未尽全力也已扛鼎 SNB-E平台深度评测

今年的处理器市场注定跌宕起伏，前有Sandy Bridge的发布，后有“推土机”携FX的复仇。而现在SandyBridge-E的登场，则开启了一场让玩家们期待了三年之久的桌面平台性能王座拼夺战。虽然只是Intel的独角戏，但以取代统治桌面市场3年之久的X58平台为目标就注定了这是一个吸引眼球的秀场！

SandyBridge-E究竟是何方神圣；

SandyBridge-E到底有何特别？

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现在来看，2008年购入X58平台的玩家们无疑是幸运和明智的。通过Nehalem和Gulftown两代处理器，这个“老”平台在过去三年中一直把持着消费级市场的王者地位。这在芯片世界可谓绝无仅有。新的Sandy Bridge-E（以下简称SNB-E）+X79平台则无疑是Intel的一次自我超越，我们相信它的实力，也更期待它的未来……

规格跃进——“第二代”Core i7处理器规格解析

SNB-E平台架构图

英特尔在其产品介绍中，将SNB-E核心的酷睿i7处理器称为第二代英特尔酷睿i7处理器。这个“第二代”显然是相对第一代采用Nehalem及其改进型核心的酷睿i7 而言，也寓意了X58平台的正统接班人正式登场了。首发推出的SNB-E核心处理器新品有三款，分别是两款六核心产品和一款四核心产品，它们的规格分别如表1所示。

表1：首发三款Core i7 3000系列处理器规格一览

这三款处理器的名称分别是：Core i7 3960X Extreme Edition（以下简称Core i7 3960X）、Core i7 3930K和Core i7 3820。其中Core i7 3960X将占据999美元的顶级位置，以替代Core i7 990X的市场定位。而首颗达到《微型计算机》评测室的就是其中的顶级型号Core i7 3960X，它也就是本次测试的主角。从表1中我们能看到Core i7 3960X主频高达3.3GHz，拥有6核心12线程和高达15MB的三级缓存，同时开放倍频设置；次高端Core i7 3930K 只是比Core i7 3960X主频低100MHz，缓存被削减至12MB。“弱”的一款Core i7-3820则没有开放倍频，核心数削减至4个，缓存削减至10MB，但主频高达3.6GHz。

就核心底层架构上来说，SNB-E和SNB没有本质上的不同。但是SNB-E的外围核心即uncore、I/O模块和内存控制器等部分进行了重新设计。也因此带来了核心间通信能力、PCI-E总线扩展能力和内存带宽上的巨大变化。事实上，SNB-E的架构设计完全脱胎于SNB-EP系列服务器处理器。本刊曾在今年9月刊的《技术与趋势》栏目中通过《Sandy Bridge-EP处理器技术深度解析》一文对SNB-EP架构做过详细解析。归纳起来说，SNB-E的大特点不外乎以下几点：

1、SNB-E内置内存控制器，内存规格由X58平台的三通道进一步上升到四通道，高支持DDR3 1600，每通道带宽为12.8GB/s，四通道联合可以提供51.2GB/s的理论带宽，成为目前桌面平台为强大的内存系统。

2、SNB-E支持英特尔第二代睿频（Tubro Boost）技术，大可加速至3.9GHz（Core i7 3960X和Core i7 3820可加速至3.9GHz，Core i7 3930K只能加速到3.8GHz），单核心加速能力提高到多600MHz。

3、SNB-E使用了继承自SNB-EP的包含式L3缓存设计和环路总线设计方案。其中包含式L3缓存设计能有效提升内部带宽和数据有效性，避免出现类似数据拥堵、缓存争用等问题，能让SNB-E的缓存系统拥有更高的数据有效性。同时，相比传统的交叉总线来说，还降低了设计难度。

