踏IDF七彩祥云 Ivy Bridge處理器解析

采用3D Tri-Gate IVB增加28%晶體管

    “我意中的CPU是個(gè)蓋世英雄，有一天他會(huì)性能橫掃所有平臺(tái)，功耗卻是最低”，不知有多少DIYer曾經(jīng)這樣深度YY過，而今這一夢(mèng)想馬上就能實(shí)現(xiàn)了，Intel全新一代處理器Ivy Bridge將踏著IDF 2012的七彩祥云正式到來。。。

    是的，“沒有最好，只有更好”，每一代處理器的面世都帶來令人驚嘆的改變，不過似乎卻又都有著不足，這種局面在Ivy Bridge身上終結(jié)了，它不僅性能比Sandy Bridge更強(qiáng)，制造工藝也比后者更先進(jìn)，功耗也大幅下降——按照Intel的“TICK-TOCK”戰(zhàn)略，Ivy Bridge將帶來制程上的更新，由目前的32nm提升到22nm。

    Sandy Bridge被Intel稱為第二代酷睿i處理器，第一代酷睿i則可以追溯到2008年11月，根據(jù)評(píng)測(cè)，Sandy Bridge的高端型號(hào)酷睿i7-2600K成功超越上代旗艦酷睿i7-990X，新一代旗艦Sandy Bridge-E則是輕松成為新一代旗艦，在局面大好的情況下，作為第三代的Ivy Bridge又將如何表現(xiàn)呢？下面我們就在本屆IDF峰會(huì)之前再次聚焦期待已久的Ivy Bridge。

    采用3D Tri-Gate！IVB增加28%晶體管

    每一年，Intel都嚴(yán)格按照“TICK-TOCK”策略更新桌面處理器，也一次次得在制造工藝上領(lǐng)跑業(yè)界，今年Intel再次上演拿手好戲，一改沿用50多年的傳統(tǒng)二維平面晶體管設(shè)計(jì)，率先在業(yè)界推出三維立體晶體管，Intel將其稱為“Tri-Gate”。

    戈登·摩爾高度評(píng)價(jià)3D Tri-Gate

    Intel自2002年就開始了這一技術(shù)研究，不過長期以來都處于實(shí)驗(yàn)室階段，而今在十年后，這一創(chuàng)新技術(shù)終于從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模量產(chǎn)，盡管IBM也在進(jìn)行3D三柵級(jí)晶體管技術(shù)的研究，但是Intel首先實(shí)現(xiàn)了批量投產(chǎn)，這一工藝的量產(chǎn)對(duì)于整個(gè)IT產(chǎn)業(yè)來說具有劃時(shí)代的意義。

    摩爾定律創(chuàng)始人戈登·摩爾就對(duì)“Tri-Gate”技術(shù)做了高度評(píng)價(jià)：“在多年的探索中，我們已經(jīng)看到晶體管尺寸縮小所面臨的極限，今天(‘Tri-Gate’，小編注)這種在基本結(jié)構(gòu)層面上的改變，是一種真正革命性的突破，它能夠讓摩爾定律以及創(chuàng)新的歷史步伐繼續(xù)保持活力�！�

    Ivy Bridge相比Sandy Bridge晶體管數(shù)量增加了28%

    “Tri-Gate”晶體管技術(shù)的成熟再一次驗(yàn)證了摩爾定律(當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍)，并允許新一代處理器塞入更多的晶體管，從而實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)勁的性能。現(xiàn)在的Sandy Bridge處理器核心面積為216mm2，晶體管數(shù)量為11.6億，即將推出的Ivy Bridge處理器的核心面積為160mm2，相比縮小了25%，而晶體管數(shù)量則大幅增加到了14.8億，增長了約28%。

突破限制降低功耗 Tri-Gate重大意義

    突破限制降低功耗！Tri-Gate重大意義

    3D Tri-Gate工藝使用一個(gè)薄得不可思議的三維硅鰭片取代了傳統(tǒng)二維晶體管上的平面柵極，形象地說就是從硅基底上站了起來，這種全新設(shè)計(jì)帶來了硅芯片的重大突破。

