Core i7的改進(jìn)

　　原生四核+全新緩存設(shè)計(jì)

　　我們知道，Core 2 Quad系列四核處理器其實(shí)是把兩個Core 2 Duo處理器封裝在一起，并非原生的四核設(shè)計(jì)，通過狹窄的前端總線FSB來通信，這樣的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)延遲問題比較嚴(yán)重，性能并不盡如人意。Core i7則采用了原生四核設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的QPI（QuickPath Interconnect，下面將進(jìn)行介紹）總線進(jìn)行通訊，傳輸速度是FSB的5倍。

　　緩存方面也采用了三級內(nèi)含式Cache設(shè)計(jì)，L1的設(shè)計(jì)和Core微架構(gòu)一樣；L2采用超低延遲的設(shè)計(jì)，每個內(nèi)核256KB（256x4 KB）；L3采用共享式設(shè)計(jì)，被片上所有內(nèi)核共享，容量為8MB。

　　采用全新QPI總線

　　Core i7的Nehalem架構(gòu)最大的改進(jìn)在前端總線（FSB）上，傳統(tǒng)的并行傳輸方式被徹底廢棄，轉(zhuǎn)而采用基于PCI Express串行點(diǎn)對點(diǎn)傳輸技術(shù)的通用系統(tǒng)接口（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(dá)到25.6GB/sec。QuickPath的傳輸速率是FSB 1333MHz的5倍，前者雖然數(shù)據(jù)位寬較窄，但傳輸帶寬仍然是后者的2.5倍。由于分別用于雙處理器和單處理平臺，Gainestown有兩條QuickPath，而Bloomfield僅有一條。不難看出，在AMD推出HyperTransport高速串行總線，并逐漸在高性能運(yùn)算領(lǐng)域建立優(yōu)勢之后，Intel也迎頭趕上。若干年前，關(guān)于串行傳輸將一統(tǒng)天下的預(yù)言已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)，我們所要等待的是串行內(nèi)存何時重返市場。

　　集成內(nèi)存控制器

　　內(nèi)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(jīng)集成了內(nèi)存控制器，能大幅提升內(nèi)存性能，而Intel方面則表示由于時機(jī)還不合適，因此沒有在Core2中使用，現(xiàn)在最新的Core i7終于擁有集成內(nèi)存控制器IMC（Integrated Memory Controller），可以支持三通道的DDR3內(nèi)存，運(yùn)行在DDR3-1333，內(nèi)存位寬從128位提升到192位，這樣總共的峰值帶寬就可以達(dá)到32GB/s，達(dá)到了Core 2的2-4倍。處理器采用了集成內(nèi)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(nèi)存延遲的現(xiàn)象。

　　同步多線程技術(shù)

　　原生四核Core i7有八個邏輯內(nèi)核

　　超線程技術(shù)（Hyper-Threading），最早出現(xiàn)在130nm的Pentium 4上，超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把兩個邏輯內(nèi)核模擬成兩個物理芯片，讓單個處理器都能使用線程級并行計(jì)算，進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件，減少了CPU的閑置時間，提高的CPU的運(yùn)行效率。超線程技術(shù)使得Pentium 4單核CPU也擁有較出色的多任務(wù)性能，現(xiàn)在通過改進(jìn)后的超線程技術(shù)再次回歸到Core i7處理器上，新命名為同步多線程技術(shù)（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(zhí)行2個線程。對于執(zhí)行引擎來說，在多線程任務(wù)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(wù)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劃算得多。比起Pentium 4的超線程技術(shù)（Hyper-Threading），Core i7的優(yōu)勢是有更大的緩存和更大的內(nèi)存帶寬，這樣就更能夠有效的發(fā)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%。

　　為什么Core 2沒有使用SMT？很顯然，它是可以做到的。SMT是在節(jié)省電力的基礎(chǔ)上增加了性能，而且軟件支持的基礎(chǔ)建設(shè)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(nèi)存帶寬和CPU內(nèi)部帶寬來利用SMT獲得優(yōu)勢。通常，SMT能夠提升內(nèi)存級并行（memory level parallelism，MLP），但是對于內(nèi)存帶寬已經(jīng)成為瓶頸的系統(tǒng)則是個麻煩。而更有可能的原因則是SMT的設(shè)計(jì)、生效等是很麻煩的，而當(dāng)初設(shè)計(jì)SMT是由INTEL的Hillsboro小組主持，而并非是Haifa小組（Core 2是由這個小組負(fù)責(zé)的）。這樣Core 2不使用SMT就避免了冒險(xiǎn)。

　　自動超頻，核心加速

　　Turbo Mode，顧名思義，就是加速模式，它是基于Nehalem架構(gòu)的電源管理技術(shù)，通過分析當(dāng)前CPU的負(fù)載情況，智能地完全關(guān)閉一些用不上的核心，把能源留給正在使用的核心，并使它們運(yùn)行在更高的頻率，進(jìn)一步提升性能；相反，需要多個核心時，動態(tài)開啟相應(yīng)的核心，智能調(diào)整頻率。這樣，在不影響CPU的TDP情況下，能把核心工作頻率調(diào)得更高。

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

　　Turbo Boost默認(rèn)是開啟的，通過自動調(diào)高CPU的倍頻提高性能。在Intel原廠X58主板上，低負(fù)載時默認(rèn)調(diào)高1-2個倍頻。例如Core i7 920默認(rèn)頻率為2.66G，在Turbo Boost默認(rèn)是開啟的情況下，運(yùn)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(diào)整嗎？如果可以，不就能利用它進(jìn)行超頻嗎？答案是可以的，只要是Exterme Edition CPU，就可以手動調(diào)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(shù)據(jù)流擴(kuò)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(shí)現(xiàn)，稱為SSE 4.1。SSE 4.1指令的引入，進(jìn)一步增強(qiáng)了CPU在視頻編碼/解碼、圖形處理以及游戲等多媒體應(yīng)用上的性能。其余的7條指令在Core i7中也得以實(shí)現(xiàn)了，稱為SSE 4.2。SSE 4.2是對SSE 4.1的補(bǔ)充，主要針對的是對XML文本的字符串操作、存儲校驗(yàn)CRC32的處理等。