Intel真的是卯起來幹了！現在熱賣的Core 2 Duo才上市一年多而已，Intel已經打算逐漸汰換掉「舊」產品，全系列導入新製程，在本月Intel發表業界第一顆45奈米CPU－－Core 2 Extreme QX9650，宣告Penryn架構產品線的正式上市，而且硬是搶在AMD發表Phenom X4原生四核心之前，拼裝多核心再度搶得先機，火藥味濃厚至極，簡直快要爆炸了。明年初大家就會看到Intel vs. AMD的「新製程 vs. 新架構」世界大戰，加上Intel Eaglelake、AMD RD790、NVIDIA nForce 7晶片組和板卡廠永遠清不完的庫存，2008年就是一整個歡樂啊！
製程縮小，架構演化
讓我們快速溫習一下古時候的歷史（其實也才兩年）。Netburst架構的舊Pentium 4整個鳥掉，讓AMD Athlon64佔上風，於是Intel把Centrino筆電的Pentium M處理器拿出來大改，歷經Banias、Dothan、Yonah，最後生出劃時代的新架構Merom（正式的行銷名稱是Core微架構）。現在Core 2系列的產品線都是Merom架構，衍生多種核心橫跨桌上型和行動型（伺服器當然也有，但本篇就略過了），比如現在玩家最愛的控肉CPU（Conroe）就是Merom架構的桌上型版。而本篇的主角Penryn架構，就是把Merom從65奈米縮小成45奈米，趁著製程改進，Intel也順便小修了一下Merom，雖不像下一代Nehalem架構那樣瘋狂大改，但也讓Penryn有更好的功耗與效能。
在Yonah核心之後Intel採取非常積極的「Tick-Tock」策略，Tick-Tock就像時鐘的滴答聲，兩年一個循環。在每一年的聲響中Intel都會來一次革新，一大一小，新製程的隔年就是新架構，新架構的隔年就是新製程，每一年都更新產品線，每一年都是過渡產品讓你不知道該怎麼買。去年的Core 2是65奈米的新架構Merom，在今年底Intel把Merom架構轉進45nm製程推出Penryn。再下一次就是全新架構Nehalem，那是Intel近十年來最大的架構革新。
Wolfdale原生雙核與Yorkfield拼裝四核
很不幸的，Penryn架構還是原生雙核心，對手AMD的Phenom X4已經換成原生四核架構，所以「原生四核 vs. 拼裝四核」的嘴砲還會再戰個一年，保証是討論區的月經文。第一顆Penryn架構的CPU是四核心的Core 2 Extreme QX9650，就像之前的QX6850或現在詢問度很高的Q6600，QX9650的Yorkfield核心是兩顆雙核心封裝起來，Penryn真正的本尊是雙核心的Wolfdale，除了QX9650，其餘Penryn的產品線都要到2008年才出。
Wolfdale核心會有FSB 1333MHz、破錶的6MB L2快取、電晶體數量高達410M，但因為45奈米製程，相較於現在Core 2所用的Conroe核心，Wolfdale電晶體數量多了40%（410M vs. 291M）、快取多了50%（6MB vs. 4MB），但晶圓面積反倒縮小了30%（107mm^2 vs. 143mm^2）。至於QX9650的Yorkfield，就是Wolfdale的規格全部乘2，820M的電晶體倒是第一次看到桌上型CPU的電晶體數量超越GPU，而12MB的L2快取.....我不知道要說什麼了，其實Intel不是生產CPU的廠商，而是生產快取的。
Wolfdale的晶片照片，雙核心基本上就是鏡像兩顆核心，而那一大片當然就是L2快取。
支援Penryn很簡單～
擔心Intel出新CPU就要砍掉重練的玩家別害怕，現在所有的3系列晶片組都支援Penryn，包括X38、P35、G33、G31等等，通常更新個BIOS就可以上了，NVIDIA之後的nForce 7系列也會支援Penryn（但不支援DDR3），真的想升級45奈米CPU，平台的選擇還蠻多樣的，高中低階都有。下面的表格是目前確定會出的Penryn產品線，筆電的Penryn會更新現在的Santa Rosa平台，大家會發現QX9650還不是最高階的，明年上市的QX9770時脈高達3.2GHz，也是首批有FSB 1600MHz的桌上型CPU。
Penryn產品線會有非整數的倍頻，因為333MHz的外頻很高，而Penryn架構的單一時脈效能又很強，倍頻跳一級就多333MHz，有礙於細分產品線撈更多錢，所以Intel新增了0.5x的倍頻，讓產品時脈可以用166MHz的級數來分。這些2008年的新產品會取代現有的一些產品線，不過初期都是取代中高階產品，其中我個人覺得最有趣的是Q9300，美金266元的四核心，擺明就是取代現在熱門的Q6600，但Q9300裡的兩顆雙核心卻都只有3MB，所以這顆「Q6600殺手」事實上L2快取比Q6600還少，爽度大減，感覺有點差。如果Intel打算跟AMD話題性高的三核心CPU對幹，就來一顆美金200元以下的低階四核心吧！關了一半快取、降到45奈米製程的Q9300，應該有機會可以賤價大拍賣吧？就看Intel的誠意了....
