【揭秘】带你走近开核U的前世今生

剧毒术士马文2016-07-11最后更新: 2016-07-11

本文写于14年初，转载请注明出处。

首先，我们来了解一下CPU的生产过程。

一块完整的晶圆上有很多小小的核心，也就是die，但生产过程中难免有瑕疵
这样就不能卖了么？不。
为了坑钱厂商们有两种策略

就是Reparing structures 和Harvesting策略

以下来自ATI官方架构师的文档 The RV770 Story: Documenting ATI’s Road to Success

比如说一颗非常大的GPU（GK110那样的），良品率可能只有30%，即
对一片晶圆而言，每100个GPU只有30%是功能完好，可以零售的。制造如此复杂的电路成本是非常昂贵的，那些fab的设备造价很容易就达到数十亿美金。所以不能让如此多的晶圆被浪费。谢天谢地有技术可以让30%可用变成90%可用。

第一种技术称之为可修复性（repairablility）。其思想非常简单：设计冗余单元。如果芯片某个功能单元包含10个流处理器，实际上要设计11个流处理器。如果有瑕疵出现那么我们可以启用那个备用的流处理器。这种技术通常也用在片上内存（on-die memory）的设计上。这样当某一部分出现问题时，不会导致整个功能单元不能用。但是这个地方通常有个折中，如果你设计了太多的冗余单元，那么你就面临着芯片面积太大的风险，并且这些增大的面积对实际性能毫无贡献。但是如果你设计的冗余单元不够，那么你的良品率就不足（就是加备胎，前面的挂了就换上，但是没挂的时候备胎不能拿来用）

第二种技术称之为Harversting，所有人肯定都很熟悉。其思想是：假设一片晶圆上功能完好的芯片只有很少一部分，但是我们并不丢掉那些有瑕疵的芯片，我们关闭某些功能单元，然后把他们当做低端芯片卖。
例如，如果老黄设计某个核弹，包含了2880个流处理器（GK110），预期只有30%的产品是2880个流处理器都可用，50%的产品可用其中的2688个。那么你可以把2688个流处理器可用的芯片当做稍微低端的GTX TITAN卖。因此这种方法使得一片晶圆上80%的芯片都可用，如果可能的话，你还可以屏蔽更多的流处理器单元，把2304sp的当做GTX780卖之类。使得接近100%的芯片都可用。

良率会随着时间改善，如果你一直依赖于Harversting，那么这种方法最终会损害你的财务表现。在上面的例子中，随着良率的改善，越来越多的芯片2880流处理器可用，但是你还是只能当成2688流处理器卖。某种意义上说，值一块钱的东西你卖八毛钱。当然你也可以设计2688流处理器的新版本，但是这会耗费额外的时间、金钱和工程师资源。

GT200系列就是采用Harvesting技术的典型。GeForce GTX 260就是GTX280的Harvesting版本。随着良率的改善，NV推出了GeForce GTX 260 Core 216。但是要注意并没有为GT200系列设计任何的冗余单元。因此GT200系列的芯片上最多有240个流处理器，如果240个流处理器不能用的话，那么就当成GTX260或者core 216卖。

与之形成鲜明对比的是RV770系列，两个版本的RV770功能单元的规格都是一致的，所不同的只有频率和功耗的不同。

上面的两种策略都是针对一块晶圆来说，而不是单独的核心。

如果一整块晶圆决定拿来生产TITAN，那么30%的完整核心也会被拿来当做Titan卖。

所以后来会有新的优化版本，也就是新步进。

与GPU相同，CPU也是一样。不过它不像显卡那样有很多的流处理器簇可以屏蔽，只有核心和L2，L3可以阉割

出厂前所有的处理器都会检测，分级成为不同等级的产品,比如i7 975，965之类

我们的开核U就是完整核心屏蔽而来的产物

对于开核U，问题大概有这几个部位

①核心部位有瑕疵，就必须把该核心关闭，几个核心有瑕疵就关几个
②L2有瑕疵，由于核心和L2是一体的，也必须关闭核心
③L3部分瑕疵，就必须阉割或者关闭L3
④内存控制器有瑕疵，无法稳定运行在标称频率，只能降频，不行就屏蔽

首先来理顺历史
我们知道，最火的开核U速龙5000
CPUZ里显示为
AMD Athlon(tm) 5000 Dual-Core Processor

首先不要把它和65nm Brisbane核心，AM2的Athlon 64 x2 5000+搞混了，5000+是原生K8架构双核

有人打开了主板上的ACC功能后发现它变成了四核FX5000

介绍一下何为ACC

高级时钟校准功能，又叫ACC（Advanced Clock Calibration）,AMD在SB750/SB710南桥芯片中新加入的辅助超频功能，还具有破解CPU核心的额外作用。

