絕對渲染利器!英特爾32nm六核CPU評測
[泡泡網(wǎng)CPU頻道8月13日] 通過之前的新聞，我們對Intel最新的32nm六核處理器性能有了一定的了解（參考：超強(qiáng)24線程! Intel 32nm六核性能曝光），不過上面文章中的測試環(huán)境為服務(wù)器主板，并采用雙顆六核對比Xeon，測試項目較少，對我們玩家而言沒有任何意義，不過今天文章中所測試的為單顆六核Gulftown搭配X58來進(jìn)行比較完整的測試，讓我們可以近距離的了解下代Intel最強(qiáng)處理器的威力。之前一直有消息表明：這顆最新32nm六核處理器Gulftown將會命名為Core i9，但現(xiàn)在看來可能依舊沿用i7系列，預(yù)計將會在明年第二季度發(fā)布。
目前，這款核心代號為「Gulftown」基于全新32nm的Intel處理器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，盡管在微架構(gòu)上沒有大幅改動，但在32nm工藝的輔助下，憑著工藝上的進(jìn)步，在相同的芯片大小下能容納更多的物理核心，而且核心頻率提升空間又進(jìn)一步擴(kuò)大，同時功耗表現(xiàn)也得到改善。Intel計劃于2010年第二季中推出首款六核心DT處理器，香港著名IT網(wǎng)站HKEPC首先搶先找來了號稱全港首顆Gulftown六核心工程樣本，并與Bloodfield四核處理器作了詳細(xì)的對比測試：
1、回顧Nehalem架構(gòu)處理器的技術(shù)進(jìn)步
為拉開與對手之間的技術(shù)距離，2006年下半年Intel宣布推出全新規(guī)則律動工藝年與架構(gòu)年（Tick-Tock）的發(fā)展戰(zhàn)略，于每年推出新處理器技術(shù)時，皆具備改良微架構(gòu)的全新制程，全新或大幅改良的微架構(gòu)設(shè)計，以迎合未來十年甚至更遠(yuǎn)的處理器市場。每個代表推出具有增強(qiáng)微架構(gòu)的新一代矽制程技術(shù)，與代表推出全新微架構(gòu)，而每個工藝年/架構(gòu)年周期大約為2年。
按照Tick-Tock規(guī)劃，Intel在去年第四季發(fā)布了代號為Nehalem全新微架構(gòu)處理器，這名字來自美國俄勒岡州波特蘭市的一個小小的衛(wèi)星城，它是基于Core 微架構(gòu)作出大幅改良，加入了更多有關(guān)提高性能，節(jié)能控制，多處理器擴(kuò)展能力以及效能均衡的設(shè)計，主要分為運(yùn)算內(nèi)核及非運(yùn)算內(nèi)核部份：
運(yùn)算內(nèi)核改動方面：
1.再次加入HT技術(shù)，第三代超線程技術(shù)，可讓四核多達(dá)8個線程。
2.支持VT虛擬化技術(shù)，增加虛擬化輸入/輸出設(shè)備，并提高虛擬機(jī)效率。
3.加入Turbo Mode ，在相同功耗下，提升較簡單線任務(wù)的執(zhí)行效率。
4.新增SSE 4.2指令集，提升XML 、字串及文本處理能力。
非運(yùn)算核心改動方面：
1.采用了三級緩存設(shè)計，二緩采用了超低延遲設(shè)計，而三緩采用共享設(shè)計。
2.內(nèi)建內(nèi)存控制器，3通道設(shè)計并支持DDR3規(guī)格，頻率提升最高達(dá)3倍。
3.全新QPI取代傳統(tǒng)的FSB，最高可達(dá)25.6GB/s帶寬。
4.模塊化設(shè)計，可按需要新增及減少核心元件，以迎合不同市場。
2、改良Nehalem架構(gòu)，全新32nm處理器
Nehalem微架構(gòu)是最近的一次架構(gòu)年改變，當(dāng)然緊接著即將登場的是下一代工藝年的改變 ，具備改良的微架構(gòu)的全新制程，代號為Westmere的32nm處理器，基本上它的架構(gòu)沿自Nehalem處理器并加入了7條全新的指令，但改用了入第二代high-k的32nm制程，采用全新的193浸沒式微影技術(shù)于重要的金屬層并配搭193nm或248nm干式微影技術(shù)于非重要的金屬層，處理器采用9層內(nèi)部連結(jié)層，并輔以無鉛和無鹵素封裝，而芯片尺寸將約為45nm產(chǎn)品的70%而已。