Penryn 架構分析 ＆ 相關測試
雖然說Penryn是Merom架構的45奈米縮小版，但如果只有這樣，那大概只有Intel控會買，Intel幫Penryn做了一些架構的調整，除了SSE4比較大之外，其他都是小幅度的加強，讓Penryn有比Merom更好的效能，但又不至於佔用太多電晶體（大部分的電晶體都放在快取上了吧？），在45奈米製程下更能有效控制成本，讓Intel賺更多錢，蓋更多晶圓廠污染地球....（我說到哪去了？）
底下列出一些Penryn的架構改進，並列出相關的測試結果，詳細的一般效能測試則放在最後面。
45奈米製程，Metal Gate加High-K
製程縮小會遇到的主要問題就是漏電流（Current Leakage），尤其是在閘極介質（Gate Dielectric）之間的漏電，閘極在晶圓的電晶體裡扮演絕緣體的角色，過去有一段時間是用金屬，但因為金屬的耐熱程度、處理困難度都比多晶矽（Polysilicon）差，而且金屬在製程時會散進矽晶圓，所以後來大家都用多晶矽來做閘極介質。但多晶矽並非良好的的絕緣體，在65奈米的時候，多晶矽閘極介質只剩5個原子那麼厚，因此難以克服漏電問題。
但Intel不愧是世界一流的半導體晶圓廠，他們硬是把金屬帶回閘極介質，解決難以處理的障礙。透過Metal Gate和High-K的鉿物質，Intel在45奈米製程上做出突破，他們沒有透露是何種超合金和詳細的製作方法，畢竟那是商業機密。但Intel強調他們的45奈米製程可以達到2倍的電晶體密度、30%的省電、加快20%電晶體的切換速度，換句話說，就是時脈更高、功能更多、但更省電了。
Intel的45奈米製程在電晶體構成物質上做了很大的改變，原本以多晶矽做閘極介質，現在改成金屬物質，官方沒有提到是什麼金屬，但宣稱可以降低漏電。
各位大大應該都是半導體產業的製程工程師，所以我就不賣弄了，對我來說最重要的問題是：45奈米製程的Penryn到底有沒有更省電？，我抓了QX9650和QX6850做比較，這兩顆CPU的時脈相同，只有製程架構不同，利用SP2004指定CPU核心執行的方式操到四核都100%佔用率，看看整機的耗電和溫度狀況。
測試結果讓我大吃一驚，雖然QX9650和QX6850的TDP都是130W，但整機耗電量QX9650硬是低了40W左右，省電幅度達20%，無論待機或全速都明顯比較省電，講一堆Metal Gate或High-K好像很唬爛，但45奈米的Penryn架構真的比較省電，而且幅度還蠻大的！
溫度的部分也是，我們是用相同的風扇做測試，QX9650在全速時溫度低了快20度，但因為我手上的QX9650還是工程版，所以就沒仔細測超頻的部分，但不加電壓隨手調了一下就拉到3.6GHz，表現也比QX6850好。
24路、6MB暴肥L2快取
Penryn原生雙核心架構的L2快取加大50%，從Merom的4MB共用L2快取加到6MB，拼裝四核心就擁有12MB的驚人快取，除了「加量不加價」之外，Penryn也把L2快取從Merom的16路關聯強化到24路關聯。快取是暫存記憶體的位址，當CPU需要一個資料時，如果快取裡有暫存，就不用再到記憶體裡翻找，處理速度會加快，而「關聯性」（Associativity）是指某個主記憶體的位址可以放在某個快取區塊，16路就代表在16個快取區塊之中選一個來放，但必須覆蓋掉原來那個區塊所放的資料。
Penryn的快取關聯性從16路增加到24路，在CPU-Z裡可以看出來。
增加關聯性是兩面刃，因為寫入快取必須覆蓋掉原來的資料，會有機會發生「覆蓋掉之後可能會用到的資料」的狀況。用有點錯誤但比較容易理解的方式，16路關聯性就會有1/16的機率蓋掉之後可能會用到的資料，若真的發生這種情況，就會間接提高快取的失誤率（因為先前的資料被洗掉了），而增加到24路的話，這個覆蓋的機率就降到1/24，進而減少失誤率。可是增加關聯性，就代表CPU需要快取資料時，得再24個區塊裡找，會增加快取延遲。所以才說是兩面刃，減少失誤率固然很好，但若增加快取延遲，那就不好了。
