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Intel处理器微架构和核心代号解析Bloomfield，Lynnfield，Clarkdale，SandyBridge一、Bloomfield核心：首次整合内存控制器 Intel将新一代的SandyBridge处理器称作是第二代Core架构微处理器，因此在详细介绍SandyBridge处理器的核心架构之前，我们有必要对第一代Core架构微处理器做一个详细的回顾，这样才能深入了解Intel近年来是如何改良处理器微架构的。 第一代Core架构微处理器分为三个版本：Bloomfield、Lynnfield、Clarkdale（六核心版的Gulftown与Bloomfield没有本质不同，因此不做介绍），这三颗CPU核心一颗比一颗的集成度高，下面我们就一一解读：回顾：Bloomfield核心首次整合内存控制器 2008年10月，Intel正式发布了Nehalem架构的Core i7 965/940/920三款处理器以及X58芯片组，这是Intel第一款整合内存控制器和QPI总线的产品，因此备受关注。 i7 9XX系列处理器是基于Nehalem架构的首款产品，核心研发代号是Bloomfield，采用了45nm工艺制造，是原生四核心设计，集众多先进技术于一身：1. 超线程技术回归，四核八线程大幅提升CPU的多任务和多线程计算能力；2. 整合三通道DDR3内存控制器，带宽大幅提升、延迟大大下降，从此内存不再是瓶颈；3. QPI总线取代FSB总线，用以连接北桥芯片，Core 2架构最大的瓶颈被消除；4. 采用大容量共享式三级缓存设计，较少数据等待延迟，多核应用效率提升。i7 9XX系列的主要特点：四核心、八线程、三通道、三级缓存 Bloomfield核心Core i7 9XX系列CPU的特点总结： 四核八线程、三通道内存还有可以支持多显卡互联的X58芯片组，这些就是Bloomfield核心Core i7 9XX系列CPU的主要特点。 三通道内存带来的不仅是很高的内存带宽，更重要的是六条插槽全插满的话，可以支持最大12/24GB的海量内存容量，这对有特殊需求的用户很有吸引力。 X58北桥是此前整合了最多PCI-E 2.0通道的芯片组，对于需要强大游戏性能或者通用计算性能的用户来说，自然是插越多显卡越好，因此X58是这类用户的不二之选。 总的来说，i7 9XX搭配X58，是Intel为追求顶级性能玩家提供的终极选择，虽然它无论CPU主板还是内存都价值不菲，而且功耗很大，但除此之外别无它选。二、Lynnfield核心：首次整合PCI-E控制器回顾：Lynnfield核心首次整合PCI-E总线控制器 Bloomfield核心的Core i7 9XX系列虽然性能强大、功能完备，但由于X58主板和三条内存成本太高，难以普及。于是Intel准备推出简化版的Lynnfield核心，这就是Core i7 8XX和i5 7XX系列。 Lynnfield相比Bloomfield，在处理器内核部分几乎没有任何改动，同样是45nm工艺、原生四核心设计、支持超线程(仅限i7)、三级缓存容量也保持8MB，它也整合了内存控制器和QPI总线，但删去了一条内存通道，成为主流的双通道设计，QPI总线也删去了一条，仅保留一条。Lynnfield与Bloomfield的L1/L2/L3完全相同 事实上，对于大多数普通用户来说，三通道内存的带宽过剩，因此删去一条之后，性能并没有多少损失。另外Bloomfield内置的两条QPI总线是给多CPU互联之用，而在民用市场基本完全闲置，只有一条QPI总线用来连接北桥，因此删掉一条没有任何影响。简化成双通道之后，Lynnfield的针脚数量和封装面积缩小不少 Bloomfield已经整合了传统北桥最重要的功能内存控制器，所以X58北桥当中就只剩下了PCI-E控制器。Lynnfield核心由于定位较低一些，考虑到大多数主流用户并不需要多显卡互联，因此Intel索性将北桥当中剩余的模块PCI-E控制器简化之后（只有16条通道），全都整合在了CPU当中。 正因为整合了PCI-E控制器的关系，Lynnfield的晶体管数以及核心面积都要比Bloomfield大，所以Core i7 8XX处理器的售价比相近频率的Core i7 9XX还要贵。