Nehalem微架構
Intel Nehalem (發音：/nəˈheɪləm/[1]) ，是Intel研發的中央處理器微架構之代號，該架構取代了前代的Core微處理器架構。[2] 使用Nehalem架構的微處理器採用45納米製程（後期改用32納米製程），在2007年的Intel開發者論壇上Intel官方展示了一個採用兩顆Nehalem微架構的處理器的系統平台。首款採用Intel Nehalem架構的處理器是2008年11月正式發售的桌上型處理器Intel Core i7。[3]
| 產品化 | 2008年11月11日 |
|---|---|
| 設計團隊 | Intel |
| 生产商 | |
| 指令集架構 | MMX、SSE、SSE2、SSE3、 SSSE3、SSE4.1、SSE4.2、x86、 x86-64、EM64T、EIST、 XD bit、AES |
| 制作工艺/製程 | 45nm |
| 核心数量 | 2 個至 8 個 |
| 一級快取 | 64KB（每核心） |
| 二級快取 | 256KB（每核心） |
| 三級快取 | 4MB～12MB（各核心共享） |
| CPU主频范围 | 至 3.33 GHz |
| QPI速率 | 4.8 GT/s 至 6.4 GT/s |
| DMI速率 | 2.5 GT/s 至 5.0 GT/s |
| CPU插座 | |
| 封裝 | |
| 應用平台 | 伺服器、工作站、桌上型電腦、筆記型電腦、超級計算機 |
| 核心代號 |
|
| 使用的處理器型號 | |
| 上代產品 | Core |
| 繼任產品 | Westmere |
Intel在Pentium 4時代也使用過“Nehalem”的代號，該代號曾使用於NetBurst微架構的10Ghz版本之Pentium 4微處理器，後來改計劃取消。Nehalem微架構儘管與Netburst架構不是同一個時代的產物，但是兩者之間有一些共同的技術和特點，如超執行緒、較高的預設時脈等。儘管Nehalem架構的微處理器預設時脈普遍較高，但能效比依然比Core微架構的製程改進版Penryn微架構的微處理器要高。2011年1月，Intel Nehalem微架構由其下一代微架構Intel Sandy Bridge所取代。
Intel Nehalem的架構設計有不少地方與AMD K10類似（譬如每核心獨立電壓及時脈等），但要比AMD K10的效能更佳、能耗更低。AMD後來也推出K10的改進版K10.5來與Intel的Nehalem競爭。
技術特點 编辑
整合北橋 编辑
全部型號的微處理器核心都整合了記憶體控制器，一般支援雙通道DDR3 SDRAM，消費級產品最高支援三通道DDR3 SDRAM，而伺服器平台則可以支援四通道DDR3 SDRAM；除此以外還處理器核心還整合了PCI Express 2.0控制器。
直連式總線 编辑
從Nehalem微架構開始，Intel改用QPI/DMI直連式總線，放棄了傳統的FSB。首發的Core i7使用了新的“Quick Path Interconnect”直連式總線，與AMD的HyperTransport相似。
相比FSB，每一個處理器都可以有獨立的QPI通道與其他處理器連接，處理器之間不用再共享FSB頻寬，並繞路到北橋才能通訊。此外，QPI是雙向傳輸[4]。
後來發布的Core i5、i3，處理器內部仍使用QPI，但與外部晶片組連接則使用與QPI類似但較QPI的頻寬小的DMI（Direct Media Interface）總線。
隨著FSB的『卸任』，一般意義上的『外頻』概念由『基準時鐘頻率』（BLCK）所取代。[5]
模組化的多核心設計 编辑
處理器採用模組化設計[6]。例如核心、記憶體控制器、以至輸入輸出介面控制器，都能夠以不同的數量配搭，而且都能做到原生多核心設計。這樣使得Nehalem架構的處理器產品線可以做成雙核心、四核心、六核心乃至八核心、十核心（僅見於Xeon E7）[7]，可以使到產品更容易針對不同市場。與AMD K10微架構類似，每一個模組都可以有獨立的電壓和獨立的時脈，讓處理器在不同負載水平的效能最大化的同時更省電。
二級分支預測器和新的轉譯後備緩衝區（Translation Lookaside Buffer，TLB）。
