基本介紹
- 中文名：安騰®處理器
- 外文名：Itanium
- CPU速度：733 MHz ~ 2.53 GHz
- FSB速度：300 MHz ~ 667 MHz
- CPU核心數：1,2,4,8核
- 代碼集：Itanium
歷史,第一代安騰處理器,安騰2處理器,研發背景,概述,突出特點,分類,架構,指令運行,存儲器架構,架構修改,硬體支持,系統支持,晶片組,軟體支持,
歷史
在1989年，惠普認為RISC架構將來會遇到每周期只能運行一個指令的瓶頸。而惠普的研究員在研究一個稱之為顯式並發指令運算（EPIC）的新架構，該架構允許處理器在一個周期內運行多條指令。EPIC是一種超長指令字（VLIW）架構，每個這種指令即包含多條小指令。使用EPIC技術後，編譯器就能決定讓這些小指令同時運行於單一周期，因此處理器能夠簡單的運行這些指令而不需要很複雜的架構去決定哪些指令能夠並發運行。
惠普認為它對個別企業系統公司不具有足夠的成本效益來自行開發自己的處理器，所以惠普在1994年與英特爾結為合作夥伴來開發EPIC為基礎的IA-64架構。而英特爾預測IA-64微處理器將會被使用多數的企業系統製造業採用而給予大量的開發資源。在1998年，惠普與英特爾發表共同的大規模合作開發的成品，內部代號為Merced。
在開發期間，英特爾、惠普還有工業分析家預測IA-64將會支配伺服器、工作站、高級電腦，甚至替換RISC與CISC架構的所有既有產品。此預測導致Compaq與Silicon Graphics決定放棄Alpha與MIPS架構的未來開發項目而偏愛轉移至IA-64架構。
數個集團分別開始為該架構開發作業系統，包含Microsoft Windows、Linux與Unix的派生版本像是惠普-UX、Solaris、Tru64 UNIX與Project Monterey（後三者在進入市場之前就已被取消）。在1997年發現IA-64架構與該編譯器的開發難度比預期還要高，所以Merced的推出時間就一再順延。該技術困難包含需要非常大量的電晶體才能處理超長指令與大量快取。在該架構的項目還有一些結構性的問題，在兩部分的集成團隊使用不同的算法而有些微不同的優先度。自從第一顆EPIC架構的處理器Merced推出後，開發團隊也陸續遭遇更多之前未預料到的問題。除此之外，EPIC的概念依賴於編譯器的處理能力，而之前完全沒有實現過，所以許多未預測到的研究也出現。
英特爾在1999年10月4日發表該處理器的官方名稱安騰。幾小時之後觀察家指出該處理器參考Itanic，源自於Titanic，在1912年沉沒的號稱“不可能”沉沒的遠洋郵輪。不少評論媒體暗示安騰像是個大白象耗資億元的產物卻無法達到既定性能與銷售量。但此時RISC與CISC的架構長足的增強超標量的性能，能夠不使用EPIC的技術來破除單一周期只能運行一個指令的魔咒。
第一代安騰處理器
2001至2002：
第一代安騰在2001年6月推出，但是卻不優於同時代的RISC與CISC處理器。安騰與x86的低級伺服器（小於4 CPU的系統）競爭，還有跟高級的IBMPOWER架構與SPARC架構競爭市場。而英特爾重新定位安騰指向高級商務與高性能運算系統，嘗試去複製x86架構中非常成功的橫向市場發展（單一架構，多個系統製造廠）。不過卻被局限在業界不想更換惠普製造的PA-RISC與Alpha，還有SGI制MIPS架構的高性能運算系統。因為當x86架構切入商用市場上，POWER與SPARC架構還算是很強健的。以預算為主的考量，x86在商用運算的橫向發展中是非常優秀的選擇。惠普與英特爾此時發現安騰無法與其他系統相提並論，就在一年後就推出安騰2來替換舊有的安騰。由於缺乏足夠的產額、差勁的性能，還有高售價，第一代安騰只有售出幾千組系統。不過這些系統在開發安騰2的軟體時是相當有用的。不過既使如此，IBM還是有製造出搭載此處理器的超級電腦。
安騰2處理器
2002-至今。
研發背景
