Intel_Sandy_Bridge_详解.docx

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1、如果翻看几年前的资料，可以发现，在那时候，英特尔处理器32nm制程下的两个微架构分别是Nehalem-C和GESHER，尤其是后一个，对我们来说是相当陌生的。 几年前的资料，今天的微架构代号为GESHER　　当然很多读者能猜得出，昔日的Nehalem-C就是今天的Westmere（Clarkdale核心Core i5/i3的微架构），而GESHER无疑就是最火热的SandyBridge（SNB）。　　在希伯来文中，GESHER是桥梁的意思，对于Sandy Bridge来说，这是一个恰如其分的比喻，它是英特尔三个分割世界的综合

2、体：融合了P6（代表Pentium Pro）、NetBurst（代表Pentium 4）的特性，并整合了新一代图形核心，这样的结果使得一个创新的微架构集成在32nm制程的单芯片上。　　英特尔的“Tick-Tock”战略众所周知，“制程技术-微架构”交替更新，偶数年带来新架构，而奇数年则带来工艺的进步。在2010年伊始，英特尔就将制程提升到了32nm，而今年微架构将升级到新一代的Sandy Bridge。　　历史的钟声刚刚在2011年敲响，英特尔新一代微架构SandyBridge就正式发布了，在今后一段时间内，它将是所有目光的

3、聚焦点。◆SandyBridge微架构简介　　Sandy Bridge是一个全新的基于昔日P6和NetBurst微架构某些元素的集合，虽然它比较相似于P6，但是还是存在着较大的不同，当然了，上一代Nehalem的上一代Core微架构也是脱胎于P6，Sandy Bridge也深深烙下了P6的印记。而像uop缓存和physicalregister file(物理寄存器文件)，它们都是从NetBurst微架构上汲取过来的。总体上，Sandy Bridge的每个方面都较上一代Nehalem有所提高。 SandyBridge核心图　　

4、虽然Sandy Bridge还是采用的32nm制程，但相较于Westmere，它真正将GPU与CPU融合，从以前的双U各立山头到合二为一，就是非常大的突破。当然Sandy Bridge的变化并不仅限于此，其主要特性还有：　　　•32nm工艺全新微架构，性能更高功耗更低　　　　　–新的分支预测单元　　　　　–新的Uop缓存　　　　　–新的物理寄存器文件　　　　　–有效执行256位指令　　　　　–放弃QPI，改用环形总线　　　　　–最末级缓存LLC机制　　　　　–新鲜的系统助理　　　•32nm工艺新一代图形引擎，出色的媒体与视频

5、性能　　　•高级矢量扩展指令集(IntelAVX)，加快浮点运算密集型应用　　　•TurboBoost2.0睿频技术，动态调控CPU和GPU频率　　从Nehalem开始，英特尔将处理器核心分为了核心（Core）与非核心（Uncore）两部分，我们在讲述SandyBridge架构上改进的时候，也将分开Core和Uncore来叙述，不过需要先了解一下CPU内部的工作流程。 ◆CPU工作流程　　P6是首个乱序执行（OutofOrderExecute）的微架构，作为P6繁衍的产品，SandyBridge和Nehalem都是采用乱序执

6、行超标量（Superscaler）x86指令的架构，其内部的工作流程基本如下：　　一套完整的计算机程序是由很多指令组成的。在执行前，程序首先被加载到内存中，程序执行时，处理器首先要从内存或高速缓存中获取指令，这个过程被成为取指（InstructionFetch）。在处理器取到指令后，需要判断这条指令是什么类型的指令，究竟要执行什么操作，这个过程被称为译码（Decode）。在指令被译码后，需要为这条指令分配它计算所需要的资源，例如加法器等，这个过程被称为分派和发射（Dispatch和Lauch）；指令在计算单元中具体执行的过程

7、被称为执行（Exectue）；执行结束后，需要将运行结果存回目标地址，这个过程被称为回写（WriteBack）。　　如图上所示，在处理器内部的电路单元设计与上述过程是一一对应的。Sandy Bridge对比Nehalem在核心部分就以上每方面都做了相应的改进。　　在深入了解SandyBridge微架构之前，首先我们先来了解一下Nehalem微架构处理器的核心功能区间划分： Nehalem核心微架构图　　Nehalem微架构中的任何一款处理器其核心（Core）部分的电路设计均如图上所示，只有非核心（Uncore）部分不同，以及

8、是否遮蔽了超线程技术。Sandy Bridge微架构采用了同样的方法用以划分高、中、低端产品。　　从下文开始，将开始介绍SandyBridge在Core部分的具体改动部分。 ◆取指：新的分支预测单元　　CPU前端的主要任务是从指令流传递足够Uops（微操作）来保持后端饱和状态，指令流的传递