據(jù)Intel總裁Paul Otellini指出，全新32nm不僅有效降低所需功耗，同時也能提升核心頻率，而且也縮小處理器核心面積，令處理器能容納更多的運(yùn)算核心或者內(nèi)置GPU核心、PCI-E接口及內(nèi)存控制器，并且令芯片組簡化為單芯片，可進(jìn)一步縮小PC體積，可切換GPU支持功能，能在內(nèi)置顯示核心及獨(dú)立顯卡之間作出實(shí)時切換，達(dá)至節(jié)能省電效果。
為迎接32nm工藝的來臨，Intel將會把美國制造設(shè)施升級，采用新一代32nm芯片技術(shù)，2009至2010年間，預(yù)計投入約70億美元于32nm工藝技術(shù)上，美國境內(nèi)32nm工藝投資總額，在該期間內(nèi)將達(dá)到約80億美元，并可提供7000個工作崗位?，F(xiàn)時位于Oregon的Fab D1D已經(jīng)在試產(chǎn)32nm處理器，同樣位于Oregon的Fab D1C將會于2009年第四季正式投產(chǎn)32nm制程，緊接位于Arizona的Fab 32及New Maxcico的Fab 11X ，將會于2010年完成32nm制造設(shè)施升級，預(yù)計將會于2010年下半年進(jìn)行制程世代交換。
根據(jù)Intel處理器最新規(guī)劃，32nm Westmere處理器將會于2009年第四季開始量產(chǎn)，核心代號為Clarkdale的32nm入門至主流級處理器，將會于2010年第1季初出貨，緊接2010年第二季中推出代號為Gulftown的32nm高端六核處理器，2010年第四季將會再推出全新微架構(gòu)的32nm處理器代號Sandy Bridge，延續(xù)工藝年發(fā)展戰(zhàn)略。
3、改良45nm High-K + Metal Gate電晶體技術(shù)
2007年Intel首次在代號為P1266的45nm工藝中使用上High-K配搭Metal Gate技術(shù)，令芯片漏電情況大幅降低，因此Intel 45nm處理器在功耗及發(fā)熱表現(xiàn)上，擁有很高水平，而直至目前為止，也只有Intel把45nm High-K + Metal Gate電晶體技術(shù)用于量產(chǎn)之中。由于High-K材料配搭Metal Gate電晶體技術(shù)帶來優(yōu)秀表現(xiàn)，Intel 45nm研發(fā)至量產(chǎn)是Intel歷史中最快完成的，所需的研發(fā)時間僅為65nm的一半。
代號為P1268的全新Intel 32nm工藝，主要基于現(xiàn)有的45nm High-K + Meta Gate電晶體技術(shù)，并作出了大幅度的改良，包括High-K的等效氧化層厚度，由45nm制程的1nm降低至32nm制程只有0.9nm，并且閘極長度縮少至只有30nm，閘極距離繼續(xù)以每兩年縮少0.7x的目標(biāo)發(fā)展中，Intel的32nm是現(xiàn)時所有相同制程中其閘極距離最窄小的。
透過了降低High-K的等效氧化層厚度及閘極距離，Intel 32nm的NMOS及PMOS電晶體性能相較上45nm提升14%及22% ，漏電比較上代45nm制程，NMOS電晶體減少超過5x，PMOS電晶體減少漏電超過10x，以上的改善令處理器工程師在電路設(shè)計時規(guī)限大幅減少，也令核心可以更小，當(dāng)然處理器核心頻率及功耗表現(xiàn)也能大幅減少。
Intel 32nm制程同時改用了第四代應(yīng)變矽技術(shù)，用矽鍺、雙應(yīng)力應(yīng)變矽以及先進(jìn)的應(yīng)變記憶技術(shù)，能夠有效提高晶體管的開關(guān)速度和電源效率，此一改變將可在運(yùn)作頻率及功耗表現(xiàn)在獲益重大改善。
