。

i486的型号

Intel 80486SX - 没有浮点运算处理器FPU支持的i486。由于早期的i486的FPU具有缺陷而将FPU功能关起来，但后期为了降低成本和减少芯片面积而将FPU完整拿掉。
Intel 80486DX - 具有FPU的i486。
Intel 80486DX2 - 以2倍倍频来运行的处理器。
Intel 80486SX2 - 与i486DX2相同，但是没有FPU功能。
Intel 80486SL - 低耗电的i486DX，主要用于可携式电脑。
Intel 80486SL-NM - 低耗电的i486SX。
Intel 80487 - 给予i486SX使用的运算处理器。
Intel 80486 OverDrive - 内部运算速度比较快的处理器。
Intel 80486DX4 - 以3倍倍频来运行的处理器（不是4倍）。

i486的时钟频率有16、20、25、33、40、50、66、75、100MHz。

Pentium Pro：集成二级缓存

Pentium：缓存加大

继承着80486大获成功的东风，赚大笔美金的Intel在1993年推出了全新一代的高性能处理器——Pentium。由于市场竞争越来越趋向于激烈化，Intel觉得不能再让AMD和其他公司用同样的名字来抢自己的饭碗了，于是提出了商标注册。由于在美国的法律里是不允许用阿拉伯数字注册的，于是Intel玩了个花样，用拉丁文去注册商标。“Pentium”在拉丁文里面就是“五”的意思。Intel公司还替它起了一个相当好听的中文名字——奔腾。

初期Pentium CPU里面都已经内置了16K的一级缓存，这样使它的处理性能更加强大，后期容量变成两倍为32 KB，并且加入了令大家耳熟能详的MMX指令。

Pentium Pro：集成二级缓存

初步占据了一部分CPU市场的Intel并没有停下自己的脚步，在其他公司还在不断追赶自己的奔腾之际，又在1996年推出了第六代异常经典X86系列CPU：P6架构。P6只是它的研究代号，上市之后P6有了一个非常响亮的名字叫Pentium Pro。

Pentium Pro的内部含有高达550万个的晶体管，内部时钟频率为133MHZ，处理速度几乎是100MHZ的PENTIUM的2倍。Pentium Pro的一级(片内)缓存为8KB指令和8KB数据。值得注意的是在Pentium Pro的一个封装中除Pentium Pro芯片外还包括有一个256KB的二级缓存芯片，两个芯片之间用高频宽的内部通讯总线互连，处理器与高速缓存的连接线路也被安置在该封装中，这样就使高速缓存能更容易地运行在更高的频率上。

Pentium Pro 200MHz CPU的二级缓存就是运行在200MHZ，也就是工作在与处理器相同的频率上。这样的设计领Pentium Pro达到了最高的性能。而Pentium Pro最引人注目的地方是它具有一项称为“动态执行”的创新技术，这是继PENTIUM在超标量体系结构上实现实破之后的又一次飞跃。Pentium Pro系列的工作频率是150/166/180/200，一级缓存都是16KB，而前三者都有256KB的二级缓存，至于频率为200的CPU还分为三种版本，不同就在于他们的内置的缓存分别是256KB，512KB，1MB。

同样集成二级缓存的桌面Pentium II：

P6架构是原本用于服务器的架构，为了和竞争对手进行有力竞争，Intel在Pentium II上采用了P6架构，同样以前集成在主板上的二级缓存被移植到了CPU内，从而大大地加快了数据读取和命中率，提高了性能。

与Pentium及Pentium Pro处理器不同，Pentium II使用一种插槽式设计。处理器芯片与其他相关芯片皆在一块类似子卡的电路板上，而电路板上有一块塑胶盖，有时也有一风扇。Pentium II也把L2放到这电路板上，但只运行处理器频率一半的速度。此举增加处理器的良率，从而减低制作成本。

K6-2：拥有64Kb一级缓存

由于Intel在Pentium时代已经结束了转让授权的策略，所以其他处理器厂商只能自谋出路，AMD也逐步采用了新的架构，于是就有了K5和Pentium竞争，不过性能差距比较大。

而K6-2则是进一步发展了K5，它可以在200至550 MHz的时钟速度运行；并拥有64Kb一级缓存(32KB指令集和32KB资料)。

鲜为人知的K6-2+是整合了128KB二级缓存并采用0.18微米工艺的处理器（从本质上来说，这是K6-III的简化版）。

K6-2+是明确为低功耗移动型(但它的发热量很大)CPU，而且推出的时候正是主流台式机快速转型到诸如Athlon之类的新平台。这款CPU在其目标市场销量一般，但尽管AMD没有努力为其作宣传，K6-2+依然出现在传统台式机市场中销售。台式机版本的K6-2+在市场中完全被Athlon和K6-III遮盖着锋芒（两者都比K6-2+快多了），甚至连较慢、只便宜一点点的原版K6-2也不例外，因为K6-2更知名和更容易找到匹配的主板。K6-2+最高频率为570MHz。

K6-2的版本：

K6-2 (Chomper, 250 nm)

CPUID: Family 5, Model 8，步进 0
一级缓存：32 + 32 KiB（数据 + 指令）
指令集：MMX，3DNow!
插座：Super Socket 7
前端总线：66, 100 MHz
核心电压：2,2V
首次发表：1998年5月28日
时钟频率：233, 266, 300, 333 & 350 MHz

K6-2 (Chomper Extended (CXT), 250 nm)

