英特尔Nehalem架构Core i7处理器简介

　　Core i7

　　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元人民币，面向的是普通消费者。全新一代Core i7处理器将于今年第四季度推出。
　　而从英特尔技术峰会2008（IDF2008）上英特尔展示的情况来看，core i7的能力在core2 extreme qx9770(3.2GHz)的三倍左右。IDF上，intel工作人员使用一颗core i7 3.2GHz处理器演示了CineBench R10多线程渲染，结果很惊人。渲染开始后，四颗核心的八个线程同时开始工作，仅仅19秒钟后完整的画面就呈现在了屏幕上，得分超过45800。相比之下，core2 extreme qx9770 3.2GHz只能得到12000分左右，超频到4.0GHz才勉强超过15000分，不到core i7的3分之一。core i7的超强实力由此可窥见一斑。
　　1. 基于Intel Core微架构
　　2. 2-8颗核心。
　　3. 内置三通道DDR3内存控制器。
　　4. 每颗核心独享256KB二级缓存。
　　5. 8 MB共享三级缓存。
　　6. SSE 4.2指令集（七条新指令）。
　　7. 超线程技术。
　　8. Turbo mode（自动超频）。
　　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）
　　10. 提升预判单元性能，增加第二组分支照准缓存。
　　11. 第二组512路的TLB。
　　12. 对于非整的SSE指令提升性能。
　　13. 提升虚拟机性能（根据Intel官方数据显示，Nehalem相对65nm Core 2在双程虚拟潜伏上有60%的提升，而相对45nm Core 2产品提升了20%）
　　14. 新的QPI总线。
　　15. 新的能源管理单元。
　　16. 45nm制程，32nm制程产品随后上线，代号Westmere。
　　17. 新的1366针脚接口。
　　Nehalem相当于65nm产品有着如下几个最重要的新增功能。
　　1. SSE4.1指令集（47个新SSE指令）。
　　2. 深层休眠技术（C6级休眠，只在移动芯片上使用）。
　　3. 加强型Intel动态加速技术（只在移动芯片上使用）。
　　4. 快速Radix-16分频器和Super Shuffle engine，加强FPU性能
　　5. 加强型虚拟技术，虚拟机之间交互性能提升25%-75%。
　　Nehalem的核心部分比Core微架构改进了以下部分：
　　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，内存读取延迟大幅减少，内存带宽则大幅提升，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可以用于多处理器之间的互联。
　　Nehalem的核心部分比Core微架构新增加的功能主要有以下几方面：
　　New SSE4.2 Instructions （新增加SSE4.2指令）
　　Turbo Mode （内核加速模式）
　　Improved Lock Support （改进的锁定支持）
　　Additional Caching Hierarchy （新的缓存层次体系）
　　Deeper Buffers （更深的缓冲）
　　Improved Loop Streaming （改进的循环流）
　　Simultaneous Multi-Threading （同步多线程）
　　Faster Virtualization （更快的虚拟化）
　　Better Branch Prediction （更好的分支预测）
　　Core i7的改进：原生四核+全新缓存设计
　　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比较严重，性能并不尽如人意。Core i7则采用了原生四核设计，采用先进的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
　　Core i7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。
　　Core i7的改进：集成内存控制器

　　
　　内存控制器相信大家不会感到陌生，竞争对手AMD早在K8时代CPU已经集成了内存控制器，能大幅提升内存性能，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），可以支持三通道的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可以达到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。
　　Core i7的改进：同步多线程技术
　　原生四核Core i7有八个逻辑内核

　　
　　超线程技术（Hyper-Threading），最早出现在130nm的Pentium 4上，超线程技术就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，这样就更能够有效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没有使用SMT？很显然，它是可以做到的。SMT是在节省电力的基础上增加了性能，而且软件支持的基础建设也早就有了。有2个可能的原因：一是Core 2可能没有足够的内存带宽和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），但是对于内存带宽已经成为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。
　　Core i7的改进：自动超频，核心加速
　　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，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。
　　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，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。
　　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可以手动调整吗？如果可以，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。
　　Core i7的改进：文本处理再提速!完整SSE4指令支持
　　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。
  

(责任编辑：yangzhixin)

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