我用CPU-Z附的程式來測試快取延遲時間，得到的結果如下：
| 項目 | Core 2 Extreme QX9650 | Core 2 Extreme QX6850 |
| CPU-Z Cache L2 Latency | 15 | 14 |
QX9650的L2快取延遲從14個時脈週期增加到15，雖然變慢了，但算是維持過去的高水準，也就是Penryn架構加大快取、減少失誤率，同時保持相同的快取延遲。俗話說的好，「硬碟容量決定宅的力量」，快取容量也是如此（再掰嘛...）！Intel的主力商品果然是快取，功力不同凡響。
SSE 4.1指令集與Super Shuffle引擎
SSE4是Penryn最重要的改變之一，SSE系列SIMD指令集主要是針對多媒體、3D、遊戲、圖形等等做加速，詳細解說可參考「1-3.CPU進階技術講解，XD、VT、SSE在幹嘛」。而在Penryn架構中，Intel新增了47個SSE 4.1的指令，為什麼說SSE "4.1"？因為整個SSE4指令集總共有54個指令，剩下7個指令則留到下一代的Nehalem再補完SSE 4.2。
雖然不完整，但SSE 4.1仍然可增加多媒體效能，尤其MPSADBW和PHMINPOSUW兩個指令，大家應該都是程式設計師，所以我就不說細節了，只要知道它可以幫助影片壓縮的速度，影片壓縮時基本上是取一張基礎畫面，然後去比對各畫面和基礎畫面的差異，這兩個指令就是專門做這件事。
除了新的SSE指令集，Penryn還有與之搭配的「Super Shuffle」引擎。SSE主要是運算向量資料，但應用程式不一定會整整齊齊的把資料排成標準格式，Super Shuffle引擎會快速最佳化這些資料，讓SSE執行單元隨時保持滿載，加快SSE的執行速度，且不需要軟體更新就可以對所有的SSE2、SSE3、SSE4做最佳化。
Penryn架構支援SSE 4.1指令集，主要加強影片壓縮、3D、圖形等等。
其中比較重要的是MPSADBW和PHMINPOSUW兩個指令，Intel宣稱有1.6～3.8倍的加速。（不過Intel也曾宣稱HyperThreading可以加快30%，所以.....）
Super Shuffle引擎可以針對資料格式重排的動作做加速，單一週期可以處理128位元，這對所有的SSE指令集都有效。
現在支援SSE4的「真實」軟體只有一套，DivX 6.7在壓縮時支援實驗性的「SSE4 Full Search」功能，這就是利用SSE指令集來比對畫面，預設是關閉的，打開之後可以加強畫質，但壓縮速度會比關閉的時候慢。這功能可用SSE2或SSE4來做，只有CPU支援SSE4才會出現SSE4的選項，剛好可以看看SSE4比SSE2快多少。
我是用VirtualDub Mod壓縮一個MPEG-2的影片，在壓縮時選DivX 6.7。
在Codec的壓縮選項裡會有「Experimental SSE4 Full Search」，有關閉、SSE2、SSE4的選項，但關閉時的畫質較差，所以用SSE2和SSE4來測試壓縮時間。
由於QX6850不支援SSE4，所以DivX 6.7也沒出現選項。而從QX9650的SSE2和SSE4成績來看，SSE4的確讓壓縮時間縮短20%，而看QX9650與QX6850的SSE2成績，也會發現QX9650快了5%。SSE4和Super Shuffle引擎還的確有效，雖沒有Intel宣稱的那麼誇張，但仍然是相當顯著的提升！
電源管理【Mobile版Penryn限定】
電源管理新增的部分只有Penryn的筆電版核心才有，桌上型無福消受。簡單的說就是兩個新的省電技術，「Deep Power Down」的假死狀態和「Enhanced Dynamic Acceleration Technology」的無雙超頻，都不難理解，直接看圖說故事就好。CPU更省電，筆電廠商就更容易找出新功能來吃電，真是太完美了！
Deep Power Down就是在現有的C4之下再多一層省電狀態，L1和L2快取都關閉，CPU電壓降到更低。
