Core i7平台技术解析

作者: 颜世宗

责任编辑: 阚智

来源: 网吧世界

时间: 2008-12-16 14:40

关键字: Core i7平台技术解析

2008年11月18日,众所期待的英特尔Core (酷睿)i7终于正式闪亮登场了。Core i7是英特尔首颗原生4核心甚至原生8核心处理器,相比Core 2,在功耗不变的前提下,Core i7处理器对视频编辑、大型游戏和其它流行的互联网及计算机应用的速度提升30-40%。
英特尔Core i7台式机处理器规格参数
   Core i7 920    Core i7 940    Core i7
Extreme Edition 965
产品编码    BX80601920    BX80601940    BX80601965
制程    45nm    45nm    45nm
接口    LGA 1366    LGA 1366    LGA 1366
晶体管数    7.31亿    7.31亿    7.31亿
核心线程数    4核8线程    4核8线程    4核8线程
主频    2.66GHz    2.93GHz    3.2GHz
二级缓存    4x256KB    4x256KB    4x256KB
三级缓存    8MB    8MB    8MB
内存控制器    三通道DDR3-1066    三通道DDR3-1066    三通道DDR3-1066
TDP    130W    130W    130W
售价    284美元    562美元    999美元

Core i7关键的技术应用
Core i7其实就是此前英特尔一直力推的Nehalem 处理器。早在2006年,在Core 2处理器闪亮登场时,Intel就宣布了每年更新CPU的“Tick-Tock”计划。Tick代表CPU制作工艺上的改进,而Tock则代表CPU架构上的更新。对于Core i7处理器来说,比较关键的技术应用包括有原生四核心设计、全新QPI总线、超线程技术、Turbo Mode内核加速、集成了内存控制器、支持三通道DDR3内存、LGA 1366接口等。
原生四核+全新缓存设计
众所周知,Core 2 Quad系列四核处理器并非原生的四核设计,而是把两个Core 2 Duo处理器封装在一起,通过狭窄的前端总线FSB来通信,数据延迟问题比较严重,综合性能不尽人意。Core i7则采用了原生四核设计,采用先进的QPI(QuickPath Interconnect)总线进行通讯,传输速度是FSB的5倍。在缓存方面也采用了三级内含式Cache设计,L1的设计和Core微架构一样;L2采用超低延迟的设计,每个内核256KB(256x4 KB);L3采用共享式设计,被片上所有内核共享,容量为8MB。
采用了全新QPI总线  
Core i7的Nehalem架构最大的改进在前端总线(FSB)上。随着处理器核心数量的增多,以及更高带宽的DDR3内存加上三通道技术的引入,传统的传输带宽已经完全不能满足要求。AMD早在2003年就推出了HyperTransport高速串行总线,逐渐在高性能运算领域建立了优势。对此,Intel早已耿耿于怀,所以在Core i7总线设计上彻底废弃了传统的并行传输方式,转而采用类似于PCI Express串行点对点传输技术的通用系统接口(CSI),这也就是Intel称之为QuickPath Interconnect(QPI)的总线技术。目前桌面级CPU的QPI总线为1条,服务器级别的Nehalem处理器则会配备2条甚至4条QPI连接。
QPI总线能够有效地提高系统性能。QPI总线可以将处理器的每颗核心分割为独立的小块,每个核心之间也可以通过QPI总线进行连接。其实它和AMD HyperTransport技术类似,也是一种点对点总线,同样具有非常高的带宽。第一批Nehalem处理器使用了20bit的连接位宽,Core i7 Extreme 965的QPI总线数据传输率为6.4GT/s,处理器和北桥之间的带宽为单向12.8GB/s、双向25.6GB/s;Core i7 940/920的速度4.8GT/s,单向9.6GB/s、双向19.2GB/s。而FSB技术在1333MHz下,带宽不过10.6GB/s,只有Core i7 940/920的一半。
集成了内存控制器
Core i7将内存控制器(Integrated Memory Controller)整合到了内部,而不再由北桥芯片控制,支持三通道DDR3内存规格,彻底抛弃DDR2。通过内存控制器设计,Nehalem处理器达到了酷睿2处理器的4倍内存带宽,使得每个核心可以支持最大10个未解决的数据缓存命中失败和总共16个命中失败,比酷睿2的单核心8个和总共14个提高了不少。
Core i7内存控制器能直接与物理存储器阵列相连接,从而极大程度上减少了内存延迟的现象。早在2003年,AMD在 K8中就已经集成了内存控制器,大幅提升了内存性能。而Intel方面则表示由于时机还不适合,即便是2006年推出的Core2处理器,也没有集成内存控制器,所以在内存性能上一直逊色于Athlon 64 X2与Phenom。显然这很不合时宜,因此Intel在Core i7设计中集成了内存控制器。运行在DDR3-1333内存位宽从128位提升到192位,总峰值带宽可以达到32GB/s,是Core 2的2-4倍。用户只要将三条DDR3内存插入三条蓝色的DIMM内存插槽之中,就可以开启三通道。
全新的加速模式
在Core 2时代,即使是运行只支持单核的程序,其他核心仍会全速运行,得不到性能提升的同时,也造成了能源的浪费。Core i7加入了全新的加速模式(Turbo Mode),通过分析当前CPU的负载情况,进行智能核心管理。在系统对处理器性能需求较低的时候,可以自动关闭一些用不上的核心,把能源留给正在使用的核心,并使它们运行在更高的频率,进一步提升性能;相反,需要多个核心时,动态开启相应的核心,智能调整频率。这样,在不影响CPU的TDP情况下,能把核心工作频率调得更高。
Turbo Mode是一种基于Nehalem架构的电源管理技术。在BIOS中,Turbo Mode是默认开启的,通过自动调高CPU的倍频提高性能。在Intel原厂X58主板上,低负载时默认调高1-2个倍频。例如Core i7 920默认频率为2.66G,在Turbo Boost默认是开启的情况下,运行Super PI是以单核2.8G来跑,这样单线程性能也就得到提升。如果游戏只用到一个核心,Turbo Mode就会把其他三个核心自动关闭,把正在运行游戏的那个核心的频率提高,也就是自动超频,在不浪费能源的情况下获得更好的性能。
超线程技术回归
Core i7重新启用了超线程技术(Hyper-Threading,HT),比较Pentium 4的超线程技术,Core i7超线程技术有更大的缓存和更大的内存带宽,更能够有效地发挥多线程的作用。
超线程技术又称为同步多线程技术(Simultaneous Multi-Threading,SMT),这一技术最早出现在130nm的Pentium 4上,可能由于带宽的缘故,实际带来的性能提升并不明显,因此后来的酷睿2处理器直接抛弃了超线程技术。而引入了QPI和集成内存控制器之后的Core i7,带来惊人的带宽,不用再担心传输带宽所产生的瓶颈,所以重新启用了超线程技术。按照Intel的说法,Nehalem的SMT可以在增加很少能耗的情况下,让性能提升20-30%。
完整的SSE4多媒体指令
SSE4.1+SSE4.2组成完整的SSE 4(Streaming SIMD Extensions 4,流式单指令多数据流扩张)指令集,共包含54条指令,其中的47条指令已在45nm的Core 2上实现,称为SSE 4.1。SSE 4.1指令的引入,进一步增强了CPU在视频编码/解码、图形处理以及游戏等多媒体应用上的性能。其余的7条指令在Core i7中也得以实现了,称为SSE 4.2。SSE 4.2是对SSE 4.1的补充,主要针对的是对XML文本的字符串操作、存储校验CRC32的处理等。