Intel安騰2處理器專為要求苛刻的企業和技術套用而設計。基於Intel安騰2處理器的平台以較低的成本，提供了業界領先的性能，以及比專有RISC技術更廣泛的選擇空間，可幫助企業和機構最大地提高其投資回報。Intel安騰2處理器得到了廣泛生態系統的支持，包括由40多家領先硬體廠商的具有出色可擴充的開放標準64位解決方案，諸如Windows Server 2003、HP-UX和Linux等的超過5款作業系統，以及數百種套用和工具。此外，Intel安騰處理器還為現有的Intel安騰架構軟體提供了出色的二進制兼容性，進而可使用戶獲得強大的投資保護。Intel安騰2處理器家族支持32位Intel架構（IA-32）套用，並將隨著32位Intel架構（IA-32）執行層技術的推出進一步增強。
安騰2
安騰2概述
安騰的微架構是徹底的不同於其他英特爾處理器採用的x86（包含x86-64）架構。這個架構是建基於顯性的指令並發，由編譯器來決定哪些指令並發處理。這種方式允許處理器在每個周期最多可以運行6個指令。與超標量架構的不同點，安騰在並發處理中並沒有複雜的線路來判斷指令依賴性，所以編譯器必須要在編譯的時候就已經處理妥當。
在一系列的拖延開發進度後，第一款安騰於2001年推出，性能更強的安騰處理器在之後則是有周期性的持續推出。採用安騰處理器的製造商之中，以惠普的製造量最多。在2007年，安騰在企業界系統採用的架構之中是位於第四名，而前三名則是x86-64、IBM POWER與SPARC。英特爾於2007年11月推出最新的安騰處理器為Montvale核心，2012年推出安騰9500（Poulson）。
突出特點
更高的性能，更低的成本，更多的選擇。
帶有6MB三級高速快取的Intel安騰2處理器具有出色的並行計算能力，可擴充和可靠性，全面支持資料庫、企業資源規劃、供應鏈管理、業務智慧型以及諸如高性能計算（HPC）等其他數據密集型套用。通過採用兼容原有Intel安騰2處理器的插座設計，它可以為OEM和用戶帶來出色的投資保護。此外，它還二進制兼容現有Intel安騰架構軟體，並且還可以提供比原有Intel安騰2處理器高出30%-50%或更高的性能。憑藉大量執行資源、6.4GB/秒的系統匯流排頻寬、6MB的集成三級高速快取和1.5GHz的主頻，新型Intel安騰2處理器能夠以相當於同檔RISC平台一半的交易成本，提供兩倍的交易性能，同時還可提供毫不遜色的$/FLOPS4優勢。
支持技術計算的領先性價比
帶有1.5MB三級高速快取的Intel安騰2處理器1.5GHz為包括高性能和技術計算在內的計算密集型工作提供了領先的性價比，同時為網路前沿、安全性、和軟體工程等套用提供了卓越的性能。與可以提供業界領先的$/FLOPS的RISC平台相比，專為DP伺服器和工作站最佳化的帶有1.5MB三級高速快取的Intel安騰2處理器可提供更出色的性價比優勢。
更低功耗更高密度系統
32位Intel架構（IA-32）軟體套用
所有基於Intel安騰2處理器的系統都支持32Intel架構（IA-32）軟體套用，從而用戶移植到Intel安騰2架構提供了更高的靈活性。Intel提供了一種名為32位英特爾架構（IA-32）執行層（EL）的技術來支持32位英特爾架構（IA-32）軟體套用。32位特爾架構（IA-32）執行層得到了Microsoft Windows Server 2003作業系統的支持，預計今年後期將有更多領先作業系統提供支持。
安騰2
安騰2安騰與Xeon、Opteron的區別
對於安騰處理器設計，Intel繼續扮演激進分子，違背了公認的標準。不是RISC或CISC方法，Intel退回到了曾經被用在老式大型機和昔日其它電腦中的技術VLIW（Very Long Instruction Word）。不過Itanium不是一台嚴格意義上的VLIW機器，因為VLIW有一些眾所周知的缺點已被Intel努力克服，而Intel選擇稱呼他們的新方法為EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computer）。對比Xeon和Opteron每個時鐘周期發出最多三條指令的設計，Itanium 2能夠每個時鐘發出八條指令，這與VLIW設計不同，將來的Itanium晶片能發出更多的指令而無需重編譯代碼。理論上，1 GHz Itanium晶片能夠表現得差不多跟2.66 GHz Xeon/Opteron一樣快，或是1.5 GHz Itanium 2大約跟4 GHz Xeon/Opteron一樣快。當然那只是理論性能，全面系統設計將在決定系統的潛力能真正實現多少上扮演一個重要的角色。
