電腦達人養成計畫 2-8：中古時代後期 CPU 發展史 (中)

終於要進入站長開始接觸電腦的年代了，所以對我來說這邊的內容格外的有親切感。站長的第一台電腦是 IBM 推出的 Aptiva 2187-T01，時間點大概是在 1999 – 2000 年之間吧，當時是向電視購物買的 (嘿對，是陰森購物)，貨是明日世界這間現在好像已經收掉的公司出的 (其實我也不知道為什麼一直以來自己就很容易記住一些很瑣碎的東西，說起來那時候我才五歲耶……)，還記得那時一口氣來了四大箱 (主機、很大台的 CRT 螢幕、現在比較少看到的 Lexmark 印表機、根本只用過三次的 Acer 掃描器) 把我家的整個門口堆得滿滿的，疊起來比我還高兩倍 (默)

於是這就是我接觸電腦這玩意兒的開始，從無數的 try & error 中獲取經驗，自己學習怎麼搞定撥接 Modem、學怎麼重灌 Windows 98 SE、後來換了 ADSL (那時候只有 1.5 Mbps 的樣子，啟用日期是 2001/09/07，到現在已經 14 年了呢) 又基於好奇去研究這東西到底是怎麼做到同時上網又能打電話的，有問題就去研究與嘗試怎麼搞定，就這樣一頭栽進這個世界裡，一路走到了今天，而這台電腦到現在仍然放在我家裡留做紀念 (也許哪天會變成骨董吧？)。

中古時代後期－個人電腦在台灣開始普及的時代 (中)

絕地反攻：AMD K6

AMD 在經過 K5 的出師不利之後，學到了一些教訓，那就是作為較弱勢的廠商，產品太晚出氣勢就輸人了，而且若晚出又比不上別人已經有的產品，那就只有慘敗或廉售的可能，於是 AMD K6 最後趕在 Pentium II 之前，於 1997 年 04 月上市。

↑ 比起 K5，K6 可能還比較接近這顆 Nx586 一點。

AMD K6 的設計是來自於一家叫做 NexGen 的公司，當時正在設計一款名為 Nx686 的處理器，而後來 AMD 將這間公司收購之後就發展成為後來的 K6，因此 K6 與 K5 之間的親緣關係其實很薄弱。

急起直追 Intel

AMD K6 加入了 MMX 指令集，在性能方面基本上是足以接近 Pentium MMX 的，甚至在某些情況下可以追上同頻的 Pentium II，雖然性能仍然不及 Intel (浮點運算性能大概只有同頻 Pentium 的一半，不過我們的日常用途主要以整數運算為主，這方面 K6 就沒有輸了)，但相對而言低廉許多的售價，加上與 Pentium 完全相容的腳位 (同屬 Socket 7) 讓 AMD 成功開始在市場上攻城掠地 (雖然離要追上 Intel 還早得很，但至少已經開始追了)，同時也加速個人電腦售價的下跌與普及。

↑ AMD K6 Die shot

不過 AMD K6 本身並沒有整合 L2 Cache，而是使用 Pentium 時代的老方法，將 L2 Cache 放在主機板上。

前期產品：K6 (Model 6)

• 發佈時間：1997 年 04 月 02 日
• 運作時脈：166 MHz ~ 233 MHz
• FSB 時脈：66 MHz
• L1 快取大小：64 KB (資料與指令快取各 32 KB)
• 支援插槽：Socket 7
• 電壓需求：2.9 V ~ 3.3 V
• 電晶體數：880 萬枚
• 製造工藝：0.35 微米 (µm)
• 指令集：x86-32 + MMX

↑ AMD K6 (Model 6)

後期產品：K6 “Little Foot” (Model 7)

• 發佈時間：1998 年 01 月 06 日
• 運作時脈：200 MHz ~ 300 MHz
• FSB 時脈：66 MHz
• L1 快取大小：64 KB (資料與指令快取各 32 KB)
• 支援插槽：Socket 7
• 電壓需求：2.2 V
• 電晶體數：880 萬枚
• 製造工藝：0.25 微米 (µm)
• 指令集：x86-32 + MMX

