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至いたり强きょう融とおる核かく

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（重定しげさだ向こう自じIntel Xeon Phi）
集成しゅうせい众核架か构 (MIC)
設計せっけい公司こうしIntel
指令しれい集しゅう架か構設計けい策略さくりゃく扩展了りょうx86/x64的てき众核设计
通用つうよう暫存器きx86-64寄よせ存そん器き
浮點寄よせ存そん器き512位いSIMD向むかい量りょう寄よせ存そん器き

至いたり强きょう融とおる核かく（Xeon Phi）协处理り器き，是これ首しゅ款英えい特とく尔集成しゅうせい众核（Many Integrated Core，MIC）架か构产品ひん。[1]用作ようさく高性能こうせいのう计算（HPC）的てき超ちょう级计算さん机つくえ或ある服ふく务器的てき加速かそく卡。最多さいた72個こ处理器き核心かくしん，每まい個こ核心かくしん擁よう有ゆう4個こ超ちょう線せん程ほど，最多さいた288個こ線せん程ほど，超ちょう線せん程ほど無法むほう關せき閉。与あずか之これ竞争的てき是ぜGPGPU（通用つうよう图形处理器き）在ざいHPC領域りょういき应用的てき普及ふきゅう。英えい特とく尔至强きょう融とおる核かく协处理り器き提供ていきょう了りょう类似于英特とく尔至强きょう处理器き编程环境的てき通用つうよう编程环境。多た个英特とく尔至强きょう融とおる核かく协处理り器き可か安あん装そう在ざい单个主ぬし机つくえ系けい统中，这些协处理り器き可か通どおり过 PCIe 对等互连相互そうご通信つうしん，不ふ受主机つくえ的てき任にん何なに干ひ扰。

历史

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前身ぜんしん

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前身ぜんしん为2006年ねん[2]英えい特とく尔宣布せんぷ的てき研とぎ发产品ひんLarrabee的てき众核架か构（many core architecture），这是基もと于P5微ほろ架か构内核かく，每まい核かく4路ろ超ちょう线程，512位いSIMD，内部ないぶ环形数すう据すえ总线，扩展的てき高速こうそく缓存一致いっち性せい的てき众核系けい统。Larrabee用よう于GPU产品的てき开发于2010年ねん5月がつ终止。[3]

2009年ねん开始的てき英えい特とく尔的Single-chip Cloud Computer（英えい语：Single-chip Cloud Computer）多核たかく微ほろ处理器き原型げんけい，[4]这是用よう于云计算数すう据すえ中心ちゅうしん在ざい单芯片へん上部じょうぶ署しょ多核たかく（原型げんけい为48核かく），硬かた件けん支持しじ对每核かく的てき频率与あずか电压控ひかえ制せい以最大さいだい化か能のう耗效用よう，还有mesh网络用よう于片间通信つうしん。该设计缺乏けつぼう高速こうそく缓存一致いっち性せい内ない核かく，主要しゅよう用よう于使设计适用于很多核たかく的てき情じょう形がた。[5]

2007年ねん披露ひろう的てきTeraflops Research Chip（英えい语：Teraflops Research Chip）研究けんきゅう项目[6]是ぜ片へん上じょう80核かく，每まい核かく2套浮点てん单元，非ひx86实现而是96位い超ちょう长指令れい字じ架か构。[7]该项目め研究けんきゅう了りょう核かく间通信つうしん方法ほうほう、片上かたがみ能のう耗管理かんり，获得了りょう1.01 TFLOPS在ざい3.16 GHz功こう率りつ62 W。[8][9]

至いたり强きょう融とおる核かく的てき原型げんけいKnights Ferry

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英えい特とく尔 集成しゅうせい众核（Many Integrated Core，MIC）原型げんけい板ばん，命名めいめい为Knights Ferry于2010年ねん5月がつ31日にち发布。该产品ひん源げん于Larrabee项目与あずか英えい特とく尔其他た研究けんきゅう包括ほうかつ Single-chip Cloud Computer。[10][11]

