降低處理器功耗是未來趨勢

在2000年，英特爾首度公布採用超深管線、追求高時脈的NetBurst微架構，展示了首款採取該微架構的Pentium 4處理器，更表示NetBurst的時脈將可在2010年發展至10GHz、甚至未來可達40GHz之譜。

在那時，超高時脈的呼聲可謂高唱入雲，媒體和分析師紛紛錦上添花，爭先恐後的預期未來處理器的時脈將會有多高多高，連2018年將達「53207MHz」的預言都跑出來了。但更早就發表的IBM首款雙核心伺服器處理器Power4「Regatta」，與競爭對手AMD當時所公布的雙核心策略，卻沒有得到應有的重視。

事後證明，這些人都被狠狠的賞了一巴掌。

導火線：Prescott與Tejas的悲劇
去年英特爾寄以厚望的90nm製程Pentium 4「Prescott」遭遇功耗過高的瓶頸，被戲稱為「100多瓦的不發光燈泡」，直接導致後繼預定時脈超過5GHz的「Tejas」慘遭腰斬，6GHz的「Nehalem」更因此無疾而終，而4GHz的Pentium 4 580則根本就沒有出現。

事實上，英特爾早已注意到Pentium 4處理器的高功耗，並不適合行動式處理器等應用，在2003年配合Centrino推出的Pentium M處理器「Banias」，就是從歷史悠久的P6微架構所衍生而來，而非NetBurst。只是英特爾沒有想到，問題竟然會變得如此的嚴重。英特爾在本屆IDF所發表、預定明年第三季推出的65nm製程雙核心Xeon MP「Tulsa」，將是NetBurst的絕響。結果英特爾原先保證起碼可以發展十年的NetBurst，後來竟然連五年都不到。

NetBurst微架構的發展受阻，使得英特爾在加速雙核心x86處理器的進度之外，必須重新研發兼具高效能、多功能與低耗電的微架構，也就是「Merom」。不過，英特爾暫時並未給Merom一個正式的名稱，也許在明年春季IDF我們就可以看到答案。由於過去英特爾的論文及技術文件皆以Merom稱呼該微架構，所以我們就採用該簡稱。

為省電與雙核心而生的「Merom」
在IDF的開幕主題演講中，英特爾執行長Paul Otellini開宗明義：未來處理器的技術發展重點將是「效能/功耗比（Performance per Watt）」，一語道破英特爾全新x86微架構的精神。

Merom與現有的Pentium M有著相當強烈的技術延續性，例如低時脈、複雜的電源管理機制、傳統的指令快取、不具備超執行緒，以及僅有14階的指令管線，但融合了諸多原先NetBurst才提供的功能，如64位元、虛擬機器與安全運算架構等，兼具NetBurst與Banias兩者之長，就是Merom設計上的精神。英特爾也表示，有別於既有的產品，Merom完全是針對雙核心最佳化的微架構，從雙核心共用第二階快取、兩個核心的第一階快取可以跳過第二階快取、直接對傳資料等功能，即可略見一二。

根據英特爾的處理器時程表，從明年第三季開始，與Merom核心同名的雙核心行動式處理器、雙核心桌上型處理器「Conroe」、雙核心Xeon DP「Woodcrest」與2007年第一季的四核心Xeon MP「Whitefield」將陸續上市。另外，英特爾也公布了未來45nm製程縮小版「Penryn」核心與Xeon MP「Dunnington」。換言之，Merom將逐步取代既有的產品線，結束目前NetBurst與Banias分立的局面，重新統一英特爾x86微架構。

連高階RISC處理器也開始重視省電
x86處理器要省電，高階伺服器專用的Itanium產品線亦不能免俗。目前最高階的單核心Itanium 2處理器的標準設計功耗已達130W，如果不導入更新的電源管理技術，時脈更高、快取更大的雙核心Itanium 2「Montecito」，耗電量恐怕就要上看300W了，這絕對是企業所無法接受的。

為此，英特爾在雙核心Itanium 2處理器中，採用大量的電源管理技術，除了視處理器負載量動態調節時脈與電壓外，還採用了號稱是「英特爾官方超頻大法」的Foxton技術，透過內建的微處理器計算電壓與時脈的餘裕，可視情況讓處理器以高出200MHz的時脈運作，以兼顧效能及省電。結合上述技術，雙核心Itanium 2的功耗只有100W，還較原先單核心的130W為低。

拜「熱情洋溢」的伺服器處理器之賜，機房空調及電費成本一直居高不下，連一向不太重視功耗問題的高階伺服器處理器，現在都得設法壓低耗電量。IBM的Power5原先高達200W，在90nm製程的Power5+降低至160W，明年推出的Power6則進一步號稱「針對刀鋒伺服器最佳化」。

英特爾已經在本屆IDF，宣稱雙核心Itanium 2 1.6GHz/18MB第三階快取版本（這也是今年內即將發售的最高階版本，1.8GHz/24MB已經延期至明年第一季），雖然效能輸給時脈2.4GHz的IBM Power5+，但是因為「效能/功耗比」勝過後者，所以表現較佳。

雖然我們不知道這種比較究竟有沒有意義，但唯一可以確定的是，降低耗電量早已成為處理器技術發展的顯學，最起碼，在日後廠商們的宣傳上，一定會越來越常見。

企業的因應之道
無論如何，降低耗電量已經是不可避免的趨勢，畢竟電腦開著就一定會耗電，而電費也是企業營運支出的一部分。那麼，除了儘量採購時脈較低、較省電的產品，如低電壓版本的Xeon或Opteron、或著採用Pentium M的系統之外，企業又該如何因應這一波省電趨勢？
首先，處理器提供省電功能是一回事，作業系統有沒有能力去有效利用，使用者有沒有開啟，那又是另一回事。以微軟為例，在這次IDF就表示，Windows Vista即將支援的電源管理機制，多數將對應現今處理器所支援的新型省電技術，如ACPI（Advanced Configuration and Power Interface）所新增的數種低耗電模式，這也勢必將成為日後作業系統的必備功能。不過，技術再好，如果沒有開啟，照樣沒有效果。在這個保護地球人人有責的年代，企業應該要求員工開啟省電功能，減少電力浪費。

其次，處理器支援複雜的電源管理功能，同時也代表一個容易被忽略的事實：機房與辦公環境的空調與散熱規畫，以及伺服器與個人電腦散熱系統的良窳，將會影響系統實際的效能，如果散熱不好，反而會導致處理器以較低的時脈運作。所以千萬不要因為處理器的耗電量越來越低，就忽略了這些細節。

最後，企業應該透過集中式的管理工具，有效掌握所有伺服器與個人電腦的實際耗電量，就可以降低成本，做出最好的空間規畫。以英特爾去年所提出的Power Calculator為例，這是在BIOS端執行的耗電量計算程式，可以回報系統實際上的最高耗電量。

另外，支援PSMI（Power Supply Management Interface）的電源供應器，也可以透過SMBus回報實際上的電源負載。只要能精確掌握這些資訊，就可以更有效率的提升機架密度、減少機房建置的空間浪費。同理可證，我們有充分的理由相信，這在日後也將成為個人電腦主動式管理功能，以及硬體規格的一部分。文⊙劉人豪