主板芯片组洗心革面
Intel每发布一新系列CPU,都推出一新主板芯片组,而这一次因为Core i7封装接口改成了LGA1366,为此量身打造的就是X58 Express芯片组,以及X58系列主板。由于Bloomfield处理器上整合了支持3通道DDR3内存的控制器,X58芯片组的功能简化了不少,最大的亮点就是提供了两片PCI Express 2.0 X16显卡,同时也可以拆分成4x8的配置。该芯片组采用传统的南北桥设计,在北桥芯片与Core i7处理器之间,采用全新的QPI(Quick Path Interconnect)总线连接,带宽高达25.6GB/s。南桥芯片并没有重大更新,搭配了P45时代ICH10家族中的ICH10R,并加入了AHCI,强化了唤醒、管理和安全功能。
在显卡支持方面,X58 Express芯片组支持PCI-E 2.0规范,并首次正式支持NVIDI SLI/Quad SLI以及AMD的CrossFire/Quad CrossFire。目前ODM合作伙伴微星、华硕、技嘉、映泰、富士康、精英等都有X58系列主板上市。与Intel原厂X58主板所不同的是,这些大厂的X58产品都通过NVIDIA授权加入了对SLI的支持。
Intel首款X58主板型号“DX58SO”,代号Smackover,由富士康代工。该主板用料豪华不输一线,但遗憾的是并不支持SLI功能,Intel认为如此可避免加载第三方芯片带来的延迟,并减少成本。这对于追求更高性能和喜欢超频的发烧友来说并不太适用,未来Intel有可能与NVIDIA达成协议,打造具备SLI功能的X58主板。DX58SO采用8层PCB设计,黑色板型,搭配ICH10R南桥。主板CPU供电部分不惜成本,使用了一颗原生6相位PWM控制芯片ADP4000,支持VRD11.1规范,同时搭配大量来自日本化工和富士通的日系固态电容。在电感方面,应用ATI旗舰级显卡上常见的PULSE。同时为了解决处理器超频后供电部分发热问题,主板还在MOSFET上加装了铝制散热片,虽然没有传统的一体化热管式设计豪华,但足以能满足超频后的散热需。
搭配ICH10R南桥,原厂X58提供6组SATA磁盘接口,可以支持RAID-0、1、5、0+1等多种磁盘阵列模式。音频芯片采用ALC889 HD,提供7.1声道的支持,信噪比达到110,网络芯片则采用了WG82567LM,可提供千兆网络传输功能。配备了4条DIMM内存插槽,3条蓝色的插槽支持3通道内存规格,这与大量ODM产品所用的6条插槽的解决方案相比显得更加实用,因为就目前的操作系统来看,3GB(1GB*3)或者是6GB(2GB*3)的搭配方案已经足矣,将插槽缩减可以减少布线难度。而将内存插槽设计在主板最北端,更加贴近CPU,一定程度上还能减少线路的干扰和延迟。提供2个PCI-E X16 2.0显卡插槽,可以支持双16X模式的CrossFire,另外,它还提供了1条开放式的PCI-E X4插槽、2条PCI-E X1插槽和一条PCI插槽,扩展能力不错。主板的I/O接口端提供了2组e-SATA磁盘接口、8组USB 2.0接口、1组千兆网络接口和1组IEEE 1394接口。另外,主板还提供了光纤输出接口和音频输入、输出接口。