為了幫助達到那樣的潛力，Itanium晶片採用128-bit的系統匯流排，（暫時）使用標準的SDRAM。更低的時鐘速度結合更寬的匯流排使得SDRAM不像高速桌面系統下那么問題多多。最初的Itanium設計Merced有四個整數單元（ALU），兩個浮點單元（FPU）及三個分支單元（BRU），兩個SIMD（也就是MMX/SSE）單元，和兩個載入/存儲單元- 在其它CPU中也成為地址形成單元（AGU）。後來修改過的McKinley設計有六個ALU，三個BRU，兩個FPU，一個SIMD，兩個載入單元和兩個存儲單元 - 有幾分象擁有4個AGU，不過它們分工更細了。另外，McKinley有相當於Merced三倍的快取頻寬。Merced也是六指令設計，具有更深的管線（10級）和更少的記憶體頻寬 - 一個相當有問題的設計。McKinley和後來的設計都是八指令設計，具有更短的管線（8級）和更多的記憶體頻寬。雖然Merced很少完全用到它的六指令設計，但McKinley的增強幫助它更接近於每個時鐘發出最大的八條指令。
另外，Itanium的一個特點是包括了三級(L3)高速緩衝存儲器，補充了現有的L1和L2高速緩衝存儲器的不足，後兩者L1和L2是今天普遍使用的高速緩衝存儲器。
如今多數的套用是基於32-位微處理器體系上的，被設計來作四十億位元組的記憶體。然而，隨著更大資料庫的運用變得越來越重要，計算機產業中許多主要的軟體和硬體供應商已經開始開發能夠處理64-位址空間的套用軟體和系統。
Itanium的一個特點就是它使用了"智慧型編輯器"去最佳化如何將指令傳遞給處理器。這個方法允許Itanium和未來的IA-64微處理器在每脈衝周期(IPCs)處理更多的指令。(IPCs可以和脈衝速度(MHz)一起用於表示微處理器的總性能。)
Itanium被英特爾及公司觀測員認為是一個新層次的UNIX和Windows伺服器市場、同時也是高端PC工作站市場的硬體平台。觀測員說Itanium基礎的伺服器將更能適應如今大企業具有資料庫的計算處理環境和複雜查詢及事務的處理需求。
事實上，先進套用軟體、高端系統、作業系統以及計算機硬體的所有大製造商和供應商都認可了Itanium和處理器的IA-64架構。
安騰一般用在高端套用上，運行的系統一般是UNIX系統，比如HPUX。
分類
安騰的機器一般劃分位小型機一類。他是IA64的處理器，最開始由HP開發，後來和intel聯合開發，由於intel開發不利，後來HP將compaq的開發人員轉向開發安騰，所以在第二代安騰的時候就性能非常優異了。
Itanium是英特爾最初的基於64-位體系的微處理器。隨著Merced代碼名稱的發展，人們希望Itanium和它下面的機構能提供用於服務和高端工作站市場的下一代軟體的基礎。
英特爾計畫採用附加的IA-64微處理器，其代碼名稱為MCKinley，Madison和Deerfield。
除了支持64-位處理器和一套28暫存器之外，64-位設計允許使用非常大的記憶體(VLM)。總之，這個體系開發出了明確地並行指令處理(EPIC)的特點，是英特爾和Hewlett-Packard的聯合發展的成果。這些提供了診斷和思考之間計算機指令並行處理操作的優勢。
架構
英特爾有龐大的安騰指令集與微架構的紀錄檔案，而且技術檔案也提供瀏覽。該微架構在歷史上曾幾度更名。惠普稱之為EPIC，後來改為PA-WideWord，後來英特爾稱之IA-64，之後又改為安騰處理器架構（IPA），在提出英特爾安騰架構之前，該架構通常稱為IA-64。這是明確且並發的64位暫存器架構。基礎的數據長度為64個比特，並能提供定址，邏輯定址空間為2位元組。該架構並能提供分支預測與預測運行。它使用硬體暫存器更名結構而不是簡單的暫存器映射。這相同的結構也用於判斷允許並發運行循環。這些能力是可以被編譯器控制的：每個指令字包含許多此動作。這就是該架構的特點之一。
