英特尔Nehalem架构Core i7处理器简介
日期:2024-07-19 07:40:19   来源:数据采集转换类

  Intel官方正式确认,基于全新Nehalem架构的下一代桌面处理器将沿用“Core”(酷睿)名称,命名为“Intel Core i7”系列,至尊版的名称是“Intel Core i7 Extreme”系列。而同架构服务器处理器将继续延用“Xeon”名称。至于为什么是“I7”,而不是大多数人认为的“Core 3”,Intel方面还没给出详细的解释,估计意思是Intel的第七代处理器,但2000年推出NetBrust架构的Pentium 4处理器应该是属于第七代产品的,真正解释还是等Intel的回答吧。

  Intel Core i7是一款45nm原生四核处理器,处理器拥有8MB三级缓存,支持三通道 DDR3内存。处理器采用LGA 1366针脚设计,支持第二代超线程技术,也就是处理器能以八线程运行。根据网上流传的测试,同频Core i7比Core 2 Quad性能要高出很多。

  综合之前的资料来看,英特尔首先会发布三款Intel Core i7处理器,频率分别为3.2GHz、2.93GHz和2.66GHz,主频为3.2GHz的属于Intel Core i7 Extreme,处理器售价为999美元,当然这款顶级处理器面向的是发烧级用户。而频率较低的2.66GHz的定价为284美元,约合1940块钱,面向的是普通消费者。新新一代Core i7处理器将于今年第四季度推出。

  9. 微架构优化(支持64-bit模式的宏融合,提高环形数据流监测器性能,六个数据发射端口等等)

  Cache设计:采用三级全内含式Cache设计,L1的设计与Core微架构一样;L2采用超低延迟的设计,每个核心各拥有256KB的L2 Cache;L3则是采用共享式设计,被片上所有核心共享使用。集成了内存控制器(IMC):内存控制器从北桥芯片组上转移到CPU片上,支持三通道DDR3内存,内存读取延迟大幅度减少,内存带宽则大幅度的提高,最多可达三倍。

  快速通道互联(QPI):取代前端总线(FSB)的一种点到点连接技术,20位宽的QPI连接其带宽可达惊人的每秒25.6GB,远超过原来的FSB。QPI最初能够发放异彩的是支持多个处理器的服务器平台,QPI能够适用于多处理器之间的互联。

  我们知道,Core 2 Quad系列四核处理器其实是把两个Core 2 Duo处理器封装在一起,并非原生的四核设计,通过狭窄的前端总线FSB来通信,这样的缺点是数据延迟问题非常严重,性能并不尽如人意。Core i7则采用了原生四核设计,使用先进的QPI(QuickPath Interconnect,下面将进行介绍)总线进行通讯,传输速度是FSB的5倍。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。

  Core i7的改进:采用全新QPI总线的Nehalem架构最大的改进在前端总线(FSB)上,传统的并行传输方式被彻底废弃,转而采用基于PCI Express串行点对点传输技术的通用系统接口(CSI),被Intel称为QuickPath。QuickPath的传输速率为6.4Gbps,这样一条32bit的QuickPath带宽就能达到25.6GB/sec。QuickPath的传输速率是FSB 1333MHz的5倍,前者虽然数据位宽较窄,但传输带宽仍然是后者的2.5倍。由于分别用于双处理器和单处理平台,Gainestown有两条QuickPath,而Bloomfield仅有一条。不难看出,在AMD推出HyperTransport高速串行总线,并逐渐在高性能运算领域建立优势之后,Intel也迎头赶上。若干年前,关于串行传输将一统天下的预言已经变成了现实,我们所要等待的是串行内存何时重返市场。

  内存控制器相信我们大家不会感到陌生,竞争对手AMD早在K8时代CPU已经集成了内存控制器,能大幅度的提高内存性能,而Intel方面则表示由于时机还不合适,因此没有在Core2中使用,现在最新的Core i7终于拥有集成内存控制器IMC(Integrated Memory Controller),能支持三通道的DDR3内存,运行在DDR3-1333,内存位宽从128位提升到192位,这样总共的峰值带宽就能够达到32GB/s,达到了Core 2的2-4倍。处理器采用了集成内存控制器后,它就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。

  超线程技术(Hyper-Threading),最早出现在130nm的Pentium 4上,超线程技术是利用特殊的硬件指令,把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片,让单个处理器都能使用线程级并行计算,进而兼容多线程操作系统和软件,减少了CPU的闲置时间,提高的CPU的运行效率。超线程技术使得Pentium 4单核CPU也拥有较出色的多任务性能,现在通过改进后的超线程技术再次回归到Core i7处理器上,新命名为同步多线程技术(Simultaneous Multi-Threading,SMT)。同步多线程(Simultaneous Multi-Threading,SMT)是2-way的,每核心可以同时执行2个线程。对于执行引擎来说,在多线程任务的情况下,就可以掩盖单个线程的延迟。SMT功能的好处是只需要消耗很小的核心面积代价,就可以在多任务的情况下提供显著的性能提升,比起完全再添加一个物理核心来说要划算得多。比起Pentium 4的超线程技术(Hyper-Threading),Core i7的优势是有更大的缓存和更大的内存带宽,这样就更可以有明显效果地的发挥多线程的作用。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%。

  为什么Core 2没用SMT?很显然,它是能做到的。SMT是在节省电力的基础上增加了性能,而且软件支持的基本的建设也早就有了。有2个可能的原因:一是Core 2可能只有少数的内存带宽和CPU内部带宽来利用SMT获得优势。通常,SMT能够提升内存级并行(memory level parallelism,MLP),但是对于内存带宽慢慢的变成了瓶颈的系统则是个麻烦。而更有可能的原因则是SMT的设计、生效等是很麻烦的,而当初设计SMT是由INTEL的Hillsboro小组主持,而并非是Haifa小组(Core 2是由这个小组负责的)。这样Core 2不使用SMT就避免了冒险。

  Turbo Mode,故名思义,就是加速模式,它是基于Nehalem架构的电源管理技术,通过一系列分析当前CPU的负载情况,智能地完全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,逐步提升性能;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。

  举个简单的例子,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。Core 2时代,即使是运行只支持单核的程序,别的核心仍会全速运行,得不到性能提升的同时,也造成了能源的浪费。Turbo Boost默认是开启的,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。

  超频爱好者也许会想到,Turbo Mode自动提升的那个频率能手动调整吗?若能,不就能利用它进行超频吗?答案是可以的,只要是Exterme Edition CPU,就可以手动调整,好好利用,新的超频方式从此诞生。

  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,逐渐增强了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,主要是针对的是对XML文本的字符串操作、存储校验CRC32的处理等。