    32nm二維晶體管設(shè)計(jì)(左)與22nm三維晶體管設(shè)計(jì)(右)

    3D Tri-Gate工藝突破了傳統(tǒng)二維晶體管限制

    從上面的示意圖上可以看出，硅鰭片的三個(gè)面都安排了一個(gè)柵極，其中兩側(cè)各一個(gè)、頂面一個(gè)，用于輔助電流控制，而2-D二維晶體管只在頂部有一個(gè)。這樣設(shè)計(jì)的好處之一便是可以突破傳統(tǒng)二維晶體管限制，從而在更小的體積內(nèi)塞入更多晶體管，以設(shè)計(jì)出更高性能的產(chǎn)品。

    3D Tri-Gate工藝使得CPU工作在更低電壓下

    3D Tri-Gate工藝帶來的另一大好處就是可以顯著降低芯片的功耗，盡管Ivy Bridge在更小的面積增加了更多晶體管，但是它的功耗卻明顯降低，這得益于3D Tri-Gate工藝帶來的漏電率降低，閾值電壓大幅下降，晶體管可以工作在更低的電壓下，這使得22nm的Ivy Bridge相比32nm的Sandy Bridge核心電壓降低了0.2V。

3D晶體管技術(shù)革新現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)

    從前面關(guān)于3D Tri-Gate工藝的介紹來看，這一創(chuàng)新技術(shù)給桌面處理器帶來了無“限”可能，實(shí)際上，Tri-Gate工藝還將引發(fā)現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)的革新。

    Intel將在以上五家晶圓廠采用22nm Tri-Gate制造工藝

    3D Tri-Gate工藝為移動(dòng)設(shè)備帶來更廣闊發(fā)展空間

    晶體管是現(xiàn)代電子的基石，3D Tri-Gate工藝一舉改變了沿用了50多年的晶體管設(shè)計(jì)，它不僅延續(xù)了摩爾定律，還將為移動(dòng)處理器芯片掃清體積和功耗上的障礙，從而在為移動(dòng)計(jì)算設(shè)備提供媲美桌面處理器性能的同時(shí)，進(jìn)一步降低設(shè)備功耗，這在電池技術(shù)發(fā)展緩慢的當(dāng)前具有非凡的意義。

    晶體管制造工藝發(fā)展

    Intel計(jì)劃推出14nm制程的Atom處理器

    Intel目前正在進(jìn)入移動(dòng)處理芯片市場(chǎng)，借助3D Tri-Gate工藝，Intel可以推出更低功耗的Atom處理器(關(guān)于Atom處理器發(fā)展歷史可參考文章：終究能否逆天！Intel Atom全面回顧)，從Intel Atom處理器路線圖上我們看到，Intel計(jì)劃于2014年推出14nm的Atom，3D Tri-Gate工藝則在2013年就登陸22nm的Atom了。在3D Tri-Gate新工藝幫助下，Intel將能推出性能更強(qiáng)、功耗更低的SoC芯片，一切順利的話，智能手機(jī)和平板機(jī)市場(chǎng)的格局將會(huì)全面改變。

制程之外的變化：架構(gòu)更新/核顯升級(jí)

    前面我們花了大量的篇幅回顧了Intel將在Ivy Bridge處理器上率先使用的3D Tri-Gate制造工藝，但是Ivy Bridge帶來的改變并不僅僅是制程上得更新，在處理器架構(gòu)層面，Intel也作了一些改進(jìn)。

    3D Tri-Gate使Ivy Bridge獲益良多

    相比Sandy Bridge，Ivy Bridge優(yōu)化了單線程計(jì)算，Intel的超線程技術(shù)是在CPU內(nèi)部內(nèi)置一部分緩沖區(qū)/隊(duì)列來讓多個(gè)線程的指令同時(shí)利用，但是在Sandy Bridge中，這些緩沖區(qū)是靜態(tài)分割開來的。如果一個(gè)緩沖區(qū)最多可以接受20個(gè)請(qǐng)求，Sandy Bridge的單個(gè)線程只能得到10個(gè)，也就是說在單線程運(yùn)算時(shí)，只能利用到一半的緩沖區(qū)，而在Ivy Bridge這部分結(jié)構(gòu)采用動(dòng)態(tài)分配設(shè)計(jì)，如果處理器只進(jìn)行單線程計(jì)算，那么緩沖區(qū)的所有資源都將能被這條線程利用。這使得Ivy Bridge的每時(shí)鐘性能提升4%-6%。

