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InterCorei7處理器

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Intel Core i7是一款45nm原生四核處理器,處理器擁有8MB三級緩存,支持三通道 DDR3內存。處理器採用LGA 1366針腳設計,支持第二代超線程技術,也就是處理器能以八線程運行。

1 InterCorei7處理器 -簡介

  基於Nehalem架構的下一代桌面處理器沿用「Core」(酷睿)名稱,

  命名為「Intel Core i7」系列,至尊版的名稱是「Intel Core i7 Extreme」系列。

  而同架構伺服器處理器將繼續延用「Xeon」名稱。至於為什麼是「i7」,

  而不是大多數人認為的「Core3」,Intel還沒給出詳細的解釋,

  估計意思是Intel的第七代處理器,

  但2000年推出Netbrust架構的Pentium 4處理器應該是屬於第七代產品的

  綜合之前的資料來看,英特爾首先會發布三款Intel Core i7處理器,

  頻率分別為3.2GHz、2.93GHz和2.66GHz,

  主頻為3.2GHz的屬於Intel Core i7 Extreme,

  處理器售價為999美元,當然這款頂級處理器面向的是發燒級用戶。

  而頻率較低的2.66GHz的定價為284美元,約合1940元人民幣,

  面向的是普通消費者。全新一代Core i7處理器將於2008第四季度推出。

  Intel於2008年11月18日發布了三款Core i7處理器,

  分別為Core i7 920、Core i7 940和Core i7 Extreme Edition 965。

  而從英特爾技術峰會2008(IDF2008)上英特爾展示的情況來看,

  core i7的能力在core2 extreme QX9770(3.2GHz)的三倍左右。

  IDF上,intel工作人員使用一顆core i7 3.2GHz處理器演示了CineBench R10多線程渲染,

  結果很驚人。渲染開始后,四顆核心的八個線程同時開始工作,

  僅僅19秒鐘后完整的畫面就呈現在了屏幕上,

  得分超過45800。相比之下,core2 extreme qx9770 3.2GHz只能得到12000分左右,

  超頻到4.0GHz才勉強超過15000分,不到core i7的3分之一。core i7的超強實力由此可窺見一斑。

  1. 基於Nehalem微架構

  2. 2-8顆核心。

  3. 內置三通道DDR3內存控制器。

  4. 每顆核心獨享256KB二級緩存。

  5. 8 MB共享三級緩存。

  6. SSE 4.2指令集(七條新指令)。

  7. 超線程技術。

  8. Turbo mode(自動超頻)。

  9. 微架構優化(支持64-bit模式的宏融合,提高環形數據流監測器性能,六個數據發射埠等等)

  10. 提升預判單元性能,增加第二組分支照準緩存。

  11. 第二組512路的TLB。

  12. 對於非整的SSE指令提升性能。

  13. 提升虛擬機性能(根據Intel官方數據顯示,Nehalem相對65nm Core 2在雙程虛擬潛伏上有60%的提升,而相對45nm Core 2產品提升了20%)

  14. 新的QPI匯流排。

  15. 新的能源管理單元。

  16. 45nm製程,32nm製程產品隨後上線,代號Westmere。

  17. 新的1366針腳介面。

  Nehalem相當於65nm產品有著如下幾個最重要的新增功能。

  1. SSE4.1指令集(47個新SSE指令)。

  2. 深層休眠技術(C6級休眠,只在移動晶元上使用)。

  3. 加強型Intel動態加速技術(只在移動晶元上使用)。

  4. 快速Radix-16分頻器和Super Shuffle engine,加強FPU性能

  5. 加強型虛擬技術,虛擬機之間交互性能提升25%-75%。

  Nehalem的核心部分比Core微架構改進了以下部分:

  Cache設計:採用三級全內含式Cache設計,L1的設計與Core微架構一樣;L2採用超低延遲的設計,每個核心各擁有256KB的L2 Cache;L3則是採用共享式設計,被片上所有核心共享使用。

  集成了內存控制器(IMC):內存控制器從北橋晶元組上轉移到CPU片上,支持三通道DDR3內存,內存讀取延遲大幅減少,內存帶寬則大幅提升,最多可達三倍。

  快速通道互聯(QPI):取代前端匯流排(FSB)的一種點到點連接技術,20位寬的QPI連接其帶寬可達驚人的每秒25.6GB,遠超過原來的FSB。QPI最初能夠發放異彩的是支持多個處理器的伺服器平台,QPI可以用於多處理器之間的互聯。

  Nehalem的核心部分比Core微架構新增加的功能主要有以下幾方面:

  New SSE4.2 Instructions (新增加SSE4.2指令)

  Turbo Mode (內核加速模式)

  Improved Lock Support (改進的鎖定支持)

  Additional Caching Hierarchy (新的緩存層次體系)

  Deeper Buffers (更深的緩衝)

  Improved Loop Streaming (改進的循環流)

  Simultaneous Multi-Threading (同步多線程)

  Faster Virtualization (更快的虛擬化)

  Better Branch Prediction (更好的分支預測)

2 InterCorei7處理器 -Core i7的改進

  原生四核+全新緩存設計

  我們知道,Core 2 Quad系列四核處理器其實是把兩個Core 2 Duo處理器封裝在一起,並非原生的四核設計,通過狹窄的前端匯流排FSB來通信,這樣的缺點是數據延遲問題比較嚴重,性能並不盡如人意。Core i7則採用了原生四核設計,採用先進的QPI(QuickPath Interconnect,下面將進行介紹)匯流排進行通訊,傳輸速度是FSB的5倍。

  緩存方面也採用了三級內含式Cache設計,L1的設計和Core微架構一樣;L2採用超低延遲的設計,每個內核256KB(256x4 KB);L3採用共享式設計,被片上所有內核共享,容量為8MB。

