Nehalem最新架构预览!显卡北桥全集成

汲取惨遭 AMD K8 痛击的教训， Intel 自 2006 年下半年发布「 Core 」微架构产品后，亦同时宣布了全新「 Tick-Tock 」硅与微架构发展战略，以每两年推出更新设计微架构的产品进行世代交替，按照 Intel 最新处理器规划， 2008 年下半年将发布全新「 Nehalem 」微架构产品，究竟新一代产品设计有何突破 !? HKEPC 编辑部将详细解构 Intel 2009 年桌面平台布局，并详尽披露全新「 Nehalem 」微架构产品规划。

The Next Brand New Microarchitecture -- 「 Nehalem 」

为迎合未来十年甚至更远的处理器市场发展， Intel 发布了全新的「 Tick-Tock 」硅与微架构发展战略，于每年推出新处理器技术时，皆具备改良的微架构或是全新设计微架构，每个「 Tick 」代表推出具有增强微架构的新一代硅制程技术，与相对的「 Tock 」代表推出全新微架构，而每个「 Tick-Tock 」周期大约为 2 年。

因此按照既定规划， Intel 已经在去年 11 月发布了代号为「 Penryn 」的下一代 Core 2 处理器家族，基于全新 45 奈米 High-K 金属闸极 ( high-k metal gate ) 技术，及经改良的微架构设计，是最近一次的「 Tick 」。

接着今年的下半年，即将登场的下一代「 Tock 」全新微架构，产品代号为「 Nehalem 」，是 Intel 第一款使用 QuickPath 互联系统架构的处理器产品， QuickPath 将包括集成的内存控制器技术以及改善的系统组件间通信链路，类似对手 AMD 的 Interconnect 及 Crossbar 设计，而且在多处理器作业下，每颗处理器可以互相传送数据，并不需经过芯片组，从而大幅提升整体系统性能。

「 Nehalem 」微架构最高支持 4 颗处理器的 Quick Path 多路服务器环境，单一芯片最高可拥有 2 、 4 及 8 颗核心，支持经改良的 Hyper-Theading 技术，令单颗处理器最高可支持 16 Threads ，而且 Nehalem 架构中的 Havendale 亦将会内建绘图核心，不让 AMD Fusion 处理器专美。新增 SSE 4.2 指令集及 ATA 指令集令系统性能全面提升，令人期待。

目前，「 Nehalem 」处理器已在去年 8 月正常运作中，并在去年 9 月的美国旧美山举行 IDF 论坛上首次公开展示， Intel 院士兼「 Nehalem 」首席微架构工程师 Glenn Hinton ，在台上示范一台内建两颗四核心「 Nehalem 」服务器，达成了 16 Threads 运算。

( 左 ) Intel 院士兼 Nehalem 首席微架构工程师 Glenn Hinton ( 右 ) 2 路四核心并支持 HT 的 Nehalem 实物运作

Nehalem ︰相同功耗下效能提升 3 成

由于 Nehalem 仍在 Beta 测试阶段， Intel 仍未向外间提供 Nehalem 微架构白皮书，连主板业者对 Nehalem 微架构认知就只有去年美国旧金上 IDF 大会上的仅有资料，在综合主板业者收到英特尔的讯息后，我们归纳出以下数点︰

1. Nehalem 大部份微架构设计仍是沿自 Yorkfield 及 Wolfdale ，并拥有原生四核心设计。
2. Nehalem 将支持类似 Hyper-Threading 的 SMT 技术，而在多线程运算效能是上代 Penryn 微架构高出 1.2x - 2x 。
3. Nehalem 单线程运算效能将会比上代 Penryn 微架构的 1.1x -1.25x 。
4. Nehalem 大幅强化低负载及闲置状态时的功耗表现，进一步减少漏电情况。
5. Nehalem 在相同功耗下效能比上代 Penryn 提升 30% ，或是在相同效能下功耗下降 30% 。
6. 7 组新增的 SSE4.2 指令，主要是强化 Database 作业，并加速数据传输效率， DB 服务器效能提升明显。

此外，新一代 Nehalem 将会放弃 FSB 设计，采用全新的「 Quick Path 」 Interconnect 架构，现时已得知服务器版本的 Nehalem 处理器最高可拥有 4 组 QuickPath Interconnect ，并至少可组成四颗处理器的数据可直接互换的 4 Ways 服务器架构。

2008-09 年 Nehalem 桌面平台规划

根据 Intel 新旧桌面平台交替规划， 2008 年第四季将会推出针对高阶市场的 Nehalem 微架构产品，核心代号为 Bloomfield 的四核心处理器，北桥芯片代号为 Tylersburg ，南桥是采用现有的 ICH10 芯片，平台代号则为 Tylersburg 平台。