4、SBN-E内置PCI-E “3.0”控制器，并提供多达40条链路的多种组合方案，不需第三方芯片帮助就能为各种多路显卡并联提供足够的带宽支持。

第一个特性很好理解，也是玩家们喜闻乐见的。毕竟X58平台三通道DDR3 1066的规格早已不能满足处理器对内存带宽的需求，甚至被高频的双通道内存超越了。在此前提下，玩家们自然很期待新一代的旗舰平台能在内存带宽上有所突破，显然SNB-E没有让大家失望。除支持4通道DDR3 1600这样的“暴力”规格，还终于在顶级平台上实现了内存控制器的内置。相比采用传统南北桥结构，内存控制器位于北桥芯片中的X58平台来说，内置的内存控制器无疑拥有更低的读写延迟、更好的性能和更为出色的稳定性、兼容性。

关于第二代Tubro Boost，Intel称它为睿频2.0。它是SNB平台的一个重要功能。原理上两代技术没有差别，都是让处理器可以根据每个核心的负载状况判断当前所需要的核心数量，然后通过大幅提升单个核心频率或者同时提高所有核心频率的方式来提高性能。但睿频2.0的频率提升幅度更大也更智能。以Core i7 3960X为例，CPU默认频率是3.3GHz，通过睿频可以使所有核心达到3.6GHz，单核睿频大可以提升到3.9GHz。相比睿频1.0不超过300MHz的提升幅度明显高不少。而睿频2.0的智慧之处就是超过TDP的瞬间提速能力，即C0状态下，系统功耗是超过TDP限制的，但在此时CPU内核温度并没有瞬间突破限制，睿频2.0可以允许CPU利用温度突破限制前的间隙（大约能够持续20多秒）将CPU频率进一步提升。因此，这项技术对于打开软件时的瞬间加速还是非常有效果的。

而包含式L3缓存设计和环路总线设计方案不仅带来缓存容量的大幅提升，也让为SNB-EP设计的用于多路CPU互联的QPI 1.1总线失去了存在意义。因为在单处理器的桌面平台上不再需要QPI来满足于其他处理器的通信，而核心内的通信则有环路总线全权负责。所以我们看到当前的SNB-E与X79芯片组的通信仅使用了传统的DMI总线。其带宽有20Gb/s（约为2.5GB/s），考虑到X79芯片组事实上已经“沦落”为一颗南桥芯片，对带宽要求并不高，因此这样的设计基本不会成为性能瓶颈。

后，关于PCI-E控制器的问题相信不少玩家都很疑惑。是的，直到SNB-E处理器正式发布之时Intel都还以2.0规格在宣传SNB-E集成的PCI-E控制器。但是其官方放出的技术文档却给了大家一个惊喜。

从图中我们能看到，在规格上，至少总线速度上SNB-E已经具备了PCI-E 3.0的水准。但Intel为什不直接宣称SNB-E支持PCI-E 3.0呢？为此，我们特地请教了一线主板厂商的研发工程师。根据他们的回答我们得知，SNB-E在设计时确实是按照PCI-E 3.0规范进行的，而且各大主板厂商的X79主板也必须严格按照Intel的指示布线，原理上都支持PCI-E 3.0总线。而且他们通过实际测试也验证了单路总线8GT/s的速度。不过当前以AMD和NVIDIA为代表的扩展卡厂商对过渡到PCI-E 3.0总线并不积极，因此造成SBN-E发布时仍没有一款正式发布的采用PCI-E 3.0接口的扩展卡用来验证产品间的兼容性和稳定性。所以，严谨的Intel没有一开始就夸下SNB-E支持PCI-E 3.0的海口，只是技术文档曝光后承认了SNB-E支持PCI-E 3.0的设计思路。

官方的技术解析中明确写出SNB-E支持PCI-E 3.0规格，单路连接速度高达8GT/s。

Core i7 3960X、Core i7 980X和Core i7 2600K处理器封装尺寸对比。从图中我们已经可以看出Core i7 3960X的面积明显大于Core i7 980X、Core i7 2600K，其封装面积52.5×45＝2362.5mm2，成为史上大个头的消费级处理器。相比之下LGA 1155封装的Core i7 2600K才1406.25mm2，SNB-E比之大了68％之多。事实上，作为新旗舰的Core i7 3960X集成了惊人的22.7亿晶体管，相比Core i7 980X的11.7亿和Core i7 2600K的9.95亿有了翻倍的增长。因此，在同样的32nm工艺下，Core i7 3960X的核心Die面积高达434.7mm2。比起Core i7 980X的248mm2和Core i7 2600K的216mm2，这个面积可谓大得有些夸张（FX 8150 约20亿晶体管，315mm2Die面积）。在佩服Intel拥有如此高水平工艺来保证大核心产品制造良率的同时，编辑也在担心这个庞然大物会不会是一个功耗“怪兽”。是否如此呢？让我们在测试环节来验证吧。