  採用全新QPI匯流排

  Core i7的Nehalem架構最大的改進在前端匯流排(FSB)上,傳統的并行傳輸方式被徹底廢棄,轉而採用基於PCI Express串列點對點傳輸技術的通用系統介面(CSI),被Intel稱為QuickPath。QuickPath的傳輸速率為6.4Gbps,這樣一條32bit的QuickPath帶寬就能達到25.6GB/sec。QuickPath的傳輸速率是FSB 1333MHz的5倍,前者雖然數據位寬較窄,但傳輸帶寬仍然是後者的2.5倍。由於分別用於雙處理器和單處理平台,Gainestown有兩條QuickPath,而Bloomfield僅有一條。不難看出,在AMD推出HyperTransport高速串列匯流排,並逐漸在高性能運算領域建立優勢之後,Intel也迎頭趕上。若干年前,關於串列傳輸將一統天下的預言已經變成了現實,我們所要等待的是串列內存何時重返市場。

  集成內存控制器

  


  內存控制器相信大家不會感到陌生,競爭對手AMD早在K8時代CPU已經集成了內存控制器,能大幅提升內存性能,而Intel方面則表示由於時機還不合適,因此沒有在Core2中使用,現在最新的Core i7終於擁有集成內存控制器IMC(Integrated Memory Controller),可以支持三通道的DDR3內存,運行在DDR3-1333,內存位寬從128位提升到192位,這樣總共的峰值帶寬就可以達到32GB/s,達到了Core 2的2-4倍。處理器採用了集成內存控制器后,它就能直接與物理存儲器陣列相連接,從而極大程度上減少了內存延遲的現象。

  同步多線程技術

  原生四核Core i7有八個邏輯內核

  


  超線程技術(Hyper-Threading),最早出現在130nm的Pentium 4上,超線程技術就是利用特殊的硬體指令,把兩個邏輯內核模擬成兩個物理晶元,讓單個處理器都能使用線程級并行計算,進而兼容多線程操作系統和軟體,減少了CPU的閑置時間,提高的CPU的運行效率。超線程技術使得Pentium 4單核CPU也擁有較出色的多任務性能,現在通過改進后的超線程技術再次回歸到Core i7處理器上,新命名為同步多線程技術(Simultaneous Multi-Threading,SMT)。

  同步多線程(Simultaneous Multi-Threading,SMT)是2-way的,每核心可以同時執行2個線程。對於執行引擎來說,在多線程任務的情況下,就可以掩蓋單個線程的延遲。SMT功能的好處是只需要消耗很小的核心面積代價,就可以在多任務的情況下提供顯著的性能提升,比起完全再添加一個物理核心來說要划算得多。比起Pentium 4的超線程技術(Hyper-Threading),Core i7的優勢是有更大的緩存和更大的內存帶寬,這樣就更能夠有效的發揮多線程的作用。按照INTEL的說法,Nehalem的SMT可以在增加很少能耗的情況下,讓性能提升20-30%。

  為什麼Core 2沒有使用SMT?很顯然,它是可以做到的。SMT是在節省電力的基礎上增加了性能,而且軟體支持的基礎建設也早就有了。有2個可能的原因:一是Core 2可能沒有足夠的內存帶寬和CPU內部帶寬來利用SMT獲得優勢。通常,SMT能夠提升內存級并行(memory level parallelism,MLP),但是對於內存帶寬已經成為瓶頸的系統則是個麻煩。而更有可能的原因則是SMT的設計、生效等是很麻煩的,而當初設計SMT是由INTEL的Hillsboro小組主持,而並非是Haifa小組(Core 2是由這個小組負責的)。這樣Core 2不使用SMT就避免了冒險。

  自動超頻,核心加速

  Turbo Mode,顧名思義,就是加速模式,它是基於Nehalem架構的電源管理技術,通過分析當前CPU的負載情況,智能地完全關閉一些用不上的核心,把能源留給正在使用的核心,並使它們運行在更高的頻率,進一步提升性能;相反,需要多個核心時,動態開啟相應的核心,智能調整頻率。這樣,在不影響CPU的TDP情況下,能把核心工作頻率調得更高。

  舉個簡單的例子,如果遊戲只用到一個核心,Turbo Mode就會把其他三個核心自動關閉,把正在運行遊戲的那個核心的頻率提高,也就是自動超頻,在不浪費能源的情況下獲得更好的性能。Core 2時代,即使是運行只支持單核的程序,其他核心仍會全速運行,得不到性能提升的同時,也造成了能源的浪費。

  Turbo Boost默認是開啟的,通過自動調高CPU的倍頻提高性能。在Intel原廠x58主板上,低負載時默認調高1-2個倍頻。例如Core i7 920默認頻率為2.66G,在Turbo Boost默認是開啟的情況下,運行Super PI是以單核2.8G來跑,這樣單線程性能也就得到提升。

  超頻愛好者也許會想到,Turbo Mode自動提升的那個頻率可以手動調整嗎?如果可以,不就能利用它進行超頻嗎?答案是可以的,只要是Exterme Edition CPU,就可以手動調整,好好利用,新的超頻方式從此誕生。

  文本處理再提速!完整SSE4指令支持

  完整的SSE 4(Streaming SIMD Extensions 4,流式單指令多數據流擴張)指令集共包含54條指令,其中的47條指令已在45nm的Core 2上實現,稱為SSE 4.1。SSE 4.1指令的引入,進一步增強了CPU在視頻編碼/解碼、圖形處理以及遊戲等多媒體應用上的性能。其餘的7條指令在Core i7中也得以實現了,稱為SSE 4.2。SSE 4.2是對SSE 4.1的補充,主要針對的是對XML文本的字元串操作、存儲校驗CRC32的處理等。

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