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[转帖] Core i7全面测试~!!!

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翡翠长老

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电梯直达

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发表于 2008-11-5 08:07 PM |只看该作者 |正序浏览

Nehalem是Intel在即将发布的内置内存控制器的新CPU的研发代号，而发布时将使用Core i7的产品名称，这个架构的产品同样将使用在服务器平台上（Xeon），在未来的一两年内这个架构将会沿用到入门级CPU上，基于此结构的CPU将会内置内存控制器，支持三通道DDR3内存结构，也将重拾超线程技术，以及新的QPI总线。

下面是我们对Nehalem特性的一些总结。

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%。

[“内置”“三通道”内存控制器]

接下来，让我们探讨一下新架构带来性能提升细节

首先就是三通道内存控制器，这里有两个创新，一个是“三”通道，一个是“CPU内置”，在Nehalem，也就是Core i7上我们可以实现三根内存并行存取的规格，理论上而言，三通道的性能相比同频率双通道会提升50%的性能，当然，理论归理论，当年双通道替代单通道的时候也是号称性能翻番，但实际上的性能虽有提升，但不会有那么夸张

于是，如果玩家想在Nehalem平台上实现最高性能，那就必须使用三根或者六根内存搭建最强的三通道内存系统，相对过去内存总容量总是呈现如2GB、4GB，今后的计算机将出现3GB、6GB等等内存规格。

在X58芯片的选择上广大玩家也应当注意，Intel的某些X58产品只有四根内存插槽，如代号“Smackover”的产品，如果玩家在四根插槽上全部插上内存，虽然总的容量提升了，但性能却下降了，如果插上了四根单条1GB的内存，系统会自动将前三根识别为三通道，但在内存区域的3GB到4GB之间的地址上，系统只会识别出单通道，计算机也是遵循木桶原理的，这最后的1GB会直接影响到整个内存系统的性能，所以选择Nehalem平台的玩家千万注意这个问题。

三通道模式下的内存系统，拥有192-bit的CPU-内存交互带宽（3 x 64bit），如果插上三根DDR3-1066内存，那么你就会得到25.58GB/s的最大理论传输值。但需要注意的是Nehalem CPU只内置了DDR3内存控制器，这也是Intel主推的一个内存更新换代的趋势。

而正是因为内置了DDR3内存控制器，Intel就必须在将CPU插槽更换为更多阵脚的1366插槽，所以对于玩家而言，Core i7与目前的主板产品是非兼容的，广大玩家必须同时更新主板和使用三根DDR3内存才能享受到Nehalem带来的最新性能体验，虽然初期的价格会相当高昂，但整个换代所带来的性能提升还是让人兴奋不已。

[三级缓存时代更新的缓存设计]

Nehalem采用了每颗核心独享二级缓存，四颗核心共享三个缓存的策略，这点与对手AMD的产品方案比较类似，Core i7的每个核心拥有256KB的二级缓存，四颗核心共享8MB三级缓存，但不排除Intel在Xeon产品上增加缓存的可能性，而一级缓存则和前代产品一样，32KB指令缓存和32KB数据缓存。

对于Core 2 Duo产品而言，双核产品是两颗核心间共享二级缓存，而四核产品则是分为两颗核心为一单位共享二级缓存，从下面的图中大家就会看出来

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[Nehalem：站在巨人的肩膀上]

在前文中我们提到过，Nehalem架构源自于Core 2 Duo，在后者的基础上加强了CPU内指令流的执行性能，接下来让我们详细看看在哪些细节上有增强。

追究起来，Core 2 Duo架构是基于Pentium M研发而来的，而Pentium M来源于Pentium 3，属于Intel第六代产品，而使用Netburst架构的Pentium 4是第七代产品，两代之间的架构完全不同，而Core 2和Core i7却与Pentium 4基本上没有任何联系，或许你已经察觉，新架构的根基居然来自上上代产品，而并非更新的上代产品，这也从一个侧面反映了Netburst Pentium 4的工作效率甚至不如更老架构的产品。

下图中列出了Nehalem微架构的族谱，从上一代产品中吸收了什么东西，增加了什么特性都一目了然，当然这不是一个完全全面的表格，但主要的内容都提及到了

为了更了解Nehalem微架构带来的性能提升，我们首先必须知道，程序是基于x86指令集写的，是不为CPU执行单元所能直接识别的，他们必须首先被解码为微指令才能被执行单元识别，这个CISC/RISC混合结构来自于Pentium Pro：CPU接收x86指令（CISC），但使用微指令（RISC）执行。

Core 2 Duo产品使用的Core微架构，引入了宏融合的概念，能将两个x86指令编译为一个微指令让CPU执行，因为减少了工作负荷，所以在提高性能的同时降低了CPU功耗，但这个特性只能在比较类指令和假定分支指令下才能使用，比如CMP or TEST plus a Jcc指令。

而Nehalem从两个方面增强了宏融合的性能，首先就是将能使用宏融合的指令数量增加了，其次就是Nehalem的宏融合能支持32-bit和64-bit两种模式，而Core 2 Duo只有在CPU工作在32-bit模式下时才能使用宏融合技术。