好在P55主板要比X58便宜，而且双通道内存显然比三通道便宜，另外不支持超线程技术的i5 7XX售价还算厚道，因此很受欢迎。 配套芯片组P55，接口类型LGA1156 通过Intel官方Lynnfield核心示意图来看，处理器与芯片组之间居然没有使用QPI、而是通过DMI总线相连。要知道QPI总线带宽高达25GB/s，而DMI仅有2GB/s。事实上在Lynnfield核心内部，除了整合了内存控制器外，Intel连PCI-E控制器也整合了进去（因此上图显卡直接与CPU相连），这就相当于整颗北桥都被CPU吃掉了，连接CPU与北桥的QPI总线自然也不会幸免。如此一来，CPU将直接与“南桥”相连，他们之间的总线叫做DMI。 也就是说，Lynnfield内部还是整合了QPI总线的，虽然只有一条，这一条QPI总线用以连接CPU核心部分与PCI-E控制器部分。Bloomfield核心的QPI总线频率可以随便超，而Lynnfield核心的QPI被锁定，其实没有任何关系，因为QPI的唯一用途就是连接北桥，内存走的是直连通道已经不经过QPI总线了，因此超频QPI不会有什么性能提升。 P55是单芯片设计的芯片组，其本质上就是一颗南桥，功能和ICH10R没有太大区别，既不支持SATA3.0也不支持USB3.0，而且南桥中的PCI-E通道是落后的1.0版本。要知道Lynnfield核心内部整合的PCI-E 2.0通道只有16条，只能满足单显卡或者双显卡的需要，此时如果用户有需要使用高速的扩展设备（比如USB3.0扩展卡）的话，P55南桥提供的PCI-E 1.0接口就成为了最大瓶颈。 Lynnfield核心Core i7 8XX和i5 7XX系列CPU的特点总结： 在CPU核心部分，Lynnfield与Bloomfield可以说没有任何区别，它最大的特点就是外围模块：双通道DDR3内存、整合PCI-E控制器，只支持双x8带宽的双卡互联。 i7 8XX和i5 7XX的唯一区别是超线程，i5被人为的屏蔽了HT功能，四核心四线程，并行计算性能损失不少，但单核效能不变，因此非常适合游戏玩家。 由于CPU整合了整颗北桥的关系，P55芯片组其实就是一颗南桥芯片，再加上少了一条内存通道，因此Lynnfield+P55平台的整体功耗要比Bloomfield+X58平台低很多。 整套平台成本较低、加上超低的功耗和发热，Lynnfield+P55平台成为了主流中高端玩家最喜爱的配置。三、Clarkdale核心：CPU首次整合GPU回顾：Clarkdale核心CPU首次整合GPU 显然，四核心的Lynnfield还不够亲民，主流市场依然是双核心的天下，所以双核心的Clarkdale诞生了，这颗核心也拥有很多亮点：首次使用32nm工艺、首次整合GPU，但其架构非常特殊，不同于之前的任何一款产品。 Clarkdale核心：双芯片封装、内置GPU设计 Clarkdale核心包括CPU和GPU两个部分，CPU部分使用了新一代32nm工艺制造，是双核心四线程设计；GPU部分就是传统意义上的北桥，为45nm工艺制造，内含双通道DDR3内存控制器、PCI-E控制器和集成显卡。 CPU部分和GPU部分是各自独立的，微观上通过QPI总线相连，宏观上被封装在了一起，接口是与Lynnfield相同的LGA1156。整体上来看Clarkdale不仅整合了内存控制器和PCI-E控制器，还整合了显示核心，看似更加先进。 实际上它的这种架构与Core 2时代的G45没有本质区别，只不过G45的北桥(GPU)在主板上，而Clarkdale的北桥被转移到了CPU内部。也就是说，Clarkdale的内存控制器并没有被真正整合在CPU核心内部，而是在北桥当中，需要透过QPI总线传输数据，这与Bloomfield/Lynnfield直连的内存控制器有本质区别，这样做的结果导致Clarkdale的内存带宽和延迟相比Core 2提升不大显然，这不是整合内存控制器产品应有的性能表现。 而且QPI带宽仅仅能够满足双通道DDR3-1333内存带宽的要求，没有富裕的带宽用来传输CPU和GPU之间还有其它设备的数据，因此以往Core 2平台上的FSB瓶颈依然存在。表面上看，Clarkdale什么都整合了，可实际上，它什么都没有整合。 核心微架构升级：从Nehalem到Westmere 在CPU部分，Intel将新一代32nm工艺的处理器核心架构命名为Westmere，Westmere架构相比Nehalem架构其实并没有多少改进，唯一的变化就是提供了7组新指令集的支持，分别是6组AES指令集和1组Carryless Multiply指令，主要用于加密、解密运算。