Deep Power Down是CPU和晶片組合作，只留下最小部分的電力保持開機狀態，不過喚醒的時間與步驟較長。
因為Deep Power Down喚醒過程會吃掉多餘的電力，如果短時間喚醒次數太頻繁，CPU會起肚爛，變得更耗電，所以當系統遇到這種情況時，會自動提升到C4狀態來降低因為頻繁喚醒的耗電。
圖片畫的很複雜，其實Enhanced Dynamic Acceleration Technology技術很容易理解，就是「半顆CPU做超頻」，雙核心遇到單執行緒的程式時，就讓其中一個核心進入C-State省電狀態（C3～Deep Power Down），然後在不超過原本TDP的條件下，自動超頻另一顆核心，在相同的耗電下讓單執行緒的程式跑的更快，很讚吧？可惜只有筆電的Penryn才有，這很適合只做文書處理或上網的電腦。
其他小強化（不是小強喔...）
最後是Penryn的一些小規模改進，真的很小，都是非常細節的東西，能轉換成多少實際效能還有待測試。
Fast Radix-16 Divider改進除法器，可最佳化浮點和整數運算，加強3D和圖形效能。
為了加快讀取超過8位元組邊界的儲存結果（Store），Penryn可以把儲存結果提前來加快載入，不必等儲存動作完成。說實話，我不知道這東西在幹嘛的，看了Intel官方的白皮書還是不懂，但號稱可以加快載入的速度，應該對效能有一點點加強。
Core 2 Extreme QX9650 一般效能測試
目前Penryn架構的CPU總共有一千零....一顆，也就是QX9650，Yorkfield核心、3.0GHz、FSB 1333MHz的規格，剛好跟現在的QX6850（Kentsfield核心）完全對應，除了核心架構不同之外，其他時脈規格通通一樣，剛好可以對照出Penryn相對於Merom有多少單一時脈（clock-by-clock）的效能成長，也能推斷出同時脈的Core 2 Duo變成Wolfdale核心之後會快多少。
雖然上面洋洋灑灑寫了一堆，但要記得那些都是小加強，別指望看到Pentium D -> Core 2 Duo那種效能暴走的情況，畢竟這次是製程革新而非架構大改，SSE4、快取延遲和耗電我們已經看到Penryn的出色的表現，而在一般軟體上，Penryn到底能快多少呢？
本次所測的Penryn架構CPU是QX9650，我拿到的還是ES工程版。
我不知道為什麼要拍這個，但還蠻炫的...嘻嘻。
QX9650的CPU-Z資訊，45奈米讓核心電壓小降了一點（1.2750 V -> 1.216 V）。
測試平台
| CPU | Intel Core 2 Extreme QX9650 Intel Core 2 Extreme QX6850 |
| 主機板 | 技嘉 X38-DQ6 |
| 記憶體 | Kingston KVR1066D3N7K2（DDR3-1066） 1GB x2 |
| 硬碟 | Seagate 250GB 16MB Buffer |
| 螢幕 | BenQ 241W（原生解析度1920x1200） |
| 電源供應器 | 七盟 1000W |
| 作業系統 | Windows XP Professional Windows Vista Ultimate |
| 顯示卡 | NVIDIA GeForce 8800GT（Forceware 169.02） |
整體效能
首先是整體效能，QX9650反應在PCMark05整體效能的部分並不明顯，1%的成長幾乎是誤差值了，比較明顯的是記憶體效能的部分。而用7-Zip來測，壓縮和解壓縮分別測試記憶體延遲和整數運算能力，QX9650相較於QX6850大約有3.5%的成長。
CPU理論效能
用Sandra測CPU的理論效能，ALU整數運算效能幾乎沒差，但SSE3的部分則有明顯成長，幅度達14%，Super Shuffle和大快取還是有用的。
雖然用的記憶體和北橋都一樣，但QX9650的記憶體存取效能也比QX6850好一些，加大快取和強化快取關聯性都表現在記憶體效能上。
