芯片辉煌的背后 多年来服务器领域的坚持(8)

根据英特尔的官方数字，至强5500相比上一代产品性能提升了1.25倍，带宽提升了2.5倍，而功耗则降低了一半。该系列处理器有W、X、E、L五个子类别，除最低端的E5502是双核心型号外均为四核心，集成7.31亿个晶体管，主频1.86-3.20GHz不等，QPI总线频率4.8/5.86/6.4GT/s，三级缓存4/8MB，热设计功耗60/80/95/130W，支持DDR3内存频率低则800MHz、高则1333MHz，最大容量144GB(18×8GB)或192GB(12×16GB)，插槽为LGA1366。

Xeon3500系列代号Nehalem-WS，有W3570/W3540/W3520三款，就规格而言分别与Corei7-965/940/920完全相同，也是四核心八线程、3.20/2.93/2.66GHz频率、8MB三级缓存、QPI总线频率6.4GT/s或4.8GT/s、热设计功耗130W。

此外还有两款嵌入式服务器处理器XeonL5518/L5508，也是Nehalem架构产物，前者主频2.13GHz、热设计功耗60W，后者主频2.00GHz、热设计功耗38W，均面向通信市场领域，享受长达七年的生命周期支持。

之后，在2010年3月，英特尔又发布了基于Nehalem微架构面向四路和八路市场的至强7500处理器，代号“Nehalem-EX”。该系列处理器与至强7400相比性能提升也是巨大的，首先工艺升级到45nm，意味着功耗的降低，而八核心16线程的设计也让至强7500成为新的性能王。四条QPI总线意味着四路系统中任意两个内核可以直接通讯，通过第三方节点控制器最多可以支持八路并联也就是单一节点最多可以拥有64核心，128个逻辑线程。

至强7500核心面积近600多平方毫米，集成23亿个晶体管。这么多晶体管，除了八核心之外，还拥有多达24MB的三级缓存，四条QPI总线等。其他如内存控制器、VT硬件虚拟化和睿频支持都与Nehalem-EP相似。但是插槽是LGA1567，其热设计功耗最高为130W。

至强7500系列处理器首批共有八款型号，其中Xeon X7560/X7550/L7555都是八核心，主频最高2.26GHz，三级缓存最多24MB，热设计功耗最高130W，QPI总线频率最高6.40GT/s；Xeon E7540/E7530/L7545/X7542都是六核心，主频1.86-2.00GHz，三级缓存18MB，热设计功耗95-130W，其中X7542不支持超线程，但主频高达2.66GHz；Xeon E7520则是四核心，主频1.86GHz，三级缓存也有18MB，QPI总线仅为4.80GT/s，不支持Turbo Boost加速技术。

此外还有一个衍生的至强6500系列处理器，包括Xeon X6550/E6540/E6510三款型号，分别为八、六、四核心，专为需要大容量内存的双路服务器提供低价解决方案。

值得注意的是，至强7500中首次引入了多达22条RAS特性，这是原先在传统RISC处理器中才具有的高可靠性和可用性特性。这些特性保证了x86处理器在关键业务中也能一展拳脚。此外，至强7500对内存容量的支持增加了四倍（四路最多1TB），对虚拟机动态迁移的特性支持以及高I/O特性也保证了该产品在虚拟化和数据库业务方面的强势。

英特尔官方介绍表示，至强7500系列处理器的性能是至强7400的三倍，可以取代20套四路单核至强服务器系统，且能耗要低92%。>>

如果说E7延续了英特尔多路7系列性能之王的称号，那么至强E3就是Sandy-Bridge架构首次进入至强家族的惊艳露面。

与E7家族同时推出的至强E3-1200系列处理器主要面向入门级服务器和工作站，与以往的3000系列至强产品一样，该产品与桌面级Sandy-Bridge架构第二代酷睿i7有着血缘关系，只支持单路产品自不用说，其主频分布在2.2GHz~3.5GHz，只有两款不支持HT超线程技术，全线产品都支持Turbo Boost睿频技术，并且在E3-1260L、E3-1225、E3-1235、E3-1245、E3-1275等产品中集成了HD200“核芯”显卡（E3-1260L是HD100）。包括低功耗版本在内的处理器功耗分布在20W~95W之间。

至强E3的亮点主要在Sandy-Bridge架构的首次登场，其新型环形总线设计、AVX向量指令集和同DIE集成的GPU是最主要特点。早先处理器内核与System Agent（北桥，后部分集成在CPU内）的通讯采用的交叉通路，这使得在多核时代其设计越发复杂和低效，而在Sandy-Bridge中启用的全新Ring Bus环形总线则很轻松的将CPU各个核心、GPU以及北桥连接在在了一起。

环形总线的存在，可以大大减少核心访问三级缓存的周期。在以往的产品中，多个核心共享一个三级缓存，需要访问的话必须先经过流水线发送请求，在进行优先级排序之后才能进行。新的环形总线将三级缓存分割成了若干部分，借助于每个站台，核心可以快速的访问LLC。LLC小容量缓存的延迟优势与核心频率一致性在这里也就体现了出来，这就使得Sandy Bridge的周期相比以往产品有所缩减，从原来的35-40个缩减到了26-31个。同时，由于每个核心与LLC之间可以提供若干带宽，使得Sandy Bridge的整体带宽也提升了4倍。

相比带宽的提升，AVX向量指令集首次随着至强E3出现在至强家族中意义重大。这让向量宽度一举从128位增加到了256位，原有的16个128位XMM寄存器也一举扩充为256位YMM寄存器，可以同时处理8个单精度浮点数和4个双精度浮点数。换句话说，Sandy Bridge的浮点吞吐能力可以达到前代的两倍。

此外，AVX指令集的出现对于原有的X86指令集也进行了优化与重新组合这主要源于AVX指令集新的操作码编码方式。AVX指令集的编码方式叫做VEX（Vector Extension），其主要用途是缩短指令长度，降低无谓的代码冗余，并且也降低了对解码器的压力，实现的方式也很特别压缩各式各样的Prefix前缀，集中到一个比较固定的字段中，从而达到了精简指令集的目的。

最后提一下GPU，对于企业级应用来说核内GPU有些多余这部分晶体管不如用来做Cache来的实惠。然而对于入门级服务器和工作站来说，至强E3提供的核内GPU可以轻松的提供图形环境，省去了部分成本。而同DIE集成GPU的做法也大大降低了系统功耗，提升了GPU性能。Sandy-Bridge架构里的GPU也支持睿频技术，这意味着其可以独立的加速或降速，并与CPU共享L3缓存。而可编程着色硬件的加入，使得Sandy-Bridge在视频转码等方面的具有独特的优势。

不过也可以看到，英特尔只在部分E3中提供了集成显卡，另一部分则没有很显然对于想用独立显卡的用户来说，可以选择这部分没有GPU部分的CPU，以获得更高的计算性能。而原定于2011年底发布的Sandy-Bridge至强E5系列处理器，则延期到了2012年第一季度发布。从目前得到的数据来看，面向主流服务器市场的至强E5是不会集成GPU的，其实际性能还是未知数。