Core i7离网吧有多远
Core i7来了,前端总线变QPI了、接口变LGA1366了、内存变三通道了、可以SLI了……英特尔继两年之前基于Core架构的酷睿2处理器发布之后发布的这一杰作,无疑是迄今为止,英特尔最先进、结构最为复杂、性能最强劲的CPU,它将成功跨越45纳米与32纳米两个时代,成为主流PC平台的最佳选择,让英特尔成为无可匹敌的芯片业霸主。
但是全新的Nehalem架构目前还不很成熟。从首批上市的Core i7 965 XE、Core i7 940、Core i7 920三颗Core i7处理器性能测试来看,并非十全十美,最突出的是其游戏性能提升有限,接口兼容性也是一个大问题,同时Core i7本身价格不菲,而X58主板、DDR3内存的价格也过高。对于玩家而言,在半年内购买Core i7,要有勇气承受贬值过半甚至更大的风险。对网吧终端而言,考虑到最佳经营效益,更不值得急于买单。
三通道与游戏性能不佳
虽然Core i7集成了DDR3 三通道内存控制器,但是从实际测试来看,首发的三款Core i7处理器的双通道比单通道性能上的确有不少的提升,但三通道比起双通道提升不明显。而Intel粉丝却认为,这主要是目前软件对于Core i7三通道的不支持、带宽不足等原因所致,但不可否认的是,Core i7的三通道形同鸡肋是不争的事实。另外,作为用户最敏感的游戏性能,Core i7在实际测试中的表现并不不突出,这确实是Core i7的一大硬伤。
X58主板与DDR3内存贵不可及
目前除了一线厂商外,其他厂商大多还没有推出X58主板,市场报价昂贵,例如华硕P6T Deluxe 主板,报价2999元;华硕 P6T Deluxe/OC PALM报价3399元;技嘉 GA-EX58-Extrem报价3299元。用户Core i7平台,仅CPU+主板+内存三项的价格就高达6000元以上。Core i7的最佳搭配是高性价比的DDR3内存,在Intel首批发布的三款Core i7处理器中,Core i7 965 XE可以支持DDR3 1333内存,Core i7 940、Core i7 920则只支持DDR3 1066规格内存。目前不论是DDR3 1066还是DDR3 1333,其价格均不便宜,大致相当于同容量主流DDR2 800内存价格的两倍。例如金士顿 DDR3 1333 2G内存的价格在500元左右,1G价格则为300元左右,为玩家而设计的宇瞻2G DDR3 1066报价竟高达900元。
LGA1366接口兼容性差
采用了LGA 1366接口的Core i7,要比LGA 775A多出越600个针脚,分别用于QPI总线、三条64bit DDR3内存通道等连接。目前除了Intel X58主板之外,其它主流的主板均只能支持LGA775接口,如果用户想升级到Nehalem平台,就不得不抛弃原有的主板、内存。这对于老用户来说,无疑意味着投入更大的升级成本。
更大的麻烦是Core i7将有多种接口设计。据称,Intel将在Nehalem架构上从高端至低端分别开发出五个核心:Bloomfield、Lynnfield、Clarksfield、Havendale、Auburndale,而这五个核心均将采用不同的接口设计。其中,高端Bloomfield采用的是LGA 1366接口;Lynnfield、Clarksfield、Havendale则采用LGA 1160接口;而面向低端市场、整合了GPU的Auburndale将会使用另一种LGA 989接口。如此,必然会给用户升级带来很多麻烦。

总的说,Core i7与X58离网吧还有一段距离,但平台的变更与发展是每一位网吧人员需要关注的,率先登场的Core i7台式机处理器i7-965,i7-940,i7-920,晶体管数已达7.31亿,预计2011年CPU的晶体管数将多达10亿个,每秒可执行1千亿条指令。如此令人目眩的技术提升,给PC玩家带来了前所未有的疾速体验,而对于整个IT产业来说,更具有重大的创新意义。但对网吧和普通PC用户而言,这或许并不是利好。因为CPU的每一次大变革都要引发PC硬件的升级换代,致使网吧和PC用户不得不掏出大把钞票更新旧机器,所以掌握好硬件更新趋势就等于掌握了花钱的节奏,这也正是采购的意义所在。

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