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在上期中我们给读者详细介绍了一台笔记本电脑从外观到结构与普通台式机的不同之处。从本期起,我们就剖析笔记本的内部结构,详细地介绍各“内脏器官”的特性。
俗话说“知人知面不知心”,由此可以看出“心“的地位多么的重要,笔记本更是以“芯”为中心,以致人们都约定俗成地用“芯”的档次来区分整部PC或是笔记本的档次。“芯”的学术名词叫做CPU(Central Processing Unit),即中央处理器,它的作用就如同人的大脑一样,所有的操作都须经由CPU处理才能得以实施。
众所周知,笔记本电脑由于其重量轻、体积小等特殊性能,对处理速度、散热等都有着较多的行业标准,正因如此,几乎所有笔记本电脑的CPU处理器都采用了与传统、普通台式PC有所区别的设计,以保证笔记本的正常运行。
区别之一:工艺更趋先进
随着技术平台的突飞猛进,笔记本电脑越做越小,可CPU却越来越大,整合集成度的提高加之功率的迅速增强,笔记本电脑本身的发热问题自然也就越来越突出。因此客观上就要求同频的笔记本电脑芯片,必须采用比台式机电脑的处理器芯片更精湛的制造工艺。如早在Pentium MMX、Pentium II还采用0.35μm制造工艺时,笔记本电脑专用的Mobile Pentium MMX(Tillamook)和Mobile Pentium II已经采用了0.25μm的制造工艺,而当Pentium II350、400MHz开始启用0.25μm制造工艺时,新一代的Mobile Pentium II400MHz已经进入了0.18μm时代,并一直将这种先进的技术保持到了Pentium III。
区别之二:封装多样化
普通台式机上的CPU处理器想必读者们都不陌生,从外形上观察不过是一个单芯片或是一个包含L2Cache(二级缓存)的单边接插式塑料壳。笔记本电脑CPU的封装档次就明显不同。笔记本电脑专用CPU有多种封装形式,不同的封装形式功能也不尽相同,不仅有像台式机一样采用BGA(球栅阵列封装)、microPGA(微型球栅阵列封装)封装的芯片,也有采用模块化封装的芯片。前者从功能上分析基本就是台式机的替代品,而后者还集成有芯片组的部分功能,换言之在CPU中整合了本来应该属于主板上的电路元件,并将其焊入电路板中(目前大多数名牌笔记本都采用后者)。
这里顺便提一下一直与英特尔叫板不休的AMD公司,在笔记本市场中,CPU的模块结构大多是英特尔的产品,而AMD的笔记本由于专用CPU在结构上基本等同于台式机,没有如英特尔公司一样将部分控制芯片组整合进去,比较之下没有得到更多厂商和用户的认同,市场占有率也始终没有很大的突破。
区别之三:芯片组专业化
芯片组在计算机中起到指挥的作用,它控制各种部件的协同工作,如CPU的运算、磁盘的读写等操作均离不开芯片组。尽管它的作用仅次于CPU,但实际上再强的CPU离开芯片组都无法运作。虽然笔记本电脑的CPU在形式上与台式PC的CPU有所不同,但其核心却是基本相同的,因此笔记本电脑的芯片组与台式PC相类似。
应用广泛的有主流的英特尔公司推出的440BX芯片组和低成本的440ZX-M、440MX芯片组(这两款芯片组本来是专门为赛扬设计的,基本功能和440BX没有什么大的区别,只是支持的PCI和外围设备较少)、Solano2-M芯片组(440BX芯片组的换代产品,最高支持133MHz外频)。由于英特尔公司在CPU市场上的强势,英特尔系列的芯片组一直占领了市场的大壁“江山”。
除了上述几款主流芯片组之外,与台式机市场类似,笔记本CPU的芯片组也是百花争艳。尽管其它公司在芯片组技术方面有的甚至强于英特尔同期的产品,但由于采用这些芯片组就无法使用英特尔的IntelMobileModule,只能采用mini-cartridge、BGA/BGA2、microPGA/microPGA2等封装形式的芯片,因此实际应用并不广泛。
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左一:早期的Intel PentiumⅡ300MHz的移动处理器
左二:带有Speed Step技术的Intel PentiumⅢ850MHz处理器
左三:提供最高400MHz时钟频率的Crusoe TM3120处理器
左四:与TM3120采用相似核心,时钟频率为700MHz的Crusoe TM5400处理器 |
区别之四:节能与功耗
