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前言
多核纪元
自1965年摩尔定律首次被提出以来，CPU的性能就按照其规定的每18个月翻一番的速度不断增长。原本在这条规则下，CPU的发展显得有条不紊，虽然相对GPU显得有些跟不上时代。不过在2003年Intel推出3.2G的奔腾4之后，CPU开始被卡在制造工艺的瓶颈上，频率很难再像以前那样继续往上推。CPU的发展咔壳了？情况看起来的确不妙！由于CPU频率越高，所需要的电能就越多，所产生的热量也就越多，这会导致计算机出现各种问题，而“发热”正是困扰CPU频率提升的一大难题。我们知道，越细小的晶体管耗电越少，热量越低，因此可以显著改善频率提升带来的发热问题。当时奔4所采用的制造工艺已经达到了90nm，从理论上说，相比130nm工艺的CPU，采用90nm工艺制造的CPU能在相同耗电下达到更高的频率。Intel想要快速提升CPU频率，130nm的制造工艺已经是瓶颈了。于是为了拼更高的频率，他们不得不硬上90nm工艺，并强推采用了超长超深流水线设计的Prescott核心Pentium 4，这款核心原本预计频率最高可以杀到6GHz！然而世事总是难以尽如人意，他们赶鸭子上架之后的结果就是90nm工艺出现了严重的电流泄漏问题，产生了大量的电能消耗和废热。Intel忽然发现自家处理器成了“沸腾的芯”，继续提升频率已经不再可能。
漏电问题并非不可以解决，但不是短期内就能做得到。于是在疯狂提升频率的路上，Intel不得不停下来思考，在漏电问题无法完美解决的情况下，CPU性能提升的出路在哪里？财大气粗兼老奸具滑的Intel一方面暗地里启动多年酝酿的CORE微架构，另一方面决定推进下一步处理器的发展计划，Intel下一步的CPU发展计划就是决定痛改“高频前非”，转而走“多核心”路线！根据Intel的说法，“多核”是一种突破主频限制、提高性能的一种技术，简单地说，就是将两个计算内核集成在一个处理器中，从而提高计算能力。于是，Intel在05年之初就开始全面推动双核心产品，然后又在去年11月推出了四核心的CPU，至此宣布CPU正式迈进多核心纪元。有一种说法甚至指出Intel早在上个世纪九十年代研发超线程技术的同时就已经开始着手开发双核！所以今天的“多核”纪元更像是一早就计划预谋好的。小熊在线www.beareyes.com.cn
目前多核CPU面临的窘境
目前多核心CPU面临的窘境
虽然CPU厂商不断鼓吹CPU走多核发展道路的好处，但并非所有人都同意这种说法，甚至还有人指出多核只是CPU厂商面对制造工艺上的瓶颈所作的妥协。前不久在斯坦福大学举行的最新芯片技术研讨会（Hot Chips conference）上，NV的首席工程师David Kirk就表示：“CPU的多线程技术和多核心技术给现在的程序开发带来了很多困难，而且由于现在的显卡技术正在向“密集并行（embarrasingly parallel）”的结构发展，但是多核处理器的架构与显卡的密集并行的架构并不能很好的匹配以提高系统的整体性能。 Intel、AMD这样的CPU制造商所使用的多线程和多核心技术，看起来好像是使CPU的性能加倍，但是从本质上来说，并不能解决CPU主频提升以及制造工艺的瓶颈，而多线程、多核处理器的出现对于游戏开发人员来说也形如鸡肋，并不能从第二个核心中得到任何受益。”David Kirk还声称：如果显卡使用的是“密集并行（embarrasingly parallel）”结构的话，应用程序在多线程、多核处理器上工作反而会更慢。
但不管怎样，就现在的形势来看，单核处理器到多核处理器的进程是整个业界不可逆转的一个趋势，只是这个计算领域的进化过程跟以往的情形大不一样，以往只要我们更换新一代的CPU就可以让游戏之类的软件跑得更快，然而现在这条法则在多核时代之初已经不再适用，之前发布的软件并不会因为从单核处理器平台升级到多核处理器平台而得到简单而且直接的运行速度提升，除非你的程序已经实现了并发。因为多核心处理器与之前的单核心处理器有很大的不同就是它需要软件的支持，只有基于线程化的软件硬应用上多核心处理器才能发挥出应有的效能，因此多核心处理器的最大问题就是软件问题。
虽然并发编程老早就存在了，而且并行方面的程序也不少，但要想占据主流位置还得花些时间做积累沉淀，毕竟其过渡不是可以一蹴而就的事情。虽然并发编译的硬件基础已经具备，但就如我们前面所说的，软件行业发生整体性转变的基础技术还没有经过足够的沉淀。目前采用并发编程并能从多核CPU获得好处的程序大多集中在服务器领域或桌面专业领域。桌面个人应用方面多核CPU的优势直到近年来才开始得到重视，但也只是体现在多任务处理方面。目前支持多核CPU或者说能从多核架构获得好处的游戏极为稀有。因此，之前的许多测试显示刚刚诞生的四核心CPU虽然在多任务和多媒体应用中性能进步巨大，但在3D游戏测试中的表现比较一般，提升幅度也有限。