Clarkdale的特点：双核心、四线程、4MB L3、AES指令集、整合显卡 Clarkdale的CPU部分为双核心四线程设计，一、二级缓存没有变化，但三级缓存减少至4MB，显然双核心不需要像四核心那样超大容量的L3。减少L3的好处就是节约大量晶体管，成本和功耗发热都得到了很好的控制。 配套芯片组H55，接口LGA1156 由于都采用了LGA1156接口，Lynnfield和Clarkdale是可以共用芯片组的，但如果想要使用Clarkdale内置的集成显卡的话，就必须使用H55芯片组，因为只有H55才支持FDI通道，用来输出显示信号： 所以，H55和P55最大的区别就是能否支持FDI，其它南桥功能上的删减都是无关紧要的。 另外，Lynnfield和Clarkdale内置的PCI-E 2.0通道虽然都是16条，但Lynnfield可以被拆分为两个x8通道支持双卡互联，而Clarkdale不能被拆分只能支持单个独立显卡。 如此一来，Clarkdale处理器搭配P55主板的话，即便主板提供了两条PCI-E插槽也不能支持双卡互联，而且内置显卡无法使用。因此Clarkdale的最佳搭档还是H55。 Clarkdale核心Core i5 6XX和i3 5XX系列CPU的特点总结： 由于Clarkdale核心的内存控制器、集成显卡、PCI-E控制器都在北桥里面，CPU与北桥虽然被封装在了一起，而且使用了新一代的QPI总线，但是瓶颈依然存在，导致内存性能和GPU性能并不理想（但相比上代Core 2平台改进还是很明显的）。 不过，由于CPU部分使用了32nm工艺，北桥部分使用了45nm工艺（AMD的北桥还是65nm/55nm），因此Clarkdale搭配H55平台的整体功耗再创新低。而且由于CPU和北桥被封装在了一起，散热问题更容易解决，所以Clarkdale+H55成为了HTPC用户和入门级用户的最爱。 Clarkdale核心目前有Core i5 6XX和i3 5XX两个产品线，它们之间最主要的区别就是i5支持睿频智能加速技术，默认频率较高而且可以自动超频，而i3默认频率较低且不支持睿频，但超线程技术得以保留。当然两者的价格也差很多，总的来说i3性价比超高，在中低端大受欢迎。四、SandyBridge核心：首次原生整合GPU核心SandyBridge核心：首次原生整合GPU核心 Clarkdale核心虽然将CPU和GPU首次封装在了CPU基板上面，但本质上它并没有做到CPU和GPU的融合，竞争对手AMD认为Intel这种方式其实是“胶水”整合，他们自己的APU才是真正意义上的“融合”。 与雷声大雨点小的AMD不同，Intel做事从来都是脚踏实地、按部就班的走，在AMD的APU还停留在实验室阶段之时，Intel发布了首颗真正将CPU和GPU整合到一颗芯片上面的处理器，这就是今天我们要评测的重点产品SandyBridge。 毫无疑问，SandyBridge相对于上代的Clarkdale来说，最大的改进就是将GPU部分真正融入了CPU核心内部，这样GPU部分也使用了先进的32nm工艺，并且可以充分利用CPU部分的大容量三级缓存以及低延迟的内存控制器，共享内存带宽，从而让集显部分获得可观的性能提升。GPU处理单元和CPU核心被整合在了一颗芯片上面 除了CPU和GPU真正无缝整合在一起之外，Intel还对CPU与GPU两大处理器核心分别做了优化与改进，获得更高的指令执行效率，此外整合内存控制器相比上代产品带宽将更高、延迟会更低。 优化的核心、智能的频率控制、以及单一32nm工艺的核心，SandyBridge相比上代产品速度更快、功率更小，处理器效能被提升到新的境界！SandyBridge处理器核心架构解析SandyBridge核心架构改进总览 Intel Core i系列处理器拥有一套革命性的体系架构，包括大容量完全共享式的三级缓存、整合的内存控制器以及QPI快速互联总线。无论是Nehalem、Westmere还是最新的SandyBridge微架构，其CPU部分的架构是基本相同的，改进的只是处理器指令集以及外围功能和控制模块。 从Nehalem到Westmere，制造工艺从45nm进化到32nm，新增AES加密解密指令集，Turbo Boost睿频加速技术升级，