此架構提供128個整數暫存器、128個浮點數暫存器、64個單比特預測器與8個分支暫存器。而浮點數暫存器的長度高達82個比特而能夠提供精確的運算結果。
指令運行
每個128位的指令字就包含三個小指令，預讀機制可以在每個周期中從L1快取中讀取兩個指令到管線。當編譯器能夠在這個機制上獲得最大優勢，處理器就能在每個周期中運行六條指令。該處理器在11個組群中有30個功能性運行單位。每一個單位能夠運行指令集中的特殊子集，除非為了等候數據中止運行，否則每個單位就會每個周期運行一個指令。且並不是在一個組群的所有單位運行指令集的相同子集，而是共同的指令能在多個單位中被運行。這些組群包括：
- 六個一般的ALU、兩個整數單位與一個移位單位
- 四個數據快取單位
- 六個多媒體單位、兩個平行移位單位、一個平行乘法器與一個組群計數器
- 兩個浮點乘積累加器，兩個“雜項的”浮點單位
- 三個分支單位
因此，編譯器能時常聚集指令進入同時能運行的六個的組群。因為浮點單位運行一次乘積累加運算，當應用程式需要將相加數值做乘積，一個浮點指令就能運行二個指令的工作：這在科學處理中非常常見。當這種情況發生後，處理器就能在每個周期運行四個指令（4 FLOPS）。比方來說，800 MHz的安騰理論運算能力為3.2 GFLOPS，然後最快的安騰2，時鐘頻率為1.67 GHz的運算能力則達6.67 GFLOPS。
存儲器架構
安騰2處理器層次結構式的使用共享的快取。檔次1（L1）有16KB的指令快取與16KB的數據快取。檔次2（L2）是256KB的統一型（指令與數據共用）快取。L3也是統一型的快取，不過大小從1.5MB至24MB不等。在256KB的L2快取中包含了足夠的邏輯電路來處理信號量就不需要使用到算術邏輯單元（ALU）。
主存則是通過匯流排聯繫至晶片組來訪問。安騰2的匯流排最初稱之為McKinley bus，不過現在通常直接稱之為安騰匯流排。該匯流排的速度會因為新處理器的發布而顯著提升。匯流排在每個周期傳輸2×128個比特，所以200 MHz匯流排的傳輸率達6.4 GB/s，而533 MHz的匯流排的傳輸率則是高達17.056 GB/s。
架構修改
在2006年之前推出的安騰處理器一概支持IA-32架構來支持舊有的伺服器應用程式，但是與同世代的原生x86來比性能是相當糟糕的。而在2005年英特爾開發出IA-32 EL軟體模擬器來提供更好的性能。在Montecito，英特爾移除了IA-32的硬體支持。
雖然Montecito沒有IA-32的能力，但是英特爾也在增強了一些功能在這顆核心上。該架構支持硬體多執行緒，也就是一顆處理器能夠處理兩個執行緒。當其中一個執行緒要去讀寫存儲器時，另一個執行緒就運行指令。英特爾為了區分在x86處理器的超執行緒，在安騰稱之為“稀疏執行緒”（Coarse multithreading）。稀疏執行緒搭配安騰架構所得的性能增進是顯而易見的。英特爾也在該核心上支持硬體的虛擬化技術。虛擬化技術能夠在性能損失降到最低時同時運行多個作業系統。除此之外Montecito也具備了分離式L2快取，新增專用的1 MB L2指令快取，原本256 KB的L2快取則是變成數據快取。
硬體支持
系統支持
在2007年，部分製造廠商提供搭載安騰2的系統，包含惠普，SGI、NEC、Fujitsu、Unisys、Hitachi與Groupe Bull。除此之外，英特爾也有提供機架提供給系統組裝員建造安騰系統。惠普則是目前唯一一家業界中前四大伺服器製造廠提供搭載安騰的系統，超過80%的安騰2系統是由惠普製造出來的。在2006年第一季惠普售出多達7200組安騰系統。左右系統的售價是取決於企業伺服器與技術性運算的規模，平均一組系統造價約200,000美元。一般的安騰系統會搭載8顆以上的處理器。
Windows Server 2008 R2將是最後一款支持Intel Itanium架構的Windows Server作業系統，同時，SQL Server 2008 R2和Visual Studio 2010的下一代版本也將不再支持Itanium。