超執行緒 编辑
超執行緒技術回歸：部分處理器型號支援超线程的技術。消費級市場發售的最高六核心，十二執行緒，企業級的更達到八核心，十六執行緒甚至到後期的十核心，二十執行緒。不僅多執行緒處理能力加強，Intel認為該技術還能最多提升處理器30%的效能。
快取 编辑
多級快取：每核心64KB的L1快取（32KB指令快取+32KB資料快取）；每核心256KB的L2快取，雖容量大小較Core微架構的小但擁有更低的讀寫延遲值；與AMD K10一樣，Intel Nehalem微架構的處理器都內建L3快取，每一個處理器共享最小4MB至最大12MB（企業級處理器更達到30MB）。
效能、電源管理 编辑
效能動態調節和電源管理：中高階型號的處理器會支援Turbo Boost（港澳地區沒有正式官方中文名稱，台灣官方中文名稱為『渦輪加速』，中國大陸官方中文名稱為『睿頻』。其後該技術更名為Dynamic Speed，動態時脈[8]）動態時脈調整技術，倘若有程式使用較多的處理器负载，處理器的頻率可以按步驟提升，此外，可以自動往上提升倍頻[9]該功能基本不需要作業系統的支援，完全由硬體監控[10]。除了時脈管理，電源管理方面引入Power Gates技術，核心閒置的時候可被關閉。對比上一代的Core架構，的核心電阻可以被關閉，電流可以完全不通過核心。各個處理器核心可運作於不同的頻率和電壓[11]。Turbo Boost及Power Gates功能都是由同一個單元提供，佔去大約一百萬個晶体管[12]。而AMD K10及後來的改進版K10.5，核心必須手動才能關閉。
指令集 编辑
指令集更新：SIMD指令SSE4的版本會提升為SSE 4.2，SSE4.2在SSE4.1（於Core架構上）的基礎上新增了7條指令[13]；引入第二代Intel虛擬化技術，支援EPT（Extended Page Table，擴展分頁表）、VPIDs（virtual processor identifiers，虛擬處理器標識）以及非屏蔽中斷窗口退出（non-maskable interrupt-window exiting）。[14]Intel Nehalem架构的原子操作延时降低了50%，在试图限制原子的开销上。[15]
搭配晶片組 编辑
晶片組方面，Intel推出了5系列晶片組與之搭配，桌面平台有P5*、H5*、X5*等系列型號，其中P5*、H5*系列型號採用LGA1156插座，X5*採用LGA1366插座。代號Bloomfield的Core i7和後期第二批的Intel X58晶片組（允許更變倍頻）的組合再次提升Intel平台的超頻極限。核心代號Lynnfield的Core i5所使用的晶片組，更名為“PCH”（Platform Controller Hub，PCH，整合了一部分北橋和整個南橋），取代以往分離的北橋晶片和南橋晶片，成為單晶片組。[16]早期，處理器核心的電壓與系統記憶體同步。此前，Intel官方表示首批處理器產品會支持DDR3-800和DDR3-1066規格的記憶體。對於DDR3-1333，由於處理器只可以接受較低的電壓水平（限制在1.65V或以下），高速的記憶體意味著需要較高的電壓，所以此規格的官方支援仍然存在疑問[17]。後來第二批X58晶片組主機版上，處理器核心電壓與系統記憶體電壓可以實現異步，方便用家超頻[18]。另外，原先只有XE版本處理器可以調整記憶體頻率。後來Intel修改為所有上市的Core i7處理器，均可以修改記憶體和QPI總線的頻率[19]。
效能和能耗之改進 编辑
儘管核心面積比Core架構要大不少，性能較Core架構系列則仍大幅提升，並沒有令市場期望失望。[20]
與Core架構的45納米製程版本Core相比，Nehalem架構：
- 在相同的能耗下比Core架構的單執行緒效能高出10%至100%；
- 同樣的效能下的能耗平均比Core架構的低30%；
- 每核心每時鐘週期的效能平均比上代架構高12%至20%。
核心及其步進 编辑