因特尔已经决意走上多核心的发展路线
好在Intel在业界的影响力够大，加上不断的推广努力，游戏开发商终于开始支持多核处理。而今天，首款支持四核心CPU的游戏——《超级指挥官》也已经来到我们面前！本文我们将一起研究这款游戏能否真正引爆四核心的澎湃动力！
评测主角——Core 2 Extreme QX6700
四核王者Core 2 Extreme QX6700
Intel首款四核处理器Kentsfield和之前英特尔的Presler内核Pentium D（双核）、IBM的Power 5+（四核）类似，只是将两颗Core 2 Duo封装在一起而来。由于处理器内部是两个独立的核心，所以二级缓存并无法实现完全的共享，所以这一代四核的二级缓存表示方法又回归到了4MB×2的形式。Core 2的二级缓存具备内存消歧能力的猜测式内存数据装载能力以及密布于处理器各关键接驳位的预取器，可以更进一步地降低存取延迟和总线资源依赖，特别是对计算密集型的应用来说。小熊在线www.beareyes.com.cn
AMD声称INTEL的四核方案为“假四核”
由于Netburst/Core架构采用的系统总线协议是基于AGTL+的共享总线，处理器都共享同一个内存控制中枢提供的内存带宽。这样的设计好处是降低了成本，但是会比较容易出现争夺带宽资源的问题。这在双路系统中问题还并不大，不过到了四路多处理等级的时候，问题有可能比较突出，因此英特尔对于四路系统是有专门的芯片组对应的，在这些芯片组上，你可以看到有两条各可以挂两枚处理器的系统总线和加倍的内存带宽。小熊在线www.beareyes.com.cn
由于 Kentsfield四核处理器依然基于酷睿微架构，所以Core 2的五大创新特性同样继承下来，他们分别是Intel Wide Dynamic Execution（宽动态指令执行）、Intel Advanced Digital Media Boost（高级数字媒体增强）、Intel Intelligent Power Capability（智能电源管理）、Intel Smart Memory Access （智能缓存加速）以及Intel Advanced Smart Cache（智能缓存技术）。小熊在线www.beareyes.com.cn
首款支持四核的游戏——《超级指挥官》
首款支持四核的游戏——《超级指挥官》
直到现在为止，大部分游戏都是单线程游戏。也就是说只适用于单核CPU。如果你的系统里装着一颗双核CPU，那么跑这类游戏不会获得任何好处，因此多核CPU对游戏而言一无是处。不过随着时间的推移，我们终于看到一些支持多核心CPU的游戏开始浮出水面。
目前已经有好几款预计支持多核CPU的游戏即将在今年推出，而其中一部已经悄然而至——《超级指挥官》（Supreme Commander）。该作堪称首部“原生”支持（即不是通过后续补丁支持）四核心CPU的游戏。
《超级指挥官》为四核打通“任督二脉”？！
游戏介绍
喜欢即时战略游戏的朋友相信一定不会忘记经典的三维即时战略鼻祖游戏《横扫千军》（Total Annihilation），在上个世纪末该系列可以说是红极一时。而今天我们的主角《超级指挥官》正是由《横扫千军》的主要制作人Chris Taylor新成立的Gas Powered Games公司所开发。
本作的游戏背景设定在公元37世纪，剧情发展的跨度更是长达数百年之久，当时的地球已沦落为银河系强权的一个殖民地，数个世纪后当统治阶级没落时，殖民地呈现出了三大军事派别鼎立的局面，他们是地球联盟、赛伯安（Cybran）民族和永恒联盟，为了成为世界上的霸主，三大军事集团展开了旷日持久的大规模激烈而血腥的攻伐。在游戏中，玩家可以选择身处不同的派别，并从众多精英中挑选一个英雄角色充任“最高指挥官”，运用相当丰富的战略战术手段，谱写一曲波澜壮阔的诗篇。小熊在线www.beareyes.com.cn
玩家将享受前所未有的宏大场景和超多的作战单位混战的波澜战场。地球联盟、赛伯安和永恒联盟是本作中争战不休的三大种族。虽然它们在游戏中的风格和建设系统类似，但是他们实际上却有不同的背景，地球联盟是那种传统意义上旧地球政体联合军事组织，而赛伯安则是把电子技术和人类有机结合，实现了人类电子化的民族，再有就是永恒联盟，他们幸运的从不幸自我毁灭的外星人手中，掌握了非常独特的科技风格。每个种族在游戏的战役部分，都会有很多英雄供玩家选择。
