一代酷睿i系列CPU全解析

2010本文导航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★第二批Core i7：975X、960、950、930在首批Core i7发布三月后，Intel改进制程，依然是45nm工艺但D0比C0体制更好、功耗发热更低、超频能力更强。

由此就诞生了主频达3.33G Hz的i7 975X处理器，主流价位的i7 920也跟着沾光，D0制程的新版大受欢迎。

为了进一步细分产品线，不同倍频的型号相继上市，他们是960(3.2GHz,与965X相同但960锁倍频)、950(3.06GHz)、930(2.8GHz)。

而此前的940和920的主频分别为2.93G Hz和2.66GHz。

Bloomfield核心的整个i7 9XX系列CPU除了主频（倍频）不同外，其它方面几乎没有任何区别，默认QPI总线速度Extreme 版要更高一些，但不会影响处理器性能。

★配套芯片组X58+ICH10R，接口类型LGA1366与之搭配的芯片组，只有X58这一款。

X58芯片组为传统的南北桥设计，北桥通过QPI总线与CPU相连，内部整合了36条PC I-E 2.0通道，可以灵活的分配为两条x16或者四条x8插槽，供多显卡使用。

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核心示意图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PC I-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——PC I-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PC I-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。

Intel官方的这张示意图让很多人产生误解事实上在Lynnfield核心内部，除了整合了内存控制器外，Intel连PC I-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。

Lynnfield内部整合了QPI总线，但已被锁定，可以通过超外频提升也就是说，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PC I-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PC I-E通道是落后的1.0版本。

要知道Lynnfield 核心内部整合的PC I-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PC I-E 1.0接口就成为了最大瓶颈。

为了缓解这一瓶颈，一线主板厂商不得不整合第三方PC I-E桥接芯片，将P55当中的多条PC I-E 1.0通道组合起来使用，这种方法让主板成本增加不少。

★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PC I-E控制器，只支持双x8带宽的双卡互联。

Clarkdale的北桥(GPU)和CPU部分示意图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PC I-E控制器，还整合了显示核心，看似更加先进。

透过这张架构图，就可以更清楚的认识Clarkdale的互联架构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PC I-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PC I-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、PC I-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HT PC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，而i5比较鸡肋。

模块化的设计使得Intel很容易去扩充核心数量和缓存大小Gulftown相比Bloomfield，得益于32nm先进工艺，Intel可以在CPU内部植入更多的晶体管，最终结果就是核心多了两颗，三级缓存由8MB升级为12MB，其它架构和技术方面没有任何变化（唯一的改进就是加入了AES加密指令），配套芯片组依然是X58，老主板只要更新BIOS内CPU代码就能支持。

可能连Intel自己都觉得以上架构、平台与型号实在太过混乱了，于是准备使用全新的架构终结以上所有产品，时间将会是今年年底和明年全年。

虽然Intel的处理器架构以及核心非常混乱，但Intel的策略还是很清晰的，完全按照Tick Tock钟摆式的模式在前进——奇数年改进工艺、偶数年改进架构：其中，Bloomfield核心Core i7 9XX、Lynnfield核心Core i7 8XX和i5 7XX，这些45nm工艺的处理器Intel将其统称为Nehalem架构。