| 核心數量（記憶體通道數量、其他總線） | 製程 | 晶片面積 | CPUID | Model | 步進 | 流動平台 | 桌面平台、 UP Server | DP Server | MP Server |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 八核心（四通道） | 45 nm | 684 mm² | 206E6 | 46 | D0 | Beckton (80604) | |||
| 四核心（三通道） | 45 nm | 263 mm² | 106A4 106A5 | 26 | C0 D0 | Bloomfield (80601) | Gainestown (80602) | ||
| 四核心（雙通道、PCIe） | 45 nm | 296 mm² | 106E4 106E5 | 30 | B0 B1 | Clarksfield (80607) | Lynnfield (80605) | Jasper Forest (80612) | |
| 雙核心（雙通道、PCIe、內建顯示核心） | 45 nm | Auburndale （已取消） | Havendale （已取消） | ||||||
| 十核心（四通道）[21] | 32 nm | 513 mm² | 206F2 | 47 | A2 | Westmere-EX (80615) | |||
| 六核心（三通道） | 32 nm | 248 mm² | 206C2 | 44 | B1 | Gulftown (80613) | Westmere-EP (80614) | ||
| 雙核心（雙通道、PCIe、內建顯示核心） | 32 nm 45 nm | 81+114 mm² | 20652 20655 | 37 | C2 K0 | Arrandale (80617) | Clarkdale (80616) | ||
- 極致效能級別的處理器無倍頻限制；
- 全部微處理器使用133MHz的基準時鐘頻率。
處理器列表 编辑
繼任微架構 编辑
Intel遵循Tick-Tock策略，於2011年第一季度發布了Intel Sandy Bridge微架構，正式取代Intel Nehalem微架構以及其製程改進版Intel Westmere微架構。
參考 编辑
- ^ , [2012-04-30], （原始内容存档于2011-12-10）
- ^ Intel Details Upcoming New Processor Generations, Intel Corporation, 2007-03-28 [2012-04-30], （原始内容于2009-02-20）
- ^ Gruener, Wolfgang, Nehalem = i7: Intel unveils new Core processor brand, TG Daily, 2008-08-10 [2012-04-30], （原始内容于2009-08-14）
- ^ 45nm最强平台！Core i7+X58深度解析. [2012-04-30]. （原始内容于2012-04-30）.
- ^ 又能超外频了? Haswell或恢复FSB概念 （页面存档备份，存于互联网档案馆） - zol.com.cn
- ^ Intel谈Nehalem带宽、扩展性、频率. [2012-04-30]. （原始内容于2012-01-14）.
- ^ Intel® Xeon® Processor E7-8870 (30M Cache, 2.40 GHz, 6.40 GT s Intel® QPI). [2012-06-27]. （原始内容于2011-12-17）.
- ^ . [2012-04-30]. （原始内容存档于2008-09-20）.
- ^ IDF秋08：Intel公布Nehalem更多细节. [2012-04-30]. （原始内容于2008-12-03）.
- ^ 英特尔下個月推四核心Atom处理器. [2012-04-30]. （原始内容于2012-04-13）.
- ^ Intel发布首颗6核心处理器Xeon X7460. [2012-04-30]. （原始内容于2012-01-14）.
- ^ 更低功耗：Core i7動態超頻技術. [2012-04-30]. （原始内容于2012-01-22）.