Core i7 3960X、Core i7 980X和Core i7 2600K封装接口对比，分别是LGA 2011、LGA 1366和LGA 1155。相比LGA 1366和LGA 1155来说LGA 2011处理器的针脚密度再次加大，而中心的贴片元件区域则进一步缩小。

两代6核心12线程处理器CPU-Z截图对比。CPU-Z 1.58.7版本已经能很好地识别出Core i7 3960X的信息，包括名称、核心数量、指令集、缓存和工艺等主要参数。从上图我们也能看出，相比Core i7 980X，Core i7 3960X在总线、缓存和指令集上有明显的改动。总线这个识别栏目里，CPU-Z清晰的标识出了Core i7 980X运行在3204.4MHz的QPI总线，这是处理器内核间的主要通信线路。而采用了双向环形总线的Core i7 3960X内核间不再需要通过QPI总线通信。因此，CPU-Z识别里这项是灰色。此外，英特尔为了发挥出包含式L3缓存设计的效能，避免缓存争用的情况，还将Core i7 3960X的共享三级缓存提高到了15MB，并采用20路组关联策略。而新增的AVX指令集无疑将助Core i7 3960X在浮点密集型运算中拥有更出色的表现。 

事实上，关于PCI-E总线的版本问题，我们觉得玩家大可不必太过纠结。毕竟当前PCI-E 2.0总线的速度还足够快，而且支持PCI-E 3.0规格的显卡也至少要等到明年底才能上市，反倒是SNB-E平台的扩展能力值得采用多路显卡系统的用户关注。根据Intel提供的技术文档我们获知SNB-E处理器内置了40条PCI-E通道，并且拥有极高的拆分灵活性。在组建多路SLI或者CrossFire系统方面，英特尔设计了灵活的2×16搭配1×8、或者1×16搭配3×8，或者1×16搭配2×8再加上2×4的规格。只要主板设计合理（有足够的空间布置PCI-E插槽），厂商就能自由分配PCI-E带宽以方便用户使用。相比起来之前的SNB只拥有20条PCI-E 2.0规格的控制器，在面对多路显卡互联的时候还得依靠第三方芯片的辅助。而SNB-E如此灵活和强大的规格，无疑彻底释放了顶级平台的图形潜力。

上图为Core i7 3960X处理器内核示意图、右为Core i7 980X处理器内核示意图。对比你会发现环路总线和交叉总线的内核布局差异明显。

上图为英特尔还公布的SNB-E处理器内部结构示意图。这是张很有趣的图片，从图片上你能看到缓存设计在CPU中央，CPU核心、uncore以及I/O部分、内存控制分别围绕在缓存四周，这体现了英特尔采用的环路缓存总线的设计方案。因为只有环路总线设计方案，才需要将各个功能区块设计在总线周围，以尽可能简化线路。而传统的交叉总线缓存大部分放置在CPU的上部或者下部，例如右边的Core i7 980X处理器结构示意图。

另外，上图也为我们透露出了一个重要的信息，那就是SNB-E和SNBEP的“血亲”关系。在图中英特尔只标识出了六个CPU核心的位置，还有两块空白区域没有任何标识。如果给这两块空白区域标注上“Core”，然后再加入QPI总线的说明，这就是一张SNB-EP处理器的内核结构图片——这也证明了SNB-E在物理结构上只是SNB-EP屏蔽了部分功能区域的简化产品。这样做的原因也很简单：Intel当前的工艺很难在130W左右的功耗限制下，让SNB-E的八个核心（假如有）都在高频率下稳定的运行。而对目前民用用户来说，由于软件优化等问题，更多的核心暂时还无用武之地，还不如高频率在实际应用和测试中的表现那么优秀。