一代产品N种架构!酷睿i系列CPU全解析

    泡泡网CPU频道6月17日 在酷睿2大获成功的基础上，Intel基于Core 2系列优秀的运算核心，大刀阔斧的改良了CPU架构，从而诞生了全新的Core i系列处理器。Core i首次整合了内存控制器、抛弃了老迈的FSB启用高速的QPI总线、加入大容量共享式三级缓存，在技术和架构方面以后来者居上的姿态全面压制AMD Phenom II系列产品，性能方面更是遥遥领先！

BloomField、Lynnfield、Clarkdale三种核心

Nehalem、Westmere、Sandybridge三种处理器架构

    全新架构的Core i系列的确非常诱人，但也很烦人。从技术方面来讲，同为Core i系列产品线，居然拥有两种不同的CPU和接口、三种截然不同的架构。在型号命名方面来讲，共有三种型号i7/i5/i3，但这三种型号并没有与三种架构相对应，三种型号又被细分为五大系列，让消费者一头雾水……

    为了帮助大家深刻认识Intel Core i产品线，理清Intel处理器及平台的技术和特色，并找到适合自己的产品，笔者特意将Intel全线产品的规格型号整理出来，并按照核心架构的不同分类介绍给大家，供选购时参考。

★ 首批Core i7：965X、940、920三款

    2008年10月，Intel正式发布了Nehalem架构的Core i7 965/940/920三款处理器以及X58芯片组，这是Intel第一款整合内存控制器和QPI总线的产品，因此备受关注。

    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3.33GHz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2.93GHz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PCI-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。

    而南桥方面使用的依然是P45芯片组当中的ICH10R，通过DMI总线与北桥相连，基本功能相信大家都比较熟悉，就不再赘述。

★ Bloomfield核心Core i7 9XX系列CPU的特点总结：

    四核八线程、三通道内存还有可以支持多显卡互联的X58芯片组，这些就是Bloomfield核心Core i7 9XX系列CPU的主要特点。

    三通道内存带来的不仅是很高的内存带宽，更重要的是六条插槽全插满的话，可以支持最大12/24GB的海量内存容量，这对有特殊需求的用户很有吸引力。

    X58北桥是目前整合了最多PCI-E 2.0通道的芯片组，对于需要强大游戏性能或者通用计算性能的用户来说，自然是插越多显卡越好，因此X58是这类用户的不二之选。

    总的来说，i7 9XX搭配X58，是Intel为追求优异性能玩家提供的终极选择，虽然它无论CPU主板还是内存都价值不菲，而且功耗很大，但除此之外别无它选。

    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PCI-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——PCI-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PCI-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PCI-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PCI-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PCI-E通道是落后的1.0版本。要知道Lynnfield核心内部整合的PCI-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PCI-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PCI-E桥接芯片，将P55当中的多条PCI-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PCI-E控制器，只支持双x8带宽的双卡互联。

    i7 8XX和i5 7XX的唯一区别是超线程，i5被人为的屏蔽了HT功能，四核心四线程，并行计算性能损失不少，但单核效能不变，因此非常适合游戏玩家。

    由于CPU整合了整颗北桥的关系，P55芯片组其实就是一颗南桥芯片，再加上少了一条内存通道，因此Lynnfield+P55平台的整体功耗要比Bloomfield+X58平台低很多。

    整套平台成本较低、加上超低的功耗和发热，Lynnfield+P55平台成为了主流中高端玩家最喜爱的配置。

    显然，四核心的Lynnfield还不够亲民，主流市场依然是双核心的天下，所以双核心的Clarkdale诞生了，这颗核心也拥有很多亮点：首次使用32nm工艺、首次整合GPU，但其架构非常特殊，不同于之前的任何一款产品。

★ Clarkdale核心：双芯片封装、内置GPU设计

Clarkdale核心处理器封装示意图

    Clarkdale核心包括CPU和GPU两个部分，CPU部分使用了新一代32nm工艺制造，是双核心四线程设计；GPU部分就是传统意义上的北桥，为45nm工艺制造，内含双通道DDR3内存控制器、PCI-E控制器和集成显卡。

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PCI-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PCI-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PCI-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的非常好的搭档还是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、PCI-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HTPC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。

    此外Clarkdale核心还有一款尚未正式发布但已经开卖的产品，就是Pentium G6950，该产品默认频率更低、超线程技术被屏蔽、三级缓存减至3MB，由于功能和规格删减较多，而价格并没有便宜太多，实际性价比其实不如i3。

★ 32nm工艺6核12线程的Core i7 980X

    2010年3月，Intel在32nm工艺成熟之后，在45nm Bloomfield核心基础上进行了改进，由此诞生了代号为Gulftown的六核心处理器：

    代号为Gulftown的六核心处理器在架构上其实与Bloomfield完全相同，但由于该处理器使用了32nm制造工艺，而且与Clarkdale一样支持AES加密/解密指令集，因此Intel将其归类到了Westmere架构里面。