笔记本很多情况下用于移动办公要靠电池供电来正常工作,但即使最先进、容量最大的电池也有能源耗尽的时候,因此有效节约能源始终是笔记本CPU设计厂家最为关注的问题。CPU和LCD液晶显示屏则为笔记本中的耗能大户。LCD除了缩小液晶屏的尺寸和降低显示亮度外,耗电量是无法降低的,但用户对此并不认可。CPU因为耗电量与运行速度成正比的关系而成为“减负”的核心,因此厂商们设计出许多针对CPU的降耗技术。其中有英特尔的“SpeedStep”技术:SpeedStep技术具备自动检测电力供应模式,采用自动和手动两种方式判断用户是否从使用AC电源适配器转向使用电池方式工作,确认后处理器就会自动调整其电压和工作主频;英特尔的QuickStart技术:该技术广泛应用于目前大多数采用英特尔移动处理器的机器中,其作用是在系统处于空闲状态时,自动降低CPU的功率消耗;AMD的POWERNOW!技术:POWERNOW!技术主要用于其早期的K6-2+、K6 III等型号的笔记本中,它采用类似SpeedStep的技术,由系统自动监视CPU资源的占用情况,然后根据CPU的使用状况自动调整时钟频率和内核电压;Transmeta的LongRun技术:即将全面上市场的Transmeta的新一代Crusoe CPU将采用这种称为“LongRun”的新技术。与英特尔的“SpeedStep”相比,LongRun在电源管理方面更加灵活,不仅可以判断笔记本是否使用交流电源,而且在机器的使用过程中可根据执行软件任务对机器性能的要求来自动调整CPU时钟频率。如读者正在播放DVD影片,而播放DVD所需要的运算性能只要Crusoe以标称频率的一半便可以正常运行,此时“LongRun”会自动调整系统时钟频率为标称的一半。据资料显示,一台CrusoeTM5400使用此项技术后,运行办公软件时的功耗小于1W,而停止键盘操作后功耗甚至小于8mW,而在执行数据密集型运算时其平均功耗也不超过2W,绝对是今后笔记本CPU节能技术的发展方向。

实战拆机1小时后,终于得见笔记本的主板和CPU(图中圆圈部分) |
区别之五:CPU散热
与台式PC机箱内CPU住着宽敞的“别墅”相比,笔记本电脑所配备的移动CPU住的可就是低矮的平房了。笔记本电脑的最大特点就是小巧、方便,为了在其中放置各类部件,一丝一毫的空间都不能放过。
在笔记本电脑中,CPU是散热大户,而且其速度越快,功耗越大,散热量也就越高。目前大多数笔记本的散热方式主要是依靠散热板和风扇。散热板面积越大,传导效率越高,也越能有效地排散热量。如果拆开笔记本,普通的机器其主板底部和上部各有一块金属散热板与CPU相对,这就是所谓的笔记本协助散热系统,用以接收CPU发散的热量。而且散热风扇大多有低风量和高风量两个档,风扇的速度由CPU的温度而定。
在目前的CPU散热技术中,最引人注目的莫过于IBM提出的热管技术。这种技术原本是一些笔记本发烧友超频CPU时使用的。热管是新型的散热装置,长20cm多,直径0.5cm,管内存有纤维和水,当管内抽成真空后,一端贴近CPU,另一端远离CPU。由于真空状态下水的沸点很低,如果在管子的一端加热,水就会蒸发,将热带到另一端,水冷却后再流回去,如此反复,热量就会不断移动,和空调的工作原理类似。热管散热的优点是没有移动式的零件,全部零件都完全密封在内,不消耗电池,同时可以长时间使用。
主流笔记本CPU概述
英特尔系列是当前笔记本CPU市场的主流,其产品线长、品种多、性能层次全面,是有移动办公需要的用户的首选。英特尔推出移动PentiumⅡ处理器后,强大的运算能力使其几乎独霸了当时的笔记本市场,时至今日仍然有不少用户在使用PentiumⅡ代的产品。为了更多的占领中、低端市场,英特尔公司又及时推出了PentiumⅡ的简化版赛扬(Celeron)处理器。早期的赛扬处理器采用.25μm的制造工艺(如433MHz),后期的赛扬则都采用了更为先进的.18μm生产工艺。赛扬L2Cache(二级缓存)一直是128KB,比PentiumⅡ二级缓存减小了不少,这也是影响其运算速度的一个原因。Pentium III处理器承袭了Pentium Ⅱ强大的运算能力,一经推出便接掌了Pentium III的市场,更大更快的缓存设置使Pentium III的性能直逼台式机。目前的Pentium III已经做出了1GHz的产品,并开始在市场上销售,这是继台式机后,笔记本电脑首次进入了GHz时代。当然,价格是高昂的。
除了英特尔外,AMD理所当然也是CPU制造业的一大支柱,不过由于长期以来其笔记本CPU的性能总比英特尔略逊一筹,因此始终不被人所瞩目,但价格便宜却是AMD移动CPU的优势。由于AMD-K6-2+和AMD-K6-III包含了增强型3DNow!指令集,在这个指令集中增加了一些DSP(Digital Signal Processing)指令,而这些指令对于如MP3编码和回放、Dolby数字环绕处理和软xDSL-modem模拟都有很大的帮助。
Transmeta新推出的Crusoe可以说为移动CPU市场吹入了一股清风,众多的亮点技术和超强的低功耗为未来的笔记本市场增添了希望。Transmeta公司的Crusoe处理器之所以一亮相便得到了业内人士的推崇,是因为Crusoe芯片的能耗低。当Intel Pentium 4处理器工作时,每平方厘米将产生50至60瓦的热量,而Crusoe处理器在运行Windows 2000操作系统时,电耗几乎低到1瓦。即将面世的新产品工作频率很可能达到GHz级,但耗电量将只有半瓦、甚至更少,这无疑是对英特尔的一个强有力的挑战。 |