NuclearMC是測CPU理論效能的小工具，總分是由ALU整數運算、FPU浮點運算和多執行緒效能做平均，而總分14%的成長幾乎都來自於多執行緒效能，Penryn在平行運算的能力上明顯比Merom架構還強，雖然這是理論的平行運算能力，但對多工作業一定有幫助！
多媒體
我用AutoGK加Xvid測試影片壓縮張數，愈大愈好，Xvid已經支援SSE2/SSE3，Super Shuffle和大快取反應在效能成長上。
MultiThread Lame是Lame的多執行緒版，支援SSE3，我測試壓一整張專輯的時間，愈短愈好，QX9650比QX6850快了10%。
Cinebench R10是多執行緒化非常好的軟體3D Render程式，QX9650也有將近9%的成長。
遊戲效能
遊戲效能的部分向來非常弔詭，因為會買高階CPU來打電動的人，一定會配一張高階顯示卡，但CPU在遊戲上的加強只有遊戲效能的瓶頸是在CPU上的時候，也就是開低解析度時。以我的測試來看，只有在1024x768下才有明顯的成長，但沒有玩家會買高階顯示卡還跑這種小爛解析度。而拉到1280x1024以上之後，瓶頸就轉到GPU上，QX9650就沒有明顯的效果了，即使是Crysis的CPU測試（跑一堆物理特效）也沒成長。
多工效能
最後是測多工能力，我先用AutoGK開始背景壓影片，然後前景跑MT Lame，看多工和單獨只有MT Lame時的變化。QX9650原本在MT Lame上有10%的加速，多工之下提升到14%，可確定Penryn在多工效能上有改進。
以同樣的方式測7-Zip，背景跑Cinebench，多工效能也有成長，不過整數運算的幅度就沒有多媒體程式那麼明顯了。
升級45奈米Penryn會爽嗎？
簡單一句話，還蠻爽的！
當然，只有鬼才買得起QX9650，但見微知著，從QX9650可以看出Penryn架構的特色，主要歸納成幾個重點：省電20%、4%的一般效能加強、10%多媒體效能加強、20%的SSE4效能加強、更好的多工效能，這是同時脈的Penryn和Merom架構做比較，Intel的產品線其實更積極，仔細對照Merom和Penryn的前後代CPU，除了第一顆QX9650取代的QX6850是相同時脈之外，未來的Penryn新產品都比舊CPU快上166～333MHz，也就是同價格前後代產品的效能加強會更明顯（尤其是最便宜的兩顆），只有取代Q6600的Q9300最奇怪，時脈上升幅度最小、快取還少了2MB，大概不想打到自家的中階雙核心吧？
但Penryn仍然只算是小加強而已，已經裝了C2D的玩家其實不太需要升級，除非真的很在意省電、多媒體效能或SSE4（尤其是省電20%），不然一般軟體的效能差距，隨便超頻一下就有了。但如果還在用Pentium D或更舊的平台，那砍掉重練升級到Penryn保証非常爽快，C2D玩家不妨等到下一代的Nehalem出來，再一次升級主機板、DDR3記憶體和全新架構的CPU。
結語
整體來說，Penryn的表現很不錯，基於原本就很棒的Core微架構之上再做加強，效能稍微提升且功耗大幅下降，讓CPU的每瓦效能（Performance per Watt）提高甚多。而且別忘了QX9650是第一顆45奈米CPU，對比經過無數次改進的65奈米CPU還能有優秀的功耗表現，未來的45奈米中低階CPU讓人非常期待。
在這個月，對手AMD也將拱出原生四核的桌上型CPU和Penryn對打，雖然Barcelona架構在伺服器端可完全發揮實力，但桌上型的Phenom似乎面臨效能與TDP的問題，我們可以期待Phenom的出現，不過未來情勢應該跟今年差不多，AMD繼續玩平台（這次變三合一了，CPU、主機板、顯示卡）與價格戰，而Intel則坐穩最高效能的寶座，QX9650甚至還不是Penryn最高階的CPU，45奈米製程也能讓晶片成本下降，只要Intel把全系列產品橋到和對手相同的價格，然後效能超越一點就可以躺著賺，專心研發下一代架構來奪回伺服器市場了。