↑ AMD K6 (Model 7)

Little Foot 基本上就是第一代 K6 (Model 6) 的製程改進版，受益於製程改進所以可以有更高的時脈，只需要更低的電壓，或許是出於防偽的目的？Model 7 的 K6 除了使用印刷方式打上時脈之外，正面的鐵殼左下角也會蝕刻出時脈與序號的二維條碼。

不過由於電壓下降與倍頻的增加，部分的 Socket 7 主機板上沒辦法使用 Model 7 版本之 K6 的。

P6 架構大放異彩：Intel Pentium II

Pentium II 在 1997 年 05 月 07 日推出，與 Pentium Pro 一樣是基於 P6 微架構的產物，因此其實它是 Pentium Pro 的改良版，與初代 Pentium 之間的親緣關係反而不大 (從內部型號中 Pentium II 與 Pentium Pro 同屬 Family 6 就可以印證這點)，同時也是從 Pentium II 開始，由於核心架構不常改變，因此我們改為使用核心的開發代號來區分不同時期。

Pentium II 基本上就是針對當年 Pentium Pro 的弱點進行補強，例如強化了在處理 16-bit 程式時的性能、納入 MMX 指令集等，由於 16-bit 處理能力有了長足的改善，因此 Pentium II 在 Windows 9x 上的表現明顯比 Pentium Pro 要好得多，又比 Pentium Pro 便宜，因此在市場獲得了巨大的成功。

特殊的卡匣外型

Pentium II 長得與以往的處理器相差非常遠，是做成有點像遊戲卡匣的外型，單面包覆塑膠卡匣外殼 (不過有部分型號是沒有外殼的) 中包裹著一塊電路板，L2 快取與處理核心就放置在這張電路板上，另一面則以散熱片或風扇接觸核心本身以進行散熱，主機板上的插槽也因此由 Socket 轉型為長條狀的 Slot。

↑ 以現在來說長這樣的 CPU 或許很奇怪，但它確實是

採用這種封裝的目的是為了將 L2 快取從 CPU 本體抽出來 (成本與技術能力上的考量，這跟追求良率提升也有關係)，但又能維持與 CPU 夠近的距離以維持一定的速度，這點與減半速度的 L2 快取是 Pentium II 能比 Pentium Pro 便宜的主因，同時也讓 Intel 可以很容易的透過抽換電路板上的快取晶片來生產不同等級的 CPU。

還有最後一個理由：Slot 1 是有專利的，所以任何廠商都不能生產支援 Slot 1 的處理器，本來是 Intel 想甩掉競爭對手的策略，不過沒想到最後反而讓其他廠商在 Socket 7 的世界苟延殘喘活了下來 (當時電腦很貴，一般人可禁不起主機板跟處理器都要換的支出)。

Xeon 與 Celeron 的初登板

當年 Pentium Pro 由於價格過高加上 16 位元處理能力不佳，因此最後被 Intel 用於針對高價市場、伺服器專業市場發售，而中階與消費性市場則由 Pentium MMX 擔綱，後來 Intel 發佈 Pentium II 時，便決定用 Pentium II 統一這兩條產品線，並打算往下紮根，生產更便宜的處理器以擴大市場。

如同前面說過的，改成卡匣設計之後 Intel 可以很容易的透過抽換快取來生產不同等級的 CPU，實際上這就是後來 Celeron、Pentium II、Pentium II Xeon 的由來與差別。

• Celeron
  最便宜，可能沒有 L2 快取 (前期)，或是快取大小比 Pentium II 小 (通常是減半)，使用 Slot 1 插槽。
• Pentium II
  主流市場戰線的武器，具有 L2 快取，但 L2 快取的速度只有 CPU 核心的一半，使用 Slot 1 插槽。
• Pentium II Xeon
  面對伺服器市場與旗艦市場的產品，具有全速的 L2 快取，使用較長的 Slot 2 插槽。