接着将会在 2009 年第一至第二季推出效能级 Nehalem 微架构产品，核心代号为 Lynnfield 的四核心处理器，此颗处理器将会内建大部份北桥功能，只需要配搭一颗 Ibexpeak 的南桥芯片。

最后则会在 2009 年第二季推出入门级至主流级 Nehalem 微架构产品，核心代号为 Havendale 的双核心处理器，同样内建大部份北桥功能，但将会内建绘图核心，同样将配搭 Ibexpeak 南桥芯片。

现时已得悉 ibexpeak 南桥芯片将会分为 Digitial Home 版本及 Digital Office 版本， Digital Home 平台代号定命为 Kingscreek 、 Digital Office 平台代号则为 Piketon 。

低阶方面， Intel 暂时并没有规划以 Nehalem 微架构取代现有的 Penryn 产品，因此在 2009 年内， Wolfdale 双核心将会是 Intel 低阶处理器的主力，配搭 Intel G43 芯片组及 ICH10 南桥。

Nelalem High-End Platforms -- Bloomfield + Tylersburg

其实一线主板厂商已拿到了初期的 Bloomfield 的处理器样本了，这颗全新的四核心处理器采用原生设计， 45 奈米生产技术，不再像 Yorkfield 般采用两颗双核心封装的架构，支持类似 Hyper-Threading 技术并定名为 SMT (Simultaneous Multi-hreading) ，由于是四颗核心共享相同的 L2 Cache ，因此 Bloomfield 的 L2 Cache 容量仅为 8MB ，但命中率相比 Yorkfield 的 6MB x 2 更高。

放弃采用 FSB 设计，改用 Quick Path Interconnect 技术，能双向串联点对点传输，它可提供与 FSB 相近的 Latency ，可让软件及操作系统管理，并且针对部份 Streams(Threading 、 ISOC 、 LT/VT) 及 out of order requests 作出了优化，单向最高速度暂定为 6.4GT/s ，双向最高速合共 10.8GT/s ，相比 AMD 采用的 Hyper-Transport 3.0 的速度更高。

Bloomfield 将采用全新的 LGA 1366 Socket ， Package Size 为 42.5 x 45mm ，散热器设计虽然和 LGA 775 类似，但 Mounting Holes 为 80mm2，相较 LGA775 的 72mm2更大，因此散热器不能另相兼容， VRM 采用全新的 11.1 版本，最高 TDP 为 130W 。

据了解， Bloomfield 并非只针对 Enthusiast 市场， Bloomfield 预计将由 $266 美元以上起跳，并至少推出 3 款型号，最高级的 Extreme 型号将会是 6.4GT/s 的 Quick Path Interconnect ，接着的将会是 4.8GT/s Quick Path Interconnect 。

芯片组方面，全新的 Tylersburg 北桥芯片采用全新 Quick Path Interconnect 技术，内建四组 PCI-Express 2.0 x8 绘图接口，可组成 x16 绘图接口，或是支持 Quad CrossFireX 的四个 x8 绘图接口。

内存支持方面，它将会是首款支持 6 组 DIMMs 的「 Triple Channel 」 内存技术的平台，最高支持 DDR3-1600 内存速度，最高容量为 24GB ，当然用家还是可以只插两组也能支持 Dual Channel 。

据主板业者表示，作为首款而且是高阶的 Nelalem 产品， Bloomfield 不内建内存控制器及 PCI-Express ，有助提升良率、减低风险，能提升超频潜力，而且 Tylersburg 芯片组规格强大，针对玩家市场吸引力高，是十分聪明的做法。

Nehalem Performance Processor -- Lynnfield

Intel 将会于 2009 年第一季末至第二季初，推出自家首颗内建北桥功能的处理器，核心代号为 Lynnfield ，这是一颗针对效能级至主流级的原生四核心处理器，采用 45 奈米制程，同样支持 SMT (Simultaneous Multi-Threading) ， L2 Cache 容量最高为 8MB ，规格上与 Bloomfield 十分相近，分别在于 Lynnfield 内建内存控制器，支持 Dual Channel DDR3 内存配置，此外， Lynnfield 亦内建了 PCI-Express 绘图接口，可支持 1 组 PCI-Express 2.0 规格 x16 接口，或是分割成两组 x8 接口，支持 CrossFireX 技术。

