Smart Cache技术解析

　　虽然AMD和Intel都在2005年各自推出了双核心设计的处理器，但Intel的设计却明显地比AMD落后，主要原因是AMD早已预计处理器未来大方向必然是趋向多核心设计，因此AMD在设计K8核心初期已在设计中加入System Request Interface & Crossbar Switch，让双核心可以在处理器内部进行资料交换，例如CPU 1需要读取CPU 2 L2 Cache的资料，就只需要向System Request Interface提交请求并透过Crossbar Switch来读取资料，透过优秀的Hyper-Transport双向的传输设计，加上内置内存控制器，无需要透过北桥来读取内存数据从而减少了延迟，令K8早已在双核心大战中占得先机。

【图】Smart Cache智能缓存技术

　　Intel双核心设计明显落后的主要原因是:Intel早年还是确信频率将会因制程进步而保持高增长，在Prescott核心之后还会出现更高频率的Tejas核心，可高达5GHz的主频如果能解决功耗和热量的问题，再配合Hyper-Threading多线程技术，理论上在短时间内并无推出双核心产品的需要，因此在产品的设计规划上并没有为双核心留下伏笔，但结果好梦成空，Prescott核心在频率上一直无法超越4GHz主频，Tejas核心更因无法解决功耗和热量问题而胎死腹中，结果Intel重新面对现实，重新在多核心道路上出发，但却比AMD迟了差不多一年才起步。

　　由于Intel不希望在双核心产品推出时间上比AMD落后，临急赶工的Intel第一代双核心处理器在设计上可以说粗制滥造，只是单纯地把两颗核心封装在一起然后分享同一个FSB频宽，当其中一颗核心使用FSB时，另一颗便需要等待另一颗的完成才能使用FSB，加上Intel FSB设计是单向存取，还需要透过北桥来读取系统内存资料，都严重影响了Intel的FSB工作量，两颗核心完全没有交流，如果CPU 1的L2 Cache需要读取CPU 2的L2 Cache，更是需要经过FSB及北桥才能达至，因而出现严重的延迟。

【图】Shared Bus Router分配总线路由技术

　　Pentium M Yonah双核心处理器，在内部架构上作出了大幅改良，全新的Smart Cache架构有效加强双核心的效率，传统的双核心设计每个独立的核心都有自己的L2 Cache，但Yonah双核心的Smart Cache架构则是透过核心内部的Shared Bus Router共用相同的L2 Cache，因此当CPU 2运算完毕后把结果存在L2 Cache时，CPU 1便可透过Shared Bus Router读取CPU 2放在共用L2 Cache上资料，大幅减低读取上的延迟并减少使用FSB频宽，更加入L2 & DCU Data Pre-fetchers及Deeper Write output缓冲内存，增加了Cache的命中率。就算是现在K8的双核心L2 Cache架构，也是比不上Smart Cache设计，因为共用L2 Cache能进一步减少Cache Misses(缓存读取失败)的情况，当CPU 1在读取自己的L2 Cache，发现没有该资料才会要求读取CPU 2的L2 Cache资料，情况等同于CPU 1的L3 Cache，而共用L2 Cache设计却没有以上需要。

　　Smart Cache架构还有很多不同的好处，例如当两颗核心工作量不平均时，即独立L2 Cache的双核心架构有机会出现其中一颗核心工作量过少，L2 Cache没有被有效地应用，但另一颗核心的L2 Cache却因工作量重，L2 Cache容量没法应付而需要用上系统内存，要注意的是共用L2 Cache设计并无法借用另一颗核心的L2 Cache空间，但SmartCache却没有这个问题，因为L2 Cache是灵活使用的。

　　Shared Bus Router除了更有效处理L2 Cache读取外，还会为双核心使用FSB传输时进行排程，新加入的Bandwidth Adaptation机制改善了双核心共用FSB时的效率，减少不必要的延迟，其实这个Shared Bus Router设计确实有点像K8的System Request Interface及Crossbar Switch的用途。

　　另外，SmartCache架构用在移动处理器也有很大的优势，例如系统工作量不多或是处于闲置状态，Yonah处理器可以把其中一颗核心关掉，以减少处理器的功耗，不过却可以保持2MB L2 Cache是保持工作的，而且Shared Bus Router更可以因应L2 Cache的需求量改变L2 Cache的大小，在不必要时关掉部份L2 Cache以减低功耗，但在独立L2 Cache的双核心，如果要把其中一个Cache关掉，则必需把其中一颗核心的L2 Cache资料移交出来，而且Cache也会和核心同时被关闭，而且更没法因应需求实时改变或关掉部份L2 Cache的容量以平衡功耗和性能之间的关系。

【图】Enhanced Intel Deeper Sleep节电技术

　　新一代Pentium M Yonah双核心处理器，将会被加入强化的休眠模式称为Enhanced Intel Deeper Sleep，在C-State闲置状态中新增加强版C4模式。已往Pentium M处理器可以在处理器被闲至时，由C0的Active活跃状态进入C1的HALT暂止模式减慢处理器的频率，再进一步可由C1的HALT进入STOP CLOCK令处理器完全停止工作，当处理器在一段时间在STOP CLOCK状态没有被回复过来，系统将会进入C3/C4的Deep Sleep及Deeper Sleep状态。

　　Deep Sleep及Deeper Sleep可把在停止工作的处理器电压降低，进一步减低电力消耗令电池更长寿，但却不能完全把处理器停止。因为处理器停止工作，处理器内的L1及L2还被储存着资料会因整颗处理器停掉而令资料流失，无法把系统由Deep Sleep状态下回复至Active，不过新一代Pentium M双核心处理器Yonah的Enhanced Intel Deeper Sleep支持把L1及L2的资料备份进系统内存，因此处理器可以被完全停止，需要时只要把系统内存的L1及L2资料，回移至处理器便可，Intel透露Enhanced Intel Deeper Sleep将比Deeper Sleep省电30%以上。