- ^ 革命即将开始！Core i7 965性能详测. [2012-04-30]. （原始内容于2009-08-17）.
- ^ QInside Nehalem: Intel's Future Processor and System. [2012-04-30]. （原始内容于2012-03-13）.
- ^ NO EXECUTE!, [2012-04-30], （原始内容于2012-05-11）
- ^ Botezatu, Bogdan, Intel: No Overclocking for Mainstream Nehalems, Softpedia, 2008-04-22 [2012-04-30], （原始内容于2012-01-18）
- ^ Nehalem平台极限超频存在电压限制. [2012-04-30]. （原始内容于2012-01-14）.
- ^ X58主板可以支持处理器、内存电压异步. [2012-04-30]. （原始内容于2012-01-14）.
- ^ . [2012-04-30]. （原始内容存档于2009-02-26）.
- ^ , PC Watch, 2008-01-29 [2012-04-30], （原始内容存档于2012-03-08）
- ^ Westmere-EX 10 core CPUs announced by Intel at IDF. [2012-06-03]. （原始内容于2012-03-16）.
外部連結 编辑
- InfoWorld review: Intel's Westmere struts its stuff, InfoWorld, 2010-03-16 [2012-05-01], （原始内容于2011-01-09）
- , X-bit Labs, 2009-09-24 [2012-05-01], （原始内容存档于2011-03-08）
- , Hot Hardware, 2008-11-03 [2012-05-01], （原始内容存档于2009-03-06）
- , hardCOREware.net, 2008-11-03 [2012-05-01], （原始内容存档于2008-11-06）
- , PC Perspective, 2008-11-03 [2012-05-01], （原始内容存档于2008-11-06）
- Intel Nehalem Core i7 940 Review, Xtreview, 2008-10-01 [2012-05-01], （原始内容于2012-03-09）
- Altavilla, Dave, Intel Showcases Dunnington, Nehalem and Larrabee Processors, HotHardware, 2008-03-17 [2012-05-01], （原始内容于2012-05-23）
- Shrout, Ryan, , PC Perspective, 2008-03-28 [2012-05-01], （原始内容存档于2010-05-14）
- Stokes, Jon, Intel drops a Nehalem bomb on AMD's Fusion: integrated graphics, on-die memory controller, SMT, Ars Technica, 2007-03-28 [2012-05-01], （原始内容于2009-01-25）
- Lal Shimpi, Anand, Nehalem: Single die, 8-cores, 731M transistors, AnandTech, 2007-09-18 [2012-05-01], （原始内容于2010-03-06）
- Lal Shimpi, Anand, Nehalem - Everything You Need to Know about Intel's New Architecture, AnandTech, 2008-11-03 [2012-05-01], （原始内容于2012-09-18）
- David Kanter. Inside Nehalem: Intel's Future Processor and System. realworldtech.com. 2010-04-04 [2010-12-16]. （原始内容于2010-12-21）.
- Holland, Maggie, , IT Pro, 2007-09-19 [2012-05-01], （原始内容存档于2007-10-18）
- , CHW.net, 2008-01-05 [2012-05-01], （原始内容存档于2008-07-05） （西班牙语）
- Stokes, Jon, What you need to know about Intel's Nehalem CPU, Ars Technica, 2008-04-09 [2012-05-01], （原始内容于2008-11-21）
- Torres, Gabriel, , Hardware Secrets, 2008-03-17 [2012-05-01], （原始内容存档于2008-05-16）
- Shimpi, Anand Lal, The Nehalem Preview: Intel Does It Again, AnandTech, 2008-06-05 [2012-05-01], （原始内容于2010-01-04）
- Shimpi, Anand Lal, Nehalem – Everything You Need to Know about Intel's New Architecture, AnandTech, 2008-08-21 [2012-05-01], （原始内容于2010-01-04）
- , X-bit Labs, 2008-11-02 [2012-05-01], （原始内容存档于2008-11-06）
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