由于已内建了大部份北桥功能， Lynnfield 处理器并没有采用 Quick Path Interconnect 技术，连接南桥芯片仍会采用旧有的 DMI 协议，最高速度为 2GT/s ，由于南桥功能所需的传输速度较低，其实 DMI 协议已经绰绰有余。

Lynnfield 处理器将采用全新的 LGA 1160 Socket ， Package Size 为 37.5 x 37.5mm ，虽然 Package Size 大小与 LGA 775 相同，而且散热器设计亦类似 LGA 775 ，但 Mounting Holes 为 75mm2，相较 LGA775 的 72mm2更大，因此旧散热器无法进渡至新平台。 VRM 方面同样采用全新的 11.1 版本，最高 TDP 为 95W 。

Nehalem Mainstream Processor -- Havendale

接着在 2009 年的第二季末， Intel 将会推出内建绘图核心的处理器，核心代号为 Havendale ，这是一颗针对主流级市场的双核心处理器，采用 45 奈米制程，支持 SMT (Simultaneous Multi-Threading) ， L2 Cache 容量最高为 4M 。虽然同样内建内存控制器及 PCI-Express 绘图接口，但它却不是原生设计， Havandale 把绘图核心、 PCI-Express 绘图接口及内存控制器制作成一颗芯片，与处理器核心采用 MCP (Multi-Chip Package) 封装在一起，两者将采用 Quick Path Interconnect 连接。

由于已内建了大部份北桥功能， Havendale 同样只需采用一颗南桥芯片，不会采用 Quick Path Interconnect 技术，南桥芯片仍会采用旧有的 DMI 协议。

绘图核心方面， Havendale 将会支持 Direct X 10 、 Shader Model 4.0 及 OpenGL 2.1 ，采用全新 Unified Shader 架构， Shader 运算单元数目不仅由 G45 的  10 个增至 12 个，固定功能运算单元亦由 6 组提升至 8 组，其中一组就是为了高清影像译码而设的 CABAC 运算引擎。

高清影像运算能力， Havendale 真正能做到完全硬件译码 MPEG2 、 VC-1 及 AVC(H.264) 影像，支持 HW Motion Comp 、 In Loop Deblocking 、 Inverse Transform 及 Variable Length Decode 等工作，可支持 40Mb/s 的 HD-DVD 及 Blu-Ray Full Framerate 影像播放。

值得注意的是，由于 Havendale 处理器内建了绘图核心，因此 Havendale 除了 DMO 协议外，还会有一组 Display Link 连接管道，把影像信息传至南桥，而新一代南桥将会内建 Analog (VGA) 及 Digital (SDVO 、 HDMI 、 Display Port 及 DVI) 图像处理单元，而且 HDCP Key 已内建于南桥芯片中，并不需要额外芯片。

Havendale 将会采用 LGA 1160 Socket ，与 Lynnfield 处理器互相兼容，同样支采用 VRM 11.1 版本，最高 TDP 为 75W 。

Next Generation Platform Controller Hub -- Ibexpeak PCH

由于新一代 Lynnfield 及 Havendale 已内建了大部份北桥功能，因此 Intel 未来将走进单芯片时代，称为 PCH(Platform Controller Hub) ，首颗 PCH 核心代号为 Ibexpeak 。

Ibexpeak 采用 65 奈米制程， 28 x 28 FCBGA 设计，支持 6 组 SATA 2.0 硬盘接口，其中 Port 4 及 Port 5 支持 FIS-based Multi Port 技术。此外， USB 2.0 数目将增至 14 个，令扩充能力进一步强化，而且使用 Rate Matching Hub 取代旧有的 UHCI 架构，令所有 USB Port 均支持 HS/FS/LS 模式，令省电效果更明显。

PCI-Express 接口方面， Ibexpeak 内建 8 组 PCI-Express 2.0 x1 接口，相比上代只有 6 组及只支持 PCI-Express 1.0 更进一步。

为了进一步减低成本， Ibexpeak 内建了 Clock Chip Buffer ，不单节省主板的 BOM Cost ，也可大幅减省 PCB 使用空间。

针对 Digital Office 平台， Ibexpeak 将会支持更先进的 AMT 6.0 版本，而且会加入硬件 KVM (Keyboard Video Mouse) 控制器，有别于软件 KVM ，它可以进行 BIOS Setup 、 OS Install 、 OS Hang 及 Blue Screen 时也能运作，方面网管人员理管及维修。

此外， Ibexpeak 将会加入 Direct NAND Controller ，因此用家只需要加入 ONFI connector 规格的 NAND 内存，便能支持 SSD(Solid State Disk) 功能及 Danbury Encryption 保安功能，取代需要 ASIC 的 Intel Turbo Memory 技术。