该产品ひん在ざい一いち块PCIe板ばん上布じょうふ设了有ゆう序じょ的てき32颗1.2 GHz处理器き核心かくしん，每まい核かく4线程，2 GB GDDR5板いた上内うえうち存そん，[12]，8 MB coherent L2高速こうそく缓存（每まい核かく256 KB以及32 KB L1代だい码高速そく缓存，32 KB L1数すう据すえ高速こうそく缓存），功こう耗~300 W,[12]，使用しよう45 nm制せい程ほど。[13]板いた上じょう的てきAubrey Isle内うち核かく控ひかえ制せい 1,024位い宽的环形总线（双そう向こう512位い）连接各かく核かく与あずか主おも内ない存そん。[14]单板性能せいのう超ちょう过750 GFLOPS。[13]原型げんけい板ばん仅支持しじ单精度せいど浮点数すう指令しれい。[15]

最初さいしょ用よう户包括ほうかつ歐おう洲しゅう核かく子こ研究けんきゅう組織そしき，韓国かんこく科學かがく技術ぎじゅつ情報じょうほう研究けんきゅう院いん（英えい语：Korea Institute of Science and Technology Information）与あずか莱布尼あま兹超级计算さん中心ちゅうしん（英えい语：Leibniz Supercomputing Centre）。硬かた件けん厂商包括ほうかつIBM, SGI, HP, Dell等とう。[16]

第だい一いち代だい產品さんぴん

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第だい一批至强融核的研发代號為Knights Corner，2011年ねん公布こうふ，使用しよう22纳米制せい程ほど与あずか3维三栅极结构晶体管。[10][13]继承了りょうLarrabee的てき每まい核かく4路ろSMT线程，512位いSIMD单元，32KB L1 指令しれいcache，32KB L1数すう据すえcache，一致いっち的てきL2cache（每まい核かく512 KB），每まい个核心こころ专用的てき二级高速缓存由全局分布的 (global-distributed) 标签目め录（TD）保持ほじ完全かんぜん一致いっち；16套内存そん控ひかえ制せい器き均ひとし匀分布ぶんぷ在ざい环上，连接片上かたがみ的てきGDDR5内うち存そん；PCIe客きゃく户端逻辑通どおり过PCIe IO部ぶ件けん连接主ぬし机つくえ内ない存そん；所有しょゆう这些组件都みやこ由ゆかり带宽极高的てき双そう向こう环形总线互连在ざい一起かずき，其中数すう据すえ环是单向512位い带宽，还有双そう向むこう的てき地ち址し环（发送读/写うつし命令めいれい和わ内ない存そん地ち址し）与あずか确认环（发送流りゅう控ひかえ制せい和わ一致いっち性せい消息しょうそく），由ゆかり于模拟实验证实地址し环与确认环会在ざい32个核心こころ并行时饱和わ，最さい终设计是在ざい每まい个方向ほうこう使用しよう2个地址し环和2个确认环。英えい特とく尔众核かく架か构的计算核心かくしん是ぜ基もと于修改版かいはん的てきP54C设计，最初さいしょ用よう于Pentium（即そく80586），指令しれい流水りゅうすい顺序执行，提供ていきょう4路ろ超ちょう线程，该x86架か构的电路实现只ただ占うらない内ない核かく面めん积的2%。[17]这利用よう了りょうx86的てき技わざ术创造づくり了りょうx86兼けん容よう的てき多核たかく架か构可利用りよう已やめ有ゆう的てき并行软件工具こうぐ。[13]至いたり强きょう融とおる核かく协处理り器き核心かくしん的てき一个重要组件是矢量处理单元 (VPU)，包括ほうかつ一いち种新型がた的てき512位いSIMD指令しれい集しゅう，其正式しき名称めいしょう为英特とく尔® 初はつ始はじめ众核指令しれい集しゅう（英えい特とく尔® IMCI）。VPU每まい周期しゅうき可か执行16路ろ单精度ど或ある8路ろ双そう精度せいど浮点运算。VPU还支持しじ融合ゆうごう乘じょう-加か (FMA) 指令しれい，还可提供ていきょう整数せいすう支持しじ。VPU 还包括ほうかつ扩展数学すうがく单元 (EMU)，它可执行超越ちょうえつ运算，如倒数すう、平方根へいほうこん和わ对数，从而支持しじ高だか带宽矢や量りょう式しき执行这些运算。EMU 通どおり过计算さん这些函数かんすう的てき多た项式近似きんじ值进行ぎょう运算。