這個時期裡 Xeon 還不是獨立的系列，只是 Pentium 品牌下的一種型號識別罷了。

第一代：Klamath (80522)

• 發佈時間：1997 年 05 月 07 日
• 運作時脈：233 MHz ~ 300 MHz
• FSB 時脈：66 MHz
• TDP：34.8 W ~ 43 W
• L1 快取大小：32 KB (資料與指令快取各 16 KB)
• L2 快取大小：512 KB
• 支援插槽：Slot 1 (卡匣外型)
• 電壓需求：2.8 V
• 電晶體數：750 萬枚
• 製造工藝：0.35 微米 (µm)
• 指令集：x86-32 + MMX

Klamath 是第一代的 Pentium II，全系列的 FSB 都是 66 MHz，當時推出了 233、266 與 300 三個型號，如同前面說過的，Klamath 的 L2 快取是與 CPU 在同一塊電路板上，但並未封裝在一起也沒有整合入核心，設計上是以處理器主頻的一半運作。

↑ Intel Pentium II (Klamath) 正面

當年 Klamath 的起跳售價為 636 美金，最高級的 Pentium II 300 甚至要價驚人的 1,981 美金，雖然比起 Pentium Pro 曾經出現的 2,675 美金來說便宜不少，但其實對一般人來說，仍舊是很難接近的東西。

↑ Intel Pentium II (Klamath) 背面

後來在 1997 年 07 月 14 日 Intel 對 OEM 廠商推出了將 L2 快取升級為具備 ECC 能力的對應 Klamath 型號，Klamath 具有支援多處理器的能力，至多可以同時安裝 2 個 Pentium II。

第二代：Deschutes (80523)

• 發佈時間：1998 年 01 月 26 日
• 運作時脈：266 MHz ~ 450 MHz
• FSB 時脈：66 MHz ~ 100 MHz
• TDP：16.8 W ~ 27.1 W
• L1 快取大小：32 KB (資料與指令快取各 16 KB)
• L2 快取大小：512 KB
• 支援插槽：Slot 1 (卡匣外型)
• 電壓需求：2.0 V
• 電晶體數：750 萬枚
• 製造工藝：0.25 微米 (µm)
• 指令集：x86-32 + MMX

↑ Intel Pentium II (Deschutes) 正面 (右邊兩塊就是快取晶片)

1998 年推出的 Deschutes 是 Pentium II 的第二代產品，相較於 Klamath 來說，Deschutes 在各方面都顯得更加成熟，受益於製程進入 0.25 微米，Deschutes 的 TDP 與使用的電壓都明顯較 Klamath 下降很多，同時時脈的成長也大有斬獲，來到了 450 MHz。

↑ Intel Pentium II (Deschutes) 背面

其中除了運作時脈為 333 MHz 以下的 Deschutes 使用的 FSB 為 66 MHz 外，其餘都已提升至 100 MHz，然而 Deschutes 最特別的地方其實不在其本身的特性有多少改變，而是 Intel 就是在這個時候開始創建 Xeon 與 Celeron 這兩條產品線的，而且當時的產品都是直接衍伸自 Deschutes。

Intel Celeron (based on Deschutes)

當時的 Celeron 就已經是獨立的一條產品線，目的是要搶攻較低價的市場 (以當時來說其實這樣的作法對於讓個人電腦普及化也有相當的幫助)。

第一款 Celeron 的開發代號為 Covington，發佈於 1998 年 04 月，只有 266 MHz 與 300 MHz 兩個型號，最明顯的特性是沒有 L2 快取 (其實就是直接拿掉 L2 快取的 Deschutes)，因此性能上相當讓人失望，價格又不是真的低廉很多，所以在市場上造成的迴響有限 (國外評論認為初期的好銷量都來自於 Intel 的名聲，之後馬上就消失了)，引起了不小的抱怨聲浪，但值得注意的是，少了 L2 快取的 Covington 反而具有良好的超頻能力。