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。

    可以看出，Gulftown在晶体管数大增的同时，核心面积反而有所较少，32nm工艺的威力可见一般。Gulftown目前只有Core i7 980X这一个型号，今后Intel将会发布倍频较低并且锁定倍频的主流版本。

    由于Gulftown在架构方面与Bloomfield几乎没有差别，只是改进工艺扩充规模的产物，因此Intel将其依然命名为Core i7 9XX系列。

★ Gulftown核心Core i7 980X的特点总结：

    Gulftown与Bloomfield的区别，自然就是它最大的特点：32nm工艺带来的低功耗发热、更高的超频潜力、6核心12线程的恐怖实力、还有12MB三级缓存带来的更高效能，这些都是让玩家们心动不已的卖点。

    i7 980X定价实在太高，非普通人可以接受，据悉低频率、锁倍频版本的六核版本正在酝酿之中，值得期待。

    当前Intel的处理器分为Nehalem(45nm)和Westmere(32nm)两种架构，LGA1366和LGA1156两套平台，X58、P55、H55(H57)三种芯片组，Bloomfield、Lynnfield、Clarkdale和Gulftown四颗核心，Core i7 9XX/8XX、i5 7XX/6XX、i3 5XX五大系列，其关系错综复杂，根本无法一一对应。

    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。

    从目前曝光的有限资料来看，新一代SandyBridge架构将分为LGA2011、LGA1356和LGA1155，主要区别就是内存通道数，预计平台和芯片组也将一一对应，这样其产品线就要相对清晰一些了。

SandyBridge架构依然是Nehalem架构的延续，重新排列组合各种模块而已

    其中LGA2011定位高端，将支持四通道内存，会有4/6/8核多种产品，都支持超线程技术，三级缓存升级至恐怖的20MB！处理器整合内存控制器，还整合了多达40个通道的PCI-E 3.0控制器，但没有整合显卡。

    LGA1356定位相对较低一些，支持三通道内存，也是最多8核心设计，支持超线程，20MB三级缓存，整合内存控制器和24条PCI-E 3.0控制器。

    LGA1155定位主流，仅支持双通道内存，会有2/4核产品，也支持超线程技术，三级缓存降至6MB，处理器内置PCI-E控制器和整合显卡。

    虽然接口和架构改进较大，但万变不离其宗，其实处理器内核部分的改动是非常微小的，Intel在不停的调整CPU外围的总线和功能模块，在尝试了Lynnfield与Clarkdale核心之后，最终决定采用Lynnfield的模式，将PCI-E总线也整合在了CPU当中。Clarkdale非原生式的架构和Bloomfield传统南北桥的架构都被抛弃。

● 如何区分Intel的核心代号与架构代号？

    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。Nehalem是架构代号，而Bloomfield和Lynnfield是核心代号，但由于是否整合PCI-E控制器的关系，Bloomfield和Lynnfield在架构方面还是有很大区别的。

    Clarkdale核心Core i5 6XX和i3 5XX还有Gulftown核心Core i7 980X，这些32nm工艺的处理器Intel将其统称为Westmere架构。严格来说Gulftown与Bloomfield没有本质区别，应该属于Nehalem架构，为什么要把Gulftown和Clarkdale这两颗风马牛不相及的产品放在一起呢，因为这两颗32nm的核心都支持新的AES指令集。

    至于新一代的Sandybridge架构，其实微架构方面改动并不大，高端的LGA2011平台是Nehalem架构的改良版，而低端的LGA1155平台是Westmere架构的改良版。目前曝光的资料还太少，因此就不做深究了。

● 如何区分Intel的处理器命名规则？

    上面这幅图，就很清楚的标明了Intel Core i全系列产品的架构和技术特色，下面再重点强调一下：

Core i7 9XX：4核心8线程，LGA1366接口，搭配X58芯片组(特点是PCI-E通道多)，支持三通道DDR3内存，支持睿频加速技术

Core i7 8XX：4核心8线程，LGA1156接口，搭配P55或H55芯片组，支持双通道DDR3内存，支持睿频加速技术

Core i5 7XX：4核心4线程，LGA1156接口，搭配P55或H55芯片组，支持双通道DDR3内存，支持睿频加速技术

Core i5 6XX：2核心4线程，LGA1156接口，搭配H55芯片组（如果P55就不能使用集显），支持双通道DDR3内存，内置集成显卡，支持睿频加速技术

Core i3 5XX：2核心4线程，LGA1156接口，搭配H55芯片组（如果P55就不能使用集显），支持双通道DDR3内存，内置集成显卡，不支持睿频技术

　　在产品线中，还有一款定位于入门级别的产品，奔腾G6950，其仅仅具备两颗核心，不支持超线程技术和睿频加速技术，三级缓存被精简至3MB，同时也仅仅能够支持1066MHz的DDR3内存。在GPU方面，奔腾G6950也是有所精简，仅仅达到了533MHz的频率。■<