L2高速こうそく缓存的てき一致いっち性せい问题：当とう某ぼう个核心こころ访问它的L2高速こうそく缓存发现缺かけ失しつ时，地ち址し请求会かい通どおり过地址し环形总线发送至いたり各かく核心かくしん的てき标签目め录（distributed Tag Directory）。每まい个核心こころ及标签目录通过一个总线控制器（ring stop）与あずか环形总线项连。如果请求的てき数すう据すえ块位于另一いち个核心的しんてきL2高速こうそく缓存中ちゅう，那な么转发请求もとめ会かい通どおり过地址し环形总线发送至いたり该核心的しんてきL2高速こうそく缓存，随ずい后きさき在ざい数すう据すえ环形总线上じょう传输该数据すえ块给发出请求的てき核心かくしん的てきL2高速こうそく缓存。如果请求的てき数すう据すえ并未存在そんざい于任何なん核心かくしん的てきL2高速こうそく缓存中ちゅう，那な么最初さいしょ的てき核かく心こころ将はた请求的てき内ない存そん地ち址し发送给协处理器き的てき各かく个内存そん控ひかえ制せい器き。

电源管理かんり：一いち个核心的しんてき4条じょう超ちょう线程全部ぜんぶ停止ていし，该核心こころ立たて即そく进入C1节电状じょう态；在任ざいにん何なん时间，都と可か关闭或ある开启任意にんい数量すうりょう核心かくしん的てき电源。当とう所有しょゆう核心かくしん未み检测到活かつ动，标签目め录、互连、二级高速缓存和内存控制器都转入节电状态C6。主しゅ机つくえ驱动程ほど序じょ可か让该协处理り器き处于更さら深度しんど的てき睡眠すいみん状じょう态或空そら闲状态，其中所有しょゆう非核ひかく心しん的てき电源开启，GDDR 处于自我じが刷新さっしん模も式しき，PCIe 逻辑处于唤醒的てき等とう待まち状じょう态，GDDR-IO部ぶ件けん的てき功こう耗极低ひく。

程ほど序じょ设计工具こうぐ包括ほうかつOpenMP，OpenCL[18]。Cilk/Cilk Plus与あずか英えい特とく尔的专门版ばん的てきFortran, C++编译器き[19]与あずか数学すうがく库。[20]Knights Corner指令しれい集しゅう的てき文ぶん档可从英特とく尔网站获得とく。[21][22][23]

不ふ計けい客きゃく户定製せい化か產品さんぴん，至いたり强きょう融とおる核かく第だい一いち代だい共有きょうゆう3100/5100/7100等とう型がた號ごう，分別ふんべつ有ゆう57/60/61個いっこ核心かくしん及6GB/8GB/16GB的てき片上かたがみGDDR5記き億おく體たい，1 TFlops/1.01 TFlops/1.2TFlops双そう精度せいど浮点计算，240/320/352 GB/sec的てき内うち存そん带宽，300W/225W/300W的てきTDP功こう耗。[24][25][26]每まい款型號ごう按散熱ねつ器き的てき不同ふどう，包括ほうかつ主動しゅどう式しき、被ひ動どう式しき和わ沒ぼつ有ゆう散ち熱ねつ器き，主動しゅどう式しき（A）指ゆび有風ゆうふう扇おうぎ，被ひ動どう式しき（P）則のり只ただ有ゆう一塊很大的散熱片，沒ぼつ有ゆう散ち熱ねつ器き（X）需要じゅよう配合はいごう水冷すいれい使用しよう。

研究けんきゅう者しゃ的てき评测表明ひょうめい，至いたり强きょう融とおる核かく发挥其计算さん效力こうりょく需要じゅよう简单的てき数すう据すえ结构与高度こうど并行；如果编译器き驱动的てき并行或ある向こう量りょう化か失しつ败，则难以在至いたり强きょう融とおる核かく上じょう编程。[27]