    Ivy Bridge與Sandy Bridge的異同點(diǎn)

    Ivy Bridge的核顯改進(jìn)

    除了核心部分的優(yōu)化，Ivy Bridge的核顯部分也得到全新設(shè)計(jì)。Ivy Bridge內(nèi)置的HD Graphics 4000/2500開始支持DX11(HD Graphics 2000/3000支持DX10.1)、OpenCL3.1(HD Graphics 2000/3000支持OpenCL1.1)，EU數(shù)量由12提升到了16個(gè)，從此，核顯也將能支持三屏顯示，支持的最大分辨率由Sandy Bridge核顯的2500X1600提升到4096X4096，這將能幫助核顯明顯提升游戲體驗(yàn)，此外，Ivy Bridge也迎來了新一代Intel Quick Sync快速轉(zhuǎn)碼技術(shù)， 整體上，HD Graphics 4000/2500將比上代核顯性能提升60%。

    此外，Ivy Bridge改進(jìn)了內(nèi)存控制器——內(nèi)置DDR3-2133內(nèi)存控制器，最高可以支持到DDR3-2800，而且可以使用1.35V的低電壓版內(nèi)存DDR3L。Ivy Bridge同時(shí)還改進(jìn)了電源管理技術(shù)，在同等性能水平下，相比Sandy Bridge，Ivy Bridge僅需消耗原來75%-80%的功耗。

發(fā)揮22nm的威力 7系芯片組超頻強(qiáng)勁

    發(fā)揮22nm的威力！7系芯片組超頻強(qiáng)勁

    Ivy Bridge盡管保持了跟6系芯片組的向上兼容性，Intel還是提供了代號(hào)為Panther Point的全新7系芯片組，Ivy Bridge將和7系芯片組組建Maho Bay平臺(tái)，已確定的型號(hào)為Z77、Z75和H77。

    相比6系列芯片組，7系列芯片組將支持PCI Express 3.0，并增加對(duì)USB 3.0的原生支持，對(duì)USB 3.0的原生支持可以說是7系芯片組最大、最重要的改進(jìn)，在存儲(chǔ)方面，SATA 6Gbps接口數(shù)量仍然為2個(gè)，SATA 3Gbps則為4個(gè)，并未變化。

    Ivy Bridge搭配7系列芯片組組建Maho Bay平臺(tái)

    6、7系列芯片組能分別支持Sandy Bridge、Ivy Bridge

    由于6、7系列芯片組均能支持Sandy Bridge、Ivy Bridge處理器，但是它們之間互相組合的區(qū)別是什么呢？上圖為我們一一羅列出來，主要區(qū)別在于安全、商用方面的功能，其中部分功能還需要下代Windows 8操作系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)。

    Intel建議用戶采用7系芯片組主板搭建Ivy Bridge平臺(tái)

    Intel建議用戶采用7系芯片組主板搭建Ivy Bridge平臺(tái)，因?yàn)?系芯片組將能更好得發(fā)揮22nm制程的威力——采用22nm制程后，Ivy Bridge的超頻能力顯著提升。上圖為極之玩家堂的冷水魚將一顆酷睿i7-3770K超頻至5GHz(100MHz X 50)，而此時(shí)的電壓僅為1.27V，顯然還有不小的潛力可以挖掘。

    總結(jié)：曾經(jīng)沒有一塊桌面處理器具有Ivy Bridge這樣高的能效比，我也沒有機(jī)會(huì)去珍惜，等到IDF 2012突然到來的時(shí)候我才幡然醒悟，人世間最幸福的事莫過于此，如果老天能給我一塊Ivy Bridge，我會(huì)對(duì)他說三個(gè)字：我買了。