游戏在系统上，基本沿袭了《横扫千军》这一前作，操作上也非常类似。游戏的建筑类别分为三级，同样的，陆海空三军的单位建造场也分为三级。玩家要升级不同的建造场级别，才能得到合适的工程机械人，去建造该等级的建筑，而三级建造机器人还可以建造超级武器和用于生产超级指挥官的工厂。说到指挥官这个单位，它是游戏一开始就提供给玩家的高效建筑和战斗单位，是玩家的象征和主要依赖，它在开始时只能建造初级建筑，但可以以自己的高速建筑能力，帮助其它等级的建筑快速生产。游戏中，玩家可以建造的其它作战单位也很丰富，涵盖陆海空三军，每个派别都号称有八十种以上的作战单位。《最高指挥官》在TA的基础上进一步发展了原有探测系统，它由各种各个级别的雷达声纳和侦察机所构建，使得其的战争模式更为接近于现实战争，突显情报与侦察的重要性。游戏的资源系统基本和《横扫千军》没有区别，简练的双资源系统，电力和矿产，电力来源自玩家的大小发电厂，而矿产来源自玩家在特定地点建立的采矿点。小熊在线www.beareyes.com.cn
技术分析
画面图象
画面是《超级指挥官》的一大卖点，也是本文最为关注的部分。首先，游戏提供了最小5KM*5KM；最大80KM*80KM的超大战场。面对这样大型的地图，加上同屏几百个战斗单位大混战，再加上大量的AI计算跟物理模拟，使得该游戏成为了“头号CPU杀手”。当然也就因为这样才让我们今天的硬件主角——“四核霸主”XQ6700有了用武之地。而游戏中的单位刻画细致，地形使用了法线贴图，表现也很细腻平滑，各种光影和爆炸效果也非常有震撼力。游戏中有很多大比例作战单位和建筑，它们的气势也被很好的烘托了出来。但细节上的表现，并没有被忽略，即便是小型车辆的运行，或者火炮退膛这样的细节，也被表现的很好。而整体而言，游戏的图像效果是烘托千军万马的大场面战斗，后期也经常会出现大军团的战斗或大型单位横扫千军的镜头。更令人兴奋的是，游戏公司还将推出补丁添加对DirectX 10以及shader Model 4.0的支持，使得游戏画面和效能再度提高。值得一提的是，《超级指挥官》还是第一个支持双显示器的即时战略游戏，而控制面板的位置也可以调整，这点对宽屏用户来说是十分体贴的，可以将控制面板移动到侧面。小熊在线www.beareyes.com.cn
在进行测试之前，我们先来看一下游戏的图象选项：
游戏的图象选项不是特别丰富
Fidelity
该选项类似于其它游戏的shader细节选项，控制着所有shader特效的细节，包括地形、水面等物体的反射、折射、镜面高光等效果。小熊在线www.beareyes.com.cn
水面、物体表面等反光效果均属于Fidelity选项控制
Shadow Fidelity
该选项控制着物体阴影的质量，对性能影响相当大。开到最高阴影还带有柔和化效果，因此对于显卡比较依赖。小熊在线www.beareyes.com.cn
最高阴影设置下所有的物体都有逼真的柔和阴影
技术分析（续）
Anti-Aliasing
此项为抗锯齿。小熊在线www.beareyes.com.cn
Texture Deitail
该选项控制贴图质量，由于该游戏场景相当巨大，对于贴图的需求量也要比一般游戏来得高。更高的贴图细节可以带来更清晰的画面，但是对内存显存的要求会特别高。小熊在线www.beareyes.com.cn
Level of Detail
该选项控制场景的远景细节度，调得越高远景就越加精细，对于机器的要求也就越高。小熊在线www.beareyes.com.cn
镜头拉近之后物体的细节非常精细
不过令我们最感兴趣还是该作在CPU利用上的设计，根据游戏开发者的说法，在《超级指挥官》里CPU的运算任务极其繁重：不仅需要绘制成千上万个战斗单元，而且每个单元的高级AI、路径寻找等繁重的计算任务都要由CPU来承担。更特别的是，《超级指挥官》在“真实模拟”部分（包括物理、攻击命中、角色动画等）全部采用算术算法即时演算。相比之下，其它大部分RTS游戏处理这方面的时候通常采用“表格查询”或者“随机掷骰”等方式来决定，而且角色动画也是非常虚假。小熊在线www.beareyes.com.cn
测试平台与测试方法
测试平台与测试方法
测试平台：
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硬 件 测 试
平 台 |
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处理器 |
Intel Core 2 Extreme QX6700 2.66 4MB×2 L2 Cache |
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主板 |
ASUS R.O.G Striker Extreme |
NVIDIA nForce 680i SLI |
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显卡 |
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内存 |