CPUID: Family 5, Model 8，步进 12
一级缓存：32 + 32 KiB（数据 + 指令）
指令集：MMX，3DNow!
插座：Super Socket 7
前端总线：66, 95, 97, 100 MHz
核心电压：2.0(mobile)/2.2/2.3/2.4V
首次发表：1998年12月16日
时钟频率：266 - 550 MHz

K6-2+ (180 nm)

一级缓存：32 + 32 KiB（数据 + 指令）
二级缓存：128 KiB，全速
指令集：MMX，扩展3DNow!，PowerNow!
插座：Super Socket 7
前端总线：100 MHz
核心电压：2.0 V
首次发表：2000年4月18日
时钟频率：450, 475, 500, 533, 550 & 570 MHz

铜矿Pentium III采用全速二级缓存

Pentium III于1999年2月26日推出，原先的版本Katmai与Pentium II非常相似（均使用0.25μm制程），唯一的差别是加入了SSE，以及改进一级缓存控制器（导致比后来Pentium II好的稍微效能改进），依旧使用半速512K二级缓存。

Katmai

从第二个版本Coppermine（铜矿）开始普遍采用了新的Socket 370（FC-PGA）接口，由于使用了0.18μm制程，INTEL能够在CPU芯片内集成了低延迟性全速256KB第二级缓存，在AMD Athlon处理器的竞争压力下，Intel重作芯片内部的设计，最后修正了广知的指令管线拖延问题。这个结果是使处理指令的效能增加了卓越的30%，相比Katmai的效能有了极大的进步。

Coppermine（铜矿）

集成内存控制器的Athlon 64

Pentium III之后，Intel推出了颇具争议的奔腾4（Pentium 4，或简称奔4或P4）处理器，它是继1995年出品的Pentium Pro之后的第一款重新设计过的处理器，这一新的架构称做NetBurst。

随后Intel的发展思路就是进一步提升频率，加大缓存容量，采用超线程以及双核技术。而随后处理器结构发生重点转变是在AMD推出了K8架构的Athlon 64，它把原本集成在北桥中的内存控制器集成在处理器内部，极大提升了内存效率。

Intel在经历了Prescott性能低下、功耗奇高、竞争对手空前成功的不利形式之后，把原本用于移动平台的P6架构重新用起来，结合Netburst总线结构推出了酷睿2处理器，最终才挽回性能低下的颜面，不过此时酷睿2还没有把内存控制器集成到处理器内部。

AMD Phenom引入了三级缓存

随后市场急转而下，AMD在2007年推出了四核K10，并以Phenom的名称销售。虽然第一代Phenom没有取得太大的市场反响，不过进一步引入了三级缓存，集成度进一步加大。

08年下半年，Intel再次更新了它们的处理器产品技术，推出了核心代号Nehalem的Core i7处理器，采用LGA 1366接口、更新的微架构设计、QPI总线技术，当然也把内存控制器给集成进处理器内部。

北桥、图形核心全集成

当然技术依然在进步，2009年9月6号Intel进一步推出了LGA 1156接口产品，在原本LGA 1366接口集成内存控制器的基础上，进一步把北桥功能集成进处理器，使得主板上只剩下一颗南桥芯片。

同时在09年底，Intel进一步推出了集成图形核心的Clarckdale  Core i3处理器，Clarckdale核心开始内置G45级别的图形核心GMA X4500HD，这样处理器的集成度进一步加剧。

Clarckdale处理器内部采用“胶水”多芯片封装

当然Clarckdale处理器只是初步试水，所以处理器核心和图形核心是分开设计在处理器内部的，也就是是采用“胶水”策略，而10年底发布的Sandy Bridge处理器则把处理器核心和DirectX10.1图形核心融合在一起，算是告别了“胶水”时代。

从左到右依次为Nehalem、Westmere、Sandy Bridge的核心展示

真正的融合正在开始

年初CES 2011大展上，AMD正式发布了面向低功耗应用的首批Fusion APU融合处理器E-350，它把处理器和独显核心做在一个芯片上，同时具有一定的处理器和独立显卡的处理性能，能够支持DX11游戏和最新应用的“异构加速运算”，大幅提升电脑运行效率。

Zacate核心的E-350 APU处理器频率为1.6GHz，内建DirectX11 Radeon HD 6310图形核心（具备80SP）和UVD 3.0高清视频加速引擎，TDP为18W。这样的设计让处理器的集成度进一步加大。

而针对桌面平台推出的Llano APU也将在不久将会正式登场，AMD A系列桌面APU将会拥有四个K10.5+/Husky x86核心以及Radeon HD 6000级"BeaverCreek" 图形核心(320或400个流处理器)，或者2个X86核心和"WinterPark" (160个流处理器）图形核心。相关产品将支持双通道DDR3内存控制器，最高4M缓存，部分产品将支持Turbo Core动态频率提升技术以及特别的multi-GPU支持。

COMPUTEX正式亮相的推土机架构APU

未来处理器集成之路还将继续。通过上面的介绍，我们应该能够比较全面了解处理器在发展数十年间的集成过程，首先原本处理器和浮点单元分开设计，随后集成了缓存、内存控制器、北桥功能、继而把图形核心也吃进了处理器内部，我们在惊叹科技发展的同时，也对未来电脑技术发展有更多的期望，也许以后我们的处理器会把所有的功能芯片全集成在一起，留给我们的则是尺寸更小功耗更低的好产品。

(图文/硬派网)