根據微軟產品支持周期政策，Itanium版本Windows Server 2008的主流支持將在2013年7月9日終結，擴展支持將持續到2018年7月10日。
微軟解釋說，本周Intel、AMD都發布了核心數量創新高的處理器，很多伺服器製造商也都宣布了採用8個或更多x64處理器的伺服器，此類包含64至96個處理器核心的伺服器也將如雨後春筍般不斷增多。因此，微軟決定逐漸淘汰對Itanium架構的支持。
據國外媒體報導，微軟高級技術產品經理丹·雷格爾（Dan Reger）上周五通過官方部落格網站稱，新版Windows Server OS將不再支持英特爾的安騰處理器。雷格爾說，“Windows Server 2008 R2將是支持安騰的最後一個WindowsServer版本，SQL Server 2008 R2和Visual Studio 2010將分別是支持安騰的最後一個資料庫和開發工具版本。”
這一訊息對英特爾而言是一大挫折，英特爾一直在向伺服器廠商推廣安騰處理器。英特爾推出了最新款4核安騰處理器。Linux的其中一家發行商Red Hat 宣布，其新版Linux將不再支持安騰處理器。
市場研究公司Burton Group分析師尼克·辛普森（Nik Simpson）表示，微軟在英特爾發布至強7500系列處理器當周宣布這一訊息“並非巧合”，至強7500包含安騰處理器的高端可靠性功能，“對於微軟而言，可靠性是其支持安騰處理器的唯一原因。安騰版Windows銷量與x64版相比幾乎可以忽略不計，因此不支持安騰處理器對微軟業務影響不大”。
雷格爾表示，“x64架構的發展使得處理器和伺服器能夠滿足目前的關鍵任務負載所要求的可伸縮性和可靠性”，微軟將在2013年7月份前對安騰版軟體提供主流支持，2018年7月份前提供延伸支持。
英特爾宣布將在未來4年提供至少2代安騰處理器——代號分別為Poulson和Kittson。惠普曾多次表示將支持安騰處理器。
微軟的決定將引發對安騰處理器前景的新一輪質疑。辛普森表示，對於安騰處理器的前景而言，微軟的決定“很嚴重，但並非是災難性的，至少目前不是災難性的”。大多數安騰處理器被用於惠普的HP-UX伺服器中，但很快將只有數款企業級作業系統支持安騰處理器，其中包括Novell的Suse Enterprise Linux、Groupe Bull的GCOS，以及惠普的HP-UX和OpenVMS。
微軟發言人證實雷格爾通過部落格發布的訊息是確切的。英特爾未就此置評。
晶片組
安騰的匯流排接口是靠晶片組來聯繫的。企業伺服器製造廠區分系統的不同點，是在於開發設計不同的晶片組來連結處理器到存儲器、內部連結還有周邊控制器。這些晶片組在每個系統架構的設計中是非常重要的。目前而言，安騰的晶片組有惠普、Fujitsu、SGI、NEC、Hitachi與Unisys分別開發。IBM與英特爾分別於2003與2002年也有推出晶片組，但是他們並沒有支持比較新的技術，像是DDR2或是PCI Express。
軟體支持
為了讓更多的軟體可以運行在安騰上，英特爾支持開發安騰平台的有效的編譯器，特別是自身包的編譯器英特爾Compiler。GCC、Open64與MS Visual Studio 2008（及後來版本）也都能夠編譯出安騰的程式。直到2007年，安騰支持的作業系統有Windows Server 2003、好幾種的Linux版本（包括Debian、Red Hat與SUSE）、FreeBSD、惠普-UX、OpenVMS與惠普的NonStop。它也支持主機環境的GCOS還有一些IA-32的作業系統也能通過指令集模擬器在安騰運行。使用QuickTransit就能經由“動態比特轉換”讓IRIX（MIPS架構）與Solaris（SPARC架構）運行於安騰的Linux上。根據安騰解決方案聯盟指出，在2007年初有超過一萬個應用程式可以運行於安騰系統上，但是昇陽對此數字保持懷疑態度。而該協會也支持Gelato，一個安騰高性能運算用戶組群與開發者社區之園開放原始碼的安騰。