↑ 少了快取的 Celeron (Covington)，兩側顯得相當空曠

由於缺乏 L2 快取的 Covington 性能真的太差，連帶反而救了 AMD 與 Cyrix 等廠商 (AMD 的 K6-2 從價格與性能上都可以把 Covington 壓著打)，Intel 在 1998 年 08 月推出了改版的 Celeron，代號為 Mendocino，運作時脈從 300 MHz 起跳 (300 MHz 型號為了與 Covington 作出區分所以稱為 Celeron 300-A)，最高到 533 MHz，不過這次 Intel 似乎又「矯枉過正」了，Mendocino 內建了 128 KB「全速」的快取，而且 Mendocino 還是第一款將 L2 快取整合到核心中 (on-die) 的零售處理器，這讓 Mendocino 的性能大為增強，而且超頻潛力依舊龐大。

↑ 看似空曠依舊，不過其實 L2 快取已經塞進中間變大的晶片裡了。

儘管 Mendocino 的 FSB 只有 66 MHz，但對性能的影響並不大，因此基於 Mendocino 的 Celeron 在市場上獲得了巨大的成功，除了把 Cyrix 弄倒以外，還壓制了 AMD 的 K6-2，甚至是影響到了自家中高階產品線 Pentium II 的銷售。

↑ Socket 370 版本的 Intel Celeron (Mendocino)

後來由於 Mendocino 沒有外置的 L2 快取晶片，因此後來 Intel 又發展了 Socket 370 規格的版本，取代為了外置 L2 晶片而設計的 Slot 1，至於筆記型電腦的部分，則是在 1999 年推出了稱為 Tocino 的核心，與 Mendocino 相當接近，值得注意的是有一款低電壓版本出現，電壓為 1.5 V，TDP 僅 7.9 W (時脈為 267 MHz)。

Intel Pentium II Xeon

↑ 巨無霸級別的 Pentium II Xeon

相對於 Celeron 而言，Xeon 版本的 Pentium II 就沒那麼特別了，當時 Xeon 也還不是一個獨立的系列，而是附屬於 Pentium 品牌之下。發佈於 1998 年 06 月的 Pentium II Xeon (代號為 Drake) 同樣是基於 Deschutes 的設計，只是將外置的 L2 快取晶片由降半速改為全速的晶片，容量則有所增加，有 512 KB、1 MB、2 MB 三種大小，至於運作時脈則從 400 MHz 起跳，最高同樣是到 450 MHz。

值得注意的是 Pentium II Xeon 使用的插槽與其他 Pentium II 不同，是使用較長的 Slot 2 (具有 330 觸點)，高度也比 Slot 1 處理器來得高許多，且 Pentium II Xeon 具有多處理器 (SMP) 的能力，至多可以同時安裝四顆 Pentium II Xeon。

Intel Pentium II OverDrive

Pentium II OverDrive 推出於 1998 年，同樣基於 Deschutes 核心的 Pentium II，使用與 Pentium Pro 相同的腳位 (Socket 8)，是提供給原 Pentium Pro 用戶升級使用的 Pentium II OverDrive，至多可以支援雙處理器，因此原本使用 4 處理器 Pentium Pro 的用戶在升級之後只能捨棄掉兩個 Socket。

↑ 把散熱模組拿掉之後的樣子，左邊是 CPU 核心，右邊是 L2 快取。

Pentium II OverDrive 具有 512 KB 「全速」的 L2 快取記憶體 (但仍然為外置)，FSB 則為 60 至 66 MHz，不過 Pentium II OverDrive 的 CPUID 是與 Klamath 相同，但 Intel 有在官方文件中特別提及，Pentium II OverDrive 使用的核心是 Deschutes 級別的。

↑ Intel Pentium II OverDrive (背面)

Mobile Intel Pentium II

Pentium II 同樣有推出行動版本，主要分為 Tonga 與 Dixon 兩代，其中 Tonga 基本上也是 Deschutes 的衍伸型 (編號仍然是 80523)，發佈於 1998 年 04 月 02 日。

