性能之王還是不進反退，Prescott全

    在我們的上一篇文章中，我們已經看到AMD K8核心處理器為了進一步提升頻率，將流水線級數由K7的10級增加到了12級。而在Prescott核心的P4處理器中，為了進一步提升處理器的頻率，Intel把Trace Cache之后的流水線級數變本加厲，由以前的20級增加到了30級。這恐怕是此款處理器最引人注目的改變之一了，也因此引來了諸多媒體的議論。

    我們都知道，處理器流水線基本可以劃分為：指令取→指令解碼→指令執行→載入/儲存→寫回寄存器這五個部分。通過這樣的流水線設計，就可以在每條流水線上同時處理一條以上的指令。為了敘述方便，我們可以把流水線假想為一組傳送帶，如下圖：

 處理器長短流水線示意圖（點擊放大）

    短流水線好比節數較少，單節皮帶行程長的模式。它的單節皮帶負載能力更大。而長流水線則好比節數較多，單節皮帶行程短的模式。它的單節皮帶負載能力較弱。

    雖然從長度上看，由于長流水線級數較多，因此行程也較遠，在皮帶傳送速度相同（均為1M/s）的情況下，當然是短流水線占優勢。但隨著工廠技術的發展，必須提高產量。此時我們就需要提高傳送帶的送貨量。顯然我們可以想到最簡單的方法就是增加皮帶的傳送速度。

    然而在短流水線的傳送帶中，由于單節皮帶較為粗長，本身質量較大，因此要進一步提速就顯得十分困難（極限速度可提升到1.2M/s）。相比之下長流水線設計的傳送帶則由于單節皮帶質量小，提速就顯得容易得多（極限速度可提升到2M/s）。這樣我們通過給長流水線傳送帶大幅度提速，在流水線各環節同時正常運轉的情況下，實現了超越短流水線傳送帶的目的。

    顯然，如果在此基礎上進一步增加并行傳送帶的組數，構成“超標量“傳送帶，那么長流水線的速度優勢還將得到更好的體現。

    由于上述的優點，多數處理器在升級換代時，基本都采取了增加流水線級數的策略，以下，我們給出Intel公司幾款具有代表性處理器的流水線布置圖，以供大家參考。

 Intel系列處理器流水線級數簡圖（點擊放大）

    需要注意的是，P4系列處理器的流水線級數尚不包括前面的取指令、解碼部分。通過增加流水線的級數，Intel宣稱Prescott核心P4處理器的工作頻率將可達到5GHz左右。

    但是凡事有利必有弊。首先，長流水線的優勢必須在提速到達一定程度之后才能夠體現出來?？墒翘幚砥鲝S家在長流水線處理器推出的初期，由于市場等多方面因素，又不可能馬上以較高的頻率推出新處理器。因此，這些處理器在某些條件下自然就會出現不盡人意的情況。其次，Prescott的超長流水線設計和較高的頻率，也將帶來其它方面的一系列問題。為了減小這些問題可能帶來的損失，在Prescott中，Intel采取了許多措施進行補救。下面，我們就進一步為大家說明。<