威刚 DDR2-800 1024MB×4 Dual
Channel 4GB DDR2 Memory |
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硬盘 |
Seagate 7200.10 320G |
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软 件 测 试
平 台 |
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操作系统 |
Windows XP Professnal SP2/Vista 32bit |
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显示驱动 |
NVIDIA ForceWare 100.65 WHQL |
AMD 催化剂 7.2 |
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DirectX版本 |
DirectX 9.0C |
测试须知：
《超级指挥官》自带一个benchmark，只需在游戏执行的快捷方式后加“/map Perftest”，如“SupremeCommander\bin\Supremecommander.exe /map Perftest”，进入游戏之后就会自动加载benchmark地图进行测试。不过游戏自带的测试地图比较简单，无法很好体现四核CPU的优势。好在该游戏还带有录像功能，因此我们特别为这次测试录制了一段新测试DEMO。小熊在线www.beareyes.com.cn
本次测试选取81x81km的Betrayal Ocean地图，这地图是《最高指挥官》最大的地图之一。由于本测试的主要目的是测试多核心CPU，所以我们在地图上开启了三个最高难度的Tech AI，外加一个Balanced AI跟一个 Challenge AI。并在游戏后期进行DEMO录制，每方将会有数百数量的单位，处理它们的寻路和事件反应将会耗费大量的CPU资源，而我们本次测试的目的就是想看看在这种高CPU资源需求的情况下四核CPU有何优势。另外，所有画面设置都为最高，并打开4XAA 16XAF。小熊在线www.beareyes.com.cn
由于我们的测试目的只在CPU性能上，因此我们原本只准备了一套顶级的8800GTX平台。然而不幸的是，目前NV的Vista驱动在运行该游戏时相当不稳定，不仅性能比XP低很多，而且还经常无故跳出桌面，即使打上游戏最新的补丁也于事无补。由于Vista系统对于线程化处理的支持度要比XP高出不少，因此为了更好测试出多核CPU在该游戏的性能优势，我们又添加了一套1950XTX的平台。目前ATI的Vista驱动要比NV的来得成熟稳定。小熊在线www.beareyes.com.cn
值得一提的是，主办方面我们采用了华硕（ASUS）R.O.G系列的Striker Extreme nForce680i SLI主板（NVIDIA nForce 680i SLI/Socket 775）。该主板允许我们在BIOS里逐个屏蔽核心，因此可以方便地测试不同核心下的性能表现。小熊在线www.beareyes.com.cn
8800GTX Vista 测试结果
8800GTX Vista 测试结果
虽然我们的8800GTX在Vista下跑《超级指挥官》稳定性问题严重而且性能不济，但我们最终还是决定把测试数据发出来。从测试结果来看，虽然受到GPU性能的一定影响，但核心数目对于该游戏的性能影响还是相当惊人的！可以看到四核相对于双核基本上有50％的性能提升，而单核到双核也有相近幅度的提升。下面我们再来看一下XP下的表现。小熊在线www.beareyes.com.cn
8800GTX XP 测试结果
8800GTX XP 测试结果
在XP上，8800GTX的表现终于回复正常水平，可以看到，在高分辨率下总体性能相比Vista有了大幅的提高。不过在CPU方面，不同核心数目间的性能差距似乎没有Vista下来的明显，由于Vista在处理多线程任务方面要比XP更为成熟出色，因此这种情况也是在意料之中。为了更加准确详尽地测试多核CPU对该游戏的性能影响，我们再来看看ATI平台方面的表现。小熊在线www.beareyes.com.cn
X1950XTX Vista测试结果
X1950XTX Vista测试结果
目前ATI的Vista驱动的确比NV驱动的表现更为稳定出色。我们在VISTA下测试相当顺利。为了避免GPU成为瓶颈，考虑到1950XTX的性能，我们在比较低的分辨率下进行测试。从测试结果来看，跟88GTX的测试类似，CPU核心数目同样对性能具有非常大的影响。四核到双核的差距某些情况下甚至超过了50％。而单核到双核也有40％左右的性能提升，结果相当令人满意。最后在来看一下ATI平台在XP下面是否也有这么大性能差距。小熊在线www.beareyes.com.cn