↑ Mobile Intel Pentium II (Tonga) 長得真的很特別

Tonga 的 L2 快取仍然是放置於處理器核心外，以處理器主頻的一半速度運作，大小則為 512 KB，時脈從 233 MHz 起跳至 300 MHz，FSB 則是 66 MHz，當時使用的電壓略低於 Deschutes，是較為接近現今處理器使用的 1.6 V ~ 1.7 V。

之後在 1999 年 01 月 25 日，Intel 推出了最後一款 Pentium II 核心，也就是行動版本的 Dixon 核心，基於 0.25 微米或 0.18 微米製造工藝，運作電壓最低可以來到 1.55 V，時脈則介於 266 MHz 至 400 MHz。

↑ Mobile Intel Pentium II (Dixon) 可以發現快取晶片不見了

Dixon 核心當時為了與 Tonga 作出區隔，因此型號命名上都加上了「PE」的字尾，意思是 Performance Enhanced，主要與 Tonga 的差異在於快取的部分，Dixon 的快取與 Mendocino 一樣改採整合到核心中的作法 (因此電晶體多達 2740 萬個)，但大小則減為 256 KB。

AMD K6-2 (又名 K6 3D MMX)

在 K6 Model 7 推出之後不久，1998 年 05 月 28 日，AMD 就推出了基於第二世代 K6 架構的 K6-2 系列處理器以迎戰始終相當昂貴的 Intel Pentium II。

K6-2 最大的特點是新增了 3D Now! 指令集，是全世界第一款引入單指令多資料式的浮點運算 (SIMD) 功能的處理器，大幅提升了 K6-2 的 3D 處理能力，而 Intel 則是要等到 Pentium III 上提供的 SSE 指令集才具有這個特性，不過 K6-2 仍然沒有與處理器本體整合的 L2 快取，同時透過 Super Socket 7 對現有  Socket 7 平台的強化，讓 K6-2 的 FSB 得以提升到 100 MHz，卻又不至於影響主機板生產成本太多。

↑ AMD K6-2 die shot

低廉的價格加上與 Pentium II 相當接近的性能，讓 K6-2 與 Celeron 兩款入門市場處理器大為流行，整體而言，K6-2 獲得了巨大的成功 (相對於過去的產品而言)，K6-2 為 AMD 累積了一定的資本，讓 AMD 得以繼續存活並發展下一代的 K7 架構，不過 K6-2 的榮光並沒有持續太久，超頻潛力優異的 Celeron 始終居於不敗，再加上 K6-2 缺乏整合的 L2 快取，導致市占率提升終於還是面臨了瓶頸。

前期產品：Chomper (26050)

• 發佈時間：1998 年 05 月 28 日
• 運作時脈：233 MHz ~ 350 MHz
• FSB 時脈：66 MHz ~ 100 MHz
• L1 快取大小：64 KB (資料與指令快取各 32 KB)
• 支援插槽：Super Socket 7
• 電壓需求：2.2 V
• 電晶體數：930 萬枚
• 製造工藝：0.25 微米 (µm)
• 指令集：x86-32 + MMX, 3D Now!

↑ AMD K6-2 (Chomper)

後期產品：Chomper Extended (CXT, 26351)

• 發佈時間：1998 年 12 月 16 日
• 運作時脈：266 MHz ~ 550 MHz
• FSB 時脈：66 MHz ~ 100 MHz
• L1 快取大小：64 KB (資料與指令快取各 32 KB)
• 支援插槽：Super Socket 7
• 電壓需求：2.0 V ~ 2.2 V
• 電晶體數：930 萬枚
• 製造工藝：0.25 微米 (µm)
• 指令集：x86-32 + MMX, 3D Now!

↑ AMD K6-2 (Chomper Extended)

Chomper Extended 核心與 Chomper 之間差距並不明顯，主要是時脈的拉高與部分線路的優化，讓記憶體與 CPU 之間的溝通速度有所提升而已，其餘不論是製程或是指令集與設計幾乎都沒有差異。

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