Core微架构里增加了一个回路流检测器，就是一个位于CPU预取单元和解码单元之间的18指令缓存，当CPU执行一个环形回路指令时（很多程序在这个位置会重复执行同一个环形回路指令数次），此时的CPU不需要再在一级缓存里提取数据，因为他们已经在这个18指令缓存里了，在这个时候CPU就可以关闭预取和分支预测单元，达到节能的效果。

在Nehalem微架构里，这个小小的缓存被移到了解码单元之后，而且并不是像Core 2 Duo那样是一个x86指令集，而是一个28微指令集。这一举措能改进CPU性能，因为当CPU执行一个回路时，在这个缓存里就能执行解码命令，也就省去了解码单元的工作环节，所以在Nehalem下，这里的解码单元也能关闭了，更高性能，更低电量。

Nehalem比前代产品多了一个指令发射端，总共有12个执行单元，所以相对前代产品，同一时间下能执行更多的指令，性能提升。

Nehalem微架构还增加了两个额外的缓冲器，第二个512路Translation Look-aside Buffer（TLB）和第二个Branch Target Buffer（BTB），这些缓冲器的增加对性能的提升有一定贡献。TLB缓冲器是一个供物理地址和虚拟地址交互的平台，尤其作用于虚拟内存线路，虚拟内存是指CPU将硬盘上的一部分空间模拟成内存，使计算机在内存不足的情况下也能保持运行，主要的原理就是将内存中的数据放置在硬盘上，腾出内存空间进行后续操作。

分支预取单元是一个猜测程序后续步骤并提前预取数据的单元，如果预取命中，CPU则会无损时间的继续执行工作，因为数据已经提前抵达缓存内，CPU不用等待数据从内存中读取。而Nehalem不仅允许更大容量的预取，而且增加了一个新的预取单元，相当幅度的提升性能。

[对漏电Say No，新电源管理机制]

工作在CPU里的晶体管就类似于一个开关，在其控制下有着两种不同的状态：一是可导状态，也称为“饱和状态”，代表了“开启”的意思；另一种是非可导状态，又称“切断模式”，也就是“断开”的意思。虽然按照理论而言在晶体管处于非可导状态时不可能有任何的电流能通过，但实际上依然存在一小部分电流在流通，这就是所谓的“漏电”现象，数以亿计的晶体管所产生的漏电量是相当可观的，而漏掉的电也就是被浪费的资源，并且造成了无谓的热量，所以，如何减少漏电量也是近些年来CPU科学家们最深入研究的课题之一。

Nehalem在CPU内内置了一个电源控制单元，这个单元能减少“漏电现象”的发生，以及促生了另一个“Turbo Mode”的技术，关于这个技术我们稍后作介绍。于是，Core i7能独立控制每颗核心的电压和频率，也能为内存控制器、I/0单元和缓存独立控制电压，在以往的产品上是不能实现核心单独更改电压、频率的，而Core i7可以做到这一点，从而松弛有张的控制功耗与性能的比例。

这个控制单元还能关闭任何的CPU核心，也能将任何核心独立控制在C6等级的最节能电源模式下而其他核心则好不受影响，对于玩家而言，空载或者非满载情况下，完全全速运行全部核心确实有点浪费，而Core i7则能解决这个问题，更省电更智能。

[不省一枪一弹随时随地全力开火]

前文提到的CPU内置电源控制单元也能监测每颗核心的功耗，所以CPU就知道每颗核心到底耗用了多少电，也知道每颗核心发出的热量，这也就为Turbo Mode的出现提供了基础。

在Turbo Mode下，每颗处于活动状态下的核心可以独立的提升频率，Core i7虽然不是第一款拥有此技术的CPU，早在Pentium 4时代便有这个技术的应用了，但不同点在于以前产品上不能多颗核心同时提升，而必须在其他核心都处于空载状态时才能提升某颗核心的频率。

这个Turbo Mode实际就是一个闭合回路系统，CPU一直持续不断的在监测温度和能耗，所以CPU能自动提升频率直到达到最大TDP值，充分利用性能弹性空间，但这个超频数据的好坏还主要来自于玩家的散热系统，如果玩家的散热系统具备为130W热量进行散热的条件时，CPU就能自动调节频率来匹配散热系统的最大性能，所以如果玩家将原装散热器更换为更强的第三方散热器时，别忘了进入主板设置里输入新的散热器所能镇压的最大热量值，这样才能更有效的发挥Turbo Mode的实力。

虽然Turbo Mode技术的实现并不需要玩家关闭其他核心，但这个动态频率调节技术的基础还是在于整个CPU的功耗和热量上，减少一颗或几颗核心的运作将会提升这个超频核心的超频幅度，在某些对多线程不感冒的程序里可以达到更好的性能效果。

Turbo Mode是SpeedStep技术的一个扩展部分，所以在系统里将会被识别成一个SpeedStep特性，而且只会在CPU上才能使用此技术，内存控制器和缓存并不能受这个技术影响，而且这个技术也只会出现在Extreme Edition版的CPU上。

[ 本帖最后由 Ahwai84 于 2008-11-5 08:21 PM 编辑 ]