X1950XTX XP 测试结果
X1950XTX XP 测试结果
可以看到，ATI平台在XP下的总体性能不如VISTA，这在前面我们已经解释过了，主要是由于XP在处理多线程任务不如Vista所致。当然，ATI优秀的催化剂驱动也功劳不小。不过，从双核升级到四核仍然有巨大的性能提升。小熊在线www.beareyes.com.cn
核心占用率分析测试
核心占用率分析测试
最后我们再来看一下Windows任务管理器里的CPU核心资源占用率记录，看看在运行《超级指挥官》的时候每个核心的资源利用率怎么样，看看首款支持四核的游戏是否充分利用了每一个核心的资源。根据游戏制作人的说法，《超级指挥官》在双核处理器上一个核心负责图形渲染工作；而另一个核心则负责模拟计算工作。而在四核上则为多出来的两个核心分配音效处理线程跟显卡驱动管理线程。不过实际是否属实还有待我们进一步验证。小熊在线www.beareyes.com.cn
首先我们来看一Windows Vista跟XP在CPU利用率方面是否存在差距。就像之前的测试所说的，为了避免不成熟显卡驱动的影响，我们仍然以ATI的测试平台为主要测试目标。另外，为了避免显卡成为瓶颈让CPU资源闲置，我们采用了较低的1024×768分辨率，至于其它图象设置则为最高。我们现在后台运行Windows任务管理器，然后进行游戏，当成千上百个战斗单元在80KM*80KM的地图上进行混战时，我们切换回桌面查看任务管理器里记录的CPU资源占用率情况。小熊在线www.beareyes.com.cn
Vista下任务管理器记录的CPU占用情况
XP下任务管理器记录的CPU占用情况
可以看到，四核CPU在Vista下要比XP更加高效。上图显示Vista是个核心的资源都得到比较均匀的利用。虽然只有第一个核心的占用率接近百分之百，其它几个核心的利用率都在50％左右，但相对XP第二跟第四个核心的占用率只有15％～35％左右，Vista在多线程处理上显然要成熟许多。不过，这也说明《超级指挥官》把大部分的任务都交给第一个核心来处理，而其它几个核心只是作为辅助而已，显然多核CPU的资源优化利用还有很多提升的空间，预计未来更为成熟的软件还可以进一步加大多核心的优势。小熊在线www.beareyes.com.cn
另外我们还查看了双核的表现，结果跟四核的情况相似，Vista的CPU利用率要比XP高效。值得一提的是，Vista的内存占用率要比XP高出许多，XP总算是扳回了一局。小熊在线www.beareyes.com.cn
结语
结语
在这个GPU急速发展的时代，发展相对CPU缓慢的CPU显得暗淡无光，以致于玩家在面对“吃机”游戏面前往往只考虑到显卡。然而事实上只有当你的“心”足够强健的时候，才能避免瓶颈产生，发挥显卡或者说整机的真正实力！否则就算空有一块顶级显卡也是白搭！而我们上面对《超级指挥官》的测试也完全证实了这一点，不难看出单核CPU已经很难满足《超级指挥官》这类需要处理大量模拟运算跟AI运算的RTS游戏，可以预见双核将是这类游戏的入门配置。而四核甚至更多核心的CPU的实力也将逐渐显露出来。
而随着Intel与AMD在多核道路上越走越远，四核CPU也开始得到推广，在这个多核主导的年代，越来越多的游戏将要求我们需要装备“数颗”强健的心！比如在去年的IDF（Intel开发者论坛）大会上，就已经有多个大牌游戏开发商跟数款游戏大作宣布支持四核CPU。其中Remedy Entertainment甚至声称他们的下一步大作——《Alan Wake》将很难在单核CPU上运行，玩家至少需要一颗支持超线程的P4来运行这款游戏。据说该游戏将采用五个线程分别处理图形渲染、音效、流式数据、物理跟地形拚嵌。而其中物理模拟将采用Havoc engine，这部分的运算将消耗一个核心80％的资源！！因此可以预见没有双核以上的CPU跑这个游戏将会很难看。另外，大名鼎鼎的《半条命》生父Valve也正式宣布他们的Source引擎将全面支持四核CPU。Valve不仅解释了多核心的好处，而且还显示了几个benchmark DEMO，其中“例子模拟”Benchmark用四核比单核要快近4倍！！显然，要想保证未来的游戏YY体验够流畅、够愉快，一颗四核CPU已经是必不可少！
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小熊在线——WolStame 北京 2007年04月10日 |
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