ACC原本的作用是提高CPU超频的幅度和稳定性。然而这项技术却是打开处理器被屏蔽核心的关键所在，ACC时钟校验技术，我们并不陌生，因为它在去年(2008年)下半年才与AMD新的芯片组产品一同问世。为了提升AMD Phenom处理器的超频能力，在AMD SB750南桥芯片中加入了ACC时钟校验技术。

Advanced Clock Calibration是AMD的一项CPU时钟校准技术，可以让Phenom处理器的超频能力得到提升。

ACC时钟校验通过特殊的6pin接口与AM2+处理器接口相互连接，形成信号通道，从而对CPU的时钟频率及运算误差进行校正，其实ACC时钟校验功能就是允许CPU在工作的过程中出错，但不会导致系统挂起或瘫痪。因此无论是否在高频率下运行，只要在BIOS里打开ACC时钟校验，并设置容差值，CPU的运算工作机制出错的几率就会增加，因此在允许CPU有大幅计算误差的情况下，不达标准的核心，有可能就会变成“特定容差”下的达标核心，解放出来了。这就是三核变四核的奥秘，而现如今，不仅是SB750的南桥中带有ACC，SB710也加入了ACC，不少AMD 770主板由SB700升级到了SB710，也具有破解CPU核心的功能。

此后SB710就成为了开核神器。

开核后双核5000变为了从未见过的型号 Phenom(tm) FX-5000 Quad-Core Processor，原生的45nm和6ML3与K10 Phenom 完全不同，这是为什么呢？

根据网上的评测，这批5000的最大特点是，在破解后普遍都能上2.8G左右，一些不能超的5000，破解后只要换了内存，都能维持在2.66-2.8G，（实际上有不少只能开核不能艹的）也就是说，这批5000的实际体质一般是2.8G，至于3G-3.3G，也有不少。不过这批5000在破解超频后，内存一般只能跑400或者533这两档，能跑667或者800的几乎是没有。如果不超频，这批2.2G的AMD 5000却一点问题都没有，400，533，667，800都是非常稳定
结论是：这批AMD 5000的内存控制器有着严重缺陷

网上有人用100颗速龙5000做了测试，将100颗破解的速龙5000在ACC选项中选择手动，所有的核心，容错值都选择-2%（比正常的0%更严苛）。如果能够通过测试，那么说明核心是完好的，仅仅是因为内存控制器瑕疵而遭到屏蔽，如果不能通过测试，那么说明核心或者L1，L2，L3有瑕疵

开启ACC并且选择-2%后，有8颗CPU在开机后辨识为Phenom FX-5000，无法正常启动，在BIOS下面只能识别3个核心。31颗CPU能够进入系统，但频频出错。34颗CPU能进入系统，并且运行测试软件(AMD OVER DRIVE，3DMARK VANTAGE)但在运行过程中会出现贴图错误或者花屏，部分CPU无法通过AMD OVER DRIVE 1小时测试。其余27颗CPU在-2%状态下运作良好，通过测试，均可超频至3G。但在3G状态下，有16颗CPU无法通过测试，我们可以认为是CPU体质问题，核心仍然是完美无瑕疵的。但需要提醒的是，这些完美核心的CPU，内存控制器仍有瑕疵。

这说明了良品率大概在30%左右，属于比较低的数字。据此可以判断这应该是45nm初期工艺不成熟的产物

我们知道原生PhenomⅡ的Deneb是原生四核心，6M三级缓存
而开核后的FX5000与此规格几乎相同，只是接口为原生AM2+，说明它是比PhenomⅡ更加早期的高端产品，只是内存控制器瑕疵，迫不得已阉割了三级缓存和大部分完好的核心，做成低端的速龙5000卖

至于这种推断是否有据可查，看下面

Phenom刚刚发布时，曾经不断有传言将推出针对Intel Skulltrail的高端双路桌面处理器Phenom FX，即更高频率的K10架构的Phenom，原生65nm，2ML3。

经过几番沉浮后，Phenom FX仍没有出现，早先有传言AMD已经放弃了这一计划。

此后AMD也声明：针对高端DIY玩家的羿龙FX(Phenom FX)也将流产。FX系列处理器代表着AMD桌面处理器的最高技术水平，对AMD的产品品牌形象和重视用户至关重要。但由于A MD面临频率无法提升的困境，所以不得不取消Phenom FX-80 及Phenom FX-90 两款羿龙FX处理器的上市计划，短期内不会将其纳入产品蓝图。不过，AMD未来FX系列的45纳米处理器Deneb FX将暂时保留，目前DIY玩家可以购买AMD的黑盒产品。

