原生四核處理器

原生四核處理器不同於普通的四核處理器，具有更為強大的運算速度和性能

普通的四核處理器僅僅是將兩個雙核處理器封裝在一起的所謂“粘合”，戲稱“膠水四核”

由於不同公司之間架構的不相同，原理也不同程度的差異

以下，我將分Intel和AMD兩家公司所推出的原生四核處理器做一個詳細的解釋與闡釋

Intel的第一款原生四核處理器是於2008年推出的64位四內核CPU——Core i7（中文：酷睿i7，內核代號：Bloomfield），沿用I7 920x86-64指令集，並以Intel Nehalem微架構為基礎，取代Intel Core 2系列處理器。

1. 基於Nehalem微架構

2. 2-8顆核心。

3. 內置三通道DDR3內存控制器。

4. 每顆核心獨享256KB二級緩存。

5. 8 MB共享三級緩存。

6.SSE 4.2指令集（七條新指令）。

7.超線程技術。

8. Turbo mode（自動超頻）。

9. 微架構優化（支持64-bit模式的宏融合，提高環形數據流監測器性能，六個數據發射端口等等）

10. 提升預判單元性能，增加第二組分支照準緩存。

11. 第二組512路的TLB。

12. 對於非整的SSE指令提升性能。

13. 提升虛擬機性能（根據Intel官方數據顯示，Nehalem相對65nm Core 2在雙程虛擬潛伏上有60%的提升，而相對45nm Core 2產品提升了20%）

14. 新的QPI總線。

15. 新的能源管理單元。

16. 45nm製程，32nm製程產品隨後上線，代號Westmere。

17. 新的1366針腳接口。

Nehalem相當於65nm產品有着如下幾個最重要的新增功能

1.SSE4.1指令集（47個新SSE指令）。

2. 深層休眠技術（C6級休眠，只在移動芯片上使用）。

3. 加強型Intel動態加速技術（只在移動芯片上使用）。

4. 快速Radix-16分頻器和Super Shuffle engine，加強FPU性能

5. 加強型虛擬技術，虛擬機之間交互性能提升25%-75%。

原生四核+全新緩存設計+有八個邏輯內核

我們知道，Core 2 Quad系列四核處理器其實是把兩個Core 2 Duo處理器封裝在一起，並非原生的四核設計，通過狹窄的前端總線FSB來通信，這樣的缺點是數據延遲問題比較嚴重，性能並不盡如人意。Core i7則採用了原生四核設計，採用先進的QPI（QuickPath Interconnect，下面將進行介紹）總線進行通訊，傳輸速度是FSB的5倍。

緩存方面也採用了三級內含式Cache設計，L1的設計和Core微架構一樣；L2採用超低延遲的設計，每個內核256KB（256x4 KB）；L3採用共享式設計，被片上所有內核共享，容量為8MB。

Core i7的Nehalem架構最大的改進在前端總線（FSB）上，傳統的並行傳輸方式被徹底廢棄，轉而採用基於PCI Express串行點對點傳輸技術的通用系統接口（CSI），被Intel稱為QuickPath。QuickPath的傳輸速率為6.4GT/S，這樣一條32bit的QuickPath帶寬就能達到25.6GB/sec。QuickPath的傳輸速率是FSB 1333MHz的5倍，前者雖然數據位寬較窄，但傳輸帶寬仍然是後者的2.5倍。由於分別用於雙處理器和單處理平台，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，並逐漸在高性能運算領域建立優勢之後，Intel也迎頭趕上。若干年前，關於串行傳輸將一統天下的預言已經變成了現實，我們所要等待的是串行內存何時重返市場。

內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已經集成了內存控制器，能大幅提升內存性能，而Intel方面則表示由於時機還不合適，因此沒有在Core2中使用，現在最新的Core i7終於擁有集成內存控制器IMC（Integrated Memory Controller），可以支持三通道的DDR3內存，運行在DDR3-1333，內存位寬從128位提升到192位，這樣總共的峯值帶寬就可以達到32GB/s，達到了Core 2的2-4倍。處理器採用了集成內存控制器後，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存延遲的現象。