4、針對加密/解密運(yùn)算全新AES指令集
Intel Westmere處理器是代表推出具有增強(qiáng)微架構(gòu)的新一代矽制程技術(shù)，因此技術(shù)改良主要集中于矽制程上，而微架構(gòu)設(shè)計完全則基于Nehalem微架構(gòu)，今代在微架構(gòu)改良僅加入了六組針對加密及解密運(yùn)算，即AES指令集。
Intel AES指令集提供了快速及保密的資料加密及解密運(yùn)算功能，AES是block cipher(塊密碼)運(yùn)算的最主流規(guī)格，因此全新Intel AES指令集能應(yīng)用十分廣泛并能為不少應(yīng)用程序進(jìn)行加速。
Intel AES指令集共有六組指令提供硬體AES運(yùn)算加速，包括四組AES加密及解密(AESENC、AESENCLAST、AESDEC、AESDECLAST) ，另外兩組為AES金鑰產(chǎn)生(AESIMC、AESKEYGENASSIST) ，相較單純以軟體運(yùn)算效能可高出4倍以上。 此外， Intel AES指令集不僅支援3種AES官方規(guī)格金鑰長度(ASE128、ASE192、ASE256)及所有AES官方規(guī)格運(yùn)算模式，并支持?jǐn)?shù)種AES非官方定義規(guī)格。
除了性能上的提升外，采用Intel AES指令集讓資料以data-independent time運(yùn)算及不需要采用lookup Table，Cache Attacks的攻擊無法再成功，而且難以采用Software Side Channel Attacks破解，大大提高了資料的安全性及保密性。
此外，Intel Westmere處理器還加入了一組Carryless multiply指令(PCLMULQDQ) ，讓處理器可以在一個周期內(nèi)處理兩個64Bit Carry-less Multiplication(無攜帶乘法) ，它是大部份加密標(biāo)準(zhǔn)所必要處理的元件，采用伽羅瓦計數(shù)器模式(GCM) 。
GCM模式在2006年4月得到美國政府批準(zhǔn)及支持，與AES規(guī)格混及使用，并成為NSA Suite B.的一部分，它也是IEEE 802.1ae標(biāo)準(zhǔn)，并建議使用于轉(zhuǎn)發(fā)率高于10 Gbps的應(yīng)用中，包括IPsec (IPsec RFC 4106)協(xié)定及ISO T11標(biāo)準(zhǔn)光纖通道存儲標(biāo)準(zhǔn)的P1619安全協(xié)定。
有了Intel AES指令集，日后PC的OS Level Disk可完全加密形以提升保安性，而且不會把系統(tǒng)效能拖垮，不僅在商業(yè)應(yīng)用上令保密性大幅提高，一般PC用戶的個人資料亦得到更好的保障。
5、CPU+GPU先到：解讀Intel全線32nm布局
根據(jù)intel原定規(guī)劃，內(nèi)置顯示核心的45nm Havendale桌面處理器及Auburndale筆記本處理器應(yīng)于今年年底量產(chǎn)，但由于32nm第二代Hi-K制程已十分成熟的關(guān)系，最終決定取消量產(chǎn)Havendale及Auburndale處理器，直接由32 nm版本Clarkdale處理器及Arrandale處理器取代，量產(chǎn)日期與上市時間將會不變，但內(nèi)置GPU核心部份仍會是45nm生產(chǎn)，但功耗表現(xiàn)將可進(jìn)一步改善，預(yù)計于2010年第一季初上市。
代號為Clarkdale桌面處理器及代號為Arrandale移動處理器，兩者均為雙核心設(shè)計并內(nèi)置顯示核心，主要針對入門至主流級市場。值得注意的是，Intel并不打算為32nm Westmere處理器推出完整的產(chǎn)品線，而是與45nm Nehalem處理器并存于市場上，直至再下一代