而根据一家英国网站的最新消息，Phenom FX确实存在，而且就是45nm Deneb核心的顶级型号。且原先计划中的65nm PhenomFX的型号PhenomFX80等将继续沿用到45nmDeneb核心的PhenomFX上

此后爆出了更多关于45nm的新闻
面对Intel Core微架构甚至是即将到来的Nehalem Core i7，AMD的65nm K10 Phenom处理器只能依靠高性价比来竞争中低端市场，而让Intel在250美元以上的高端桌面处理器市场一家独霸。45nm Deneb自然成了AMD期望打一场翻身仗的王牌。借助制程的进步，45nm Deneb处理器将大大降低四核Phenom的功耗，同时提高超频空间。
另一方面，去年Phenom刚刚发布时，曾经不断有传言将推出针对Intel Skulltrail的高端双路桌面处理器Phenom FX。经过几番沉浮后，Phenom FX仍没有出现，早先有传言AMD已经放弃了这一计划。而根据一家英国网站的最新消息，Phenom FX确实存在，而且就是45nm Deneb核心的顶级型号，将保持FX系列的优良传统，作为比BE黑盒版更高端的产品线存在，但并没有提及是否支持双路平台。

更惊人的来了，据称45nm Deneb的最高倍频从16x大幅提高到25x，即在不需要提高外频的情况下，Deneb的最高频率可达200×25=5.0GHz。另外，据称2.3GHz Deneb功耗仅为57.3W，高频提升空间非常充裕。而Phenom FX将充分利用这些提升优势，两款产品Phenom FX 80和Phenom FX 82的默认频率将达到惊人的4GHz和4.4GHz！

据称，4GHz标准频率下的Phenom FX 80性能已经超越5GHz频率下的Intel Kentsfield，虽然这里没有提及同更新款Yorkfield甚至Nehalem的性能比较，但这样的高频率再加上超越Kentsfield的性能/频率比，Phenom FX已经相当令人期待。

这是PhenonFX的存在证据

富士康飞机场主板的宣传

以及农企官方文档，高端45nmDeneb核心PhenomFX80/82，中端是65nm Agena核心的PhenomX4，以及Kuma的Phenomx3，低端Athlonx2（x2 7750之流）

其实镇楼图也很好的说明了PhenomFX的存在

然而此后很长时间，PhenomFX都没有粗线…
全靠65nmPhenom硬抗，当然只有被Penryn和Nehalem凌辱的份

为何FX系列没有出现？
由上面的测试可以得出原因：45nm工艺不成熟，良品率不足（30%），而且全部内存控制器有瑕疵

所以PhenomFX流产，屏蔽为速龙5000之类

然后PhenomFX成了炮灰，试水品。
此后Deneb核心回炉重造，改良内存控制器，就成了Phenom II x4 920/940（AM2+版本）

Deneb是K10.5的最早的die，原生4核，每核心512KB L2，6ML3

然后Phenom II 全线铺开

继速龙5000后
出现了以下屏蔽型号：Athlon II x2 210/220之类（512Kx2 L2，由Debeb核心屏蔽L3和两个核心而来，可以开核心和L3）
部分早期速龙四核（可以开L3）

PhenomII x2/x3 双核/三核（可以开四核）

然后AMD又推出了第二种die，原生AthlonII x2速龙双核，1MBX2=2MB L2的Regor核心

为了和Intel的奔腾双核对抗

架构为改进版Stars架构，相对PhenomII，每核心L2从512K翻倍为1MB

闪龙140即为这种核心，能开双核

以及第三种die，原生AthlonII x4速龙四核Propus，无L3

和Lynnfield/Clarkdale对抗，其余部分和PhenomII保持一致

由于L3的缺失，同频性能在PhenomII的90%左右

最后是第四种die，最后上场对付Nehalem的六核Thuban，6M L3

为支持Turbo Core的Thuban六核出现，尾数带T的（960T）之类，可以开六核，出现了1405T，1605T之类的奇葩型号

PhenomII、Phenom、Nehalem i7、Penryn四核对比

PhenomIIX4、AthlonIIx4、AthlonIIx2、Penryn四核对比

K10.5、K8各代双核对比

接下来还是谈一谈各种型号的开核U吧

开核元老当然是K10.5架构，Deneb核心的速龙双核5000/5200，开核后变为FX5000/FX5200，2.2/2.3Ghz四核，6ML3，开核不稳定因素较多。

另：5000不支持D3【没有D3控制器】， 5200支持D3

此后Athlon II x2系列的早期低端都是Deneb核心屏蔽而来，由于内存控制器改良过，稳定性和开核成功率比速龙5000强很多
Athlon II x2 210/215/220/210e/220e，开核后成为Phenom II x4 910/915/920/910e/920e，e为45W低功耗版本