超線程技術（Hyper-Threading），最早出現在130nm的Pentium 4上，超線程技術就是利用特殊的硬件指令，把兩個邏輯內核模擬成兩個物理芯片，讓單個處理器都能使用線程級並行計算，進而兼容多線程操作系統和軟件，減少了CPU的閒置時間，提高的CPU的運行效率。超線程技術使得Pentium 4單核CPU也擁有較出色的多任務性能，現在通過改進後的超線程技術再次迴歸到Core i7處理器上，新命名為同步多線程技術（Simultaneous Multi-Threading，SMT）。

同步多線程（Simultaneous Multi-Threading，SMT）是2-way的，每核心可以同時執行2個線程。對於執行引擎來説，在多線程任務的情況下，就可以掩蓋單個線程的延遲。SMT功能的好處是隻需要消耗很小的核心面積代價，就可以在多任務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説要划算得多。比起Pentium 4的超線程技術（Hyper-Threading），Core i7的優勢是有更大的緩存和更大的內存帶寬，這樣就更能夠有效的發揮多線程的作用。按照INTEL的説法，Nehalem的SMT可以在增加很少能耗的情況下，讓性能提升20-30%。

為什麼Core 2沒有使用SMT？很顯然，它是可以做到的。SMT是在節省電力的基礎上增加了性能，而且軟件支持的基礎建設也早就有了。有2個可能的原因：一是Core 2可能沒有足夠的內存帶寬和CPU內部帶寬來利用SMT獲得優勢。通常，SMT能夠提升內存級並行（memory level parallelism，MLP），但是對於內存帶寬已經成為瓶頸的系統則是個麻煩。而更有可能的原因則是SMT的設計、生效等是很麻煩的，而當初設計SMT是由INTEL的Hillsboro小組主持，而並非是Haifa小組（Core 2是由這個小組負責的）。這樣Core 2不使用SMT就避免了冒險。

Turbo Mode，顧名思義，就是加速模式，它是基於Nehalem架構的電源管理技術，通過分析當前CPU的負載情況，智能地完全關閉一些用不上的核心，把能源留給正在使用的核心，並使它們運行在更高的頻率，進一步提升性能；相反，需要多個核心時，動態開啓相應的核心，智能調整頻率。這樣，在不影響CPU的TDP情況下，能把核心工作頻率調得更高。

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

Turbo Boost默認是開啓的，通過自動調高CPU的倍頻提高性能。在Intel原廠X58主板上，低負載時默認調高1-2個倍頻。例如Core i7 920默認頻率為2.66G，在Turbo Boost默認是開啓的情況下，運行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整嗎？如果可以，不就能利用它進行超頻嗎？答案是可以的，只要是Exterme Edition CPU，就可以手動調整，好好利用，新的超頻方式從此誕生。

完整的SSE 4(Streaming SIMD Extensions 4，流式單指令多數據流擴張)指令集共包含54條指令，其中的47條指令已在45nm的Core 2上實現，稱為SSE 4.1。SSE 4.1指令的引入，進一步增強了CPU在視頻編碼/解碼、圖形處理以及遊戲等多媒體應用上的性能。其餘的7條指令在Core i7中也得以實現了，稱為SSE 4.2。SSE 4.2是對SSE 4.1的補充，主要針對的是對XML文本的字符串操作、存儲校驗CRC32的處理等。

AMD的第一款原生四核處理器是於2007年11月20日發佈的基於AMD K10架構的桌面Phenom處理器（中文名為弈龍）

支持更好的多任務處理性能，用户可以運行更多應用和在更短時間內處理更多任務

提供領先的PC系統性能

使應用性能得到極大的改進，提高了系統吞吐能力，降低了延遲，使用户得到更佳的PC體驗

4000MHz總線頻率提供了驚人的系統敏捷性，以實現更高的3D圖形處理性能

支持更優的多任務處理和多線程體驗

改進了數字媒體和3D遊戲體驗

有助於改進多線程軟件的性能

為應用軟件提供更快的性能

提供更鋭麗、更逼真的3D圖形

幫助虛擬化軟件更安全高效地運行

極為高效的性能和電源管理，支持更安靜低温的平台設計和併為系統投資提供保護