2011年ねん6月がつ，SGI宣布せんぷ利用りよう英えい特とく尔的众核架か构开发高性能せいのう计算产品。[28]

2011年ねん9月がつ，得とく克かつ萨斯先さき进计算さん中心ちゅうしん (TACC)（英えい语：Texas Advanced Computing Center）宣布せんぷ用ようKnights Corner加速かそく卡建成なり了りょう10 petaFLOPS "Stampede"超ちょう级计算さん机つくえ，提供ていきょう8 petaFLOPS计算能力のうりょく。[29]该超级计算さん机つくえ还将使用しよう下か一いち代だい的てきKnights Landing众核加速かそく卡把峰ほう值计算さん速度そくど提ひさげ升ます为至少しょう15 PetaFLOPS"。[30][31]

2012年ねん6月がつ18日にち在ざい汉堡召开的てき国くに际超级计算さん大会たいかい（英えい语：International Supercomputing Conference）上うえ，英えい特とく尔宣布せんぷ把わ众核架か构的系列けいれつ处理器き家族かぞく的てき商品しょうひん名めい为英えい特とく尔志强きょう融とおる核かく。[32][32][33][34][35][36][37][38]

The Xeon Phi uses the 22 nm process size.[24][25][26]The Xeon Phi 3100 will be priced at under US$2,000 while the Xeon Phi 5110P will have a price of US$2,649 and Xeon Phi 7120 at US$4129.[24][25][26] On June 17, 2013, the Tianhe-2 supercomputer was announced[39]by TOP500 as the world's fastest. It uses Intel Ivy Bridge Xeon and Xeon Phi processors to achieve 33.86 petaFLOPS.

2012年ねん11月12日にち，英えい特とく尔正式しき宣布せんぷ至いたり强きょう融とおる核かく产品在ざい2013年ねん上じょう半年はんとし开始上市うわいち销售，5100P售价2149$，3100售价2000$。具有ぐゆう类似CPU的てき编程能力のうりょく，可か使用しよう与あずか其他英えい特とく尔至强きょうE5处理器き的てき编程语言、开发工具こうぐ、技わざ术与并行模型もけい。[24][25][26][40]在ざい绿色500强きょう列れつ表ひょう中ちゅう使用しよう该产品ひん的てき一个系统成为最有功率效能的计算机。[41][42][43]

2012年ねん6月がつ5日にち，英えい特とく尔发布ぬの了りょう关于Knights Corner的てき开源软件与あずか文ぶん档。[44]

2012年ねん6月がつ，Cray公司こうし宣布せんぷ在ざいCascade系けい统上使用しよう22 nm制せい程ほど的てきKnight's Corner加速かそく卡。[45][46]

2012年ねん6月がつ，ScaleMP（英えい语：ScaleMP）发布了りょう使用しようKnight's Corner的てき虚きょ拟化软件，允まこと许Knight's Corner执行老ろう的てきMMX/SSE指令しれい并访问无线的主ぬし机つくえ内ない存そん。[47]

2013年ねん6月がつ，国家こっか超ちょう级计算さん广州中心ちゅうしん发布天てん河かわ二に号ごう成なり为世界かい最さい快かい的てき超ちょう级计算さん机つくえ。[39]使用しよう了英りょうえい特とく尔的Ivy Bridge 微ほろ架か构的至いたり强きょうE5 2692v2型がた号ごう的てき12核かく处理器き与あずか至いたり强きょう融とおる核かく31S1P的てき57核かく协处理り器き，获得了りょう33.86 petaFLOPS。[48]

產品さんぴん列れつ表ひょう

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Xeon Phi
X100 系列けいれつ 		訂てい購代碼 核心かくしん數すう
(執行しっこう緒いとぐち)
 時どき脈みゃく (MHz) L2
快かい取と 		記憶きおく體たい 雙そう精度せいど浮點運算うんざん效能こうのう峰ほう值(GFLOPS) TDP
(W) 		散ち熱ねつ方式ほうしき 封ふう裝そう方式ほうしき 發表はっぴょう時間じかん 發はつ售價格かかく(美び金きん)
基礎きそ時じ脈みゃく Turbo時じ脈みゃく 系統けいとう 通つう道どう數すう 頻しき寬ひろし(GB/s)
Xeon Phi 3110X[49] SE3110X 061 (244) 1053 - 30.5 MB 06 GB
GDDR5 ECC
 6x
Dual Channel
 240 1028 300 Bare Board PCIe 2.0 x16 Card ??? ???
08 GB 8x 320
Xeon Phi 3120A （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[50] SC3120A 057 (228) 1100 - 28.5 MB 06 GB 6x 240 1003 300 Fan/Heatsink June 17, 2013 $1695
Xeon Phi 3120P （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆） [51] SC3120P 057 (228) 1100 - 28.5 MB 06 GB 6x 240 1003 300 Passive Heatsink June 17, 2013 $1695
Xeon Phi 31S1P[52] BC31S1P 057 (228) 1100 - 28.5 MB 08 GB 8x 320 1003 270 Passive Heatsink June 17, 2013 $1695
Xeon Phi 5110P （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[53] SC5110P 060 (240) 1053 - 30,0 MB 08 GB 8x 320 1011 225 Passive Heatsink Nov 12, 2012 $2649
Xeon Phi 5120D （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[54] SC5120D 060 (240) 1053 - 30,0 MB 08 GB 8x 352 1011 245 Bare Board SFF 230-Pin Card June 17, 2013 $2759
BC5120D
Xeon Phi SE10P[55] SE10P 061 (244) 1100 - 30.5 MB 08 GB 8x 352 1074 300 Passive Heatsink PCIe 2.0 x16 Card Nov. 12, 2012 ???
Xeon Phi SE10X[56] SE10X 061 (244) 1100 - 30.5 MB 08 GB 8x 352 1074 300 Bare Board Nov. 12, 2012 ???
Xeon Phi 7110P[57] SC7110P 061 (244) 1250 ??? 30.5 MB 16 GB 8x 352 1220 300 Passive Heatsink ??? $5399 ?
Xeon Phi 7110X[58] SC7110X 061 (244) 1250 ??? 30.5 MB 16 GB 8x 352 1220 300 Bare Board ??? $5399 ?
Xeon Phi 7120A （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[59] SC7120A 061 (244) 1238 1333 30.5 MB 16 GB 8x 352 1208 300 Fan/Heatsink April 6, 2014 $4235
Xeon Phi 7120D （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[60] SC7120D 061 (244) 1238 1333 30.5 MB 16 GB 8x 352 1208 270 Bare Board SFF 230-Pin Card March ??, 2014 $4235
Xeon Phi 7120P （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[61] SC7120P 061 (244) 1238 1333 30.5 MB 16 GB 8x 352 1208 300 Passive Heatsink PCIe 2.0 x16 Card June 17, 2013 $4129
Xeon Phi 7120X （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[62] SC7120X 061 (244) 1238 1333 30.5 MB 16 GB 8x 352 1208 300 Bare Board June 17, 2013 $4129

第だい二に代だい产品

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第だい二代至强融核的研发代號Knights Landing，[30]使用しよう14 nm制せい程ほど（英えい语：14 nanometer），2013年ねん6月がつ17日にち公布こうふ。[48]有ゆう两种形式けいしき：协处理り器き与あずか主しゅ处理器き。Knights Landing最多さいた有ゆう72颗Airmont（英えい语：Airmont (microarchitecture)）(Atom)内ない核かく，每まい核かく4线程，[63][64]最大さいだい支持しじ384 GB of DDR4 RAM与あずか8–16 GB of stacked 3D MCDRAM。每まい核かく有ゆう2个512位い向むこう量りょう单元，支持しじAVX-512F (AVX3.1) SIMD指令しれい与あずか英えい特とく尔AVX-512 Conflict Detection Instructions (CDI), Intel AVX-512 Exponential and Reciprocal Instructions (ERI), Intel AVX-512 Prefetch Instructions (PFI), 以及全ぜん套的x86指令しれい集しゅう除じょ了りょうTransactional Synchronization Extensions（英えい语：Transactional Synchronization Extensions）指令しれい。[65]Knights Landing的てきTDP为160至いたり215 W。

產品さんぴん列れつ表ひょう

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Xeon Phi
7200 系列けいれつ 		訂てい購編號ごう 核心かくしん數すう
(執行しっこう緒いとぐち) 		時どき脈みゃく (MHz) L2
快かい取と 		記憶きおく體たい 雙そう精度せいど浮點運算うんざん效能こうのう峰ほう值 TDP
(W) 		腳位 發表はっぴょう時間じかん 產品さんぴん編へん號ごう 發はつ售價格かかく(美び金きん)
基礎きそ時じ脈みゃく Turbo時じ脈みゃく 類型るいけい 頻しき寬ひろし(GB/s)
Xeon Phi 7210 （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[66] SR2ME (B0) 64 (256) 1300 1500 32 MB
16 GB 8-Channel 3D MCDRAM;
384 GB 6-channel DDR4-2133
400+ GB/s MCDRAM; 102,4 GB/s DDR4
 2662
GFLOPS 		215
SVLCLGA3647
 June 20,
2016 		HJ8066702859300 $2438
SR2X4 (B0)
Xeon Phi 7210F （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[67] SR2X5 (B0) 230 HJ8066702975000 $2707
Xeon Phi 7230 （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[68] SR2MF (B0) 215 HJ8066702859400 $3710
SR2X3 (B0)
Xeon Phi 7230F （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[69] SR2X2 (B0) 230 HJ8066702269002 $4039
Xeon Phi 7250 （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[70] SR2MD (B0) 68 (272) 1400 1600 34 MB 3046
GFLOPS[71] 		215 HJ8066702859200 $4876
SR2X1 (B0)
Xeon Phi 7250F （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[72] SR2X0 (B0) 230 HJ8066702268900 $5260
Xeon Phi 7290 （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[73] SR2WY (B0) 72 (288) 1500 1700 36 MB 3456
GFLOPS 		245 HJ8066702974700 $6254
Xeon Phi 7290F （页面存そん档备份，存そん于互联网档案あん馆）[74] SR2WZ (B0) 260 HJ8066702975200 $6703

第だい三さん代だい产品

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第だい三代众核产品的代号为Knights Hill，英えい特とく尔在超ちょう级计算さん14（SC14）上じょう首くび次じ发布细节。采さい取と14 nm制せい程ほど，包含ほうがん60至いたり72颗基于Silvermont Atom改あらため进版的てき核心かくしん，每まい核かく4路ろ超ちょう线程。 intel Phi 已やめ停とま產さん。[75]2017年ねん上市かみいち销售。(沒ぼつ上市うわいち)(2019/1/10)

竞争产品

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参まいり见

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参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ Timothy Prickett Morgan. Intel slaps Xeon Phi brand on MIC coprocessors. theregister.co.uk. June 18, 2012 [July 6, 2014]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2015-02-05）. 
  2. ^ Charlie Demerjian, New from Intel: It's Mini-Cores!, www.theinquirer.net (The Inquirer), July 3, 2006 [2015-02-05], （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-27） 
  3. ^ Ryan Smith, Intel Kills Larrabee GPU, Will Not Bring a Discrete Graphics Product to Market\, www.anandtech.com (AnandTech), May 25, 2010 [2015-02-05], （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-06-20） 
  4. ^ Tony Bradley, Intel 48-Core "Single-Chip Cloud Computer" Improves Power Efficiency, www.pcworld.com (PCWorld), December 3, 2009 [2015-02-05], （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-27） 
  5. ^ Intel Research : Single-Chip Cloud Computer, techresearch.intel.com (Intel), [2015-02-05], （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-04-20） 
  6. ^ Ben Ames, Intel Tests Chip Design With 80-Core Processor, www.pcworld.com (IDG News), February 11, 2007 [2015-02-05], （原始げんし内容ないよう存そん档于2012-01-17） 
  7. ^ 存そん档副本ふくほん. [2015-08-27]. （原始げんし内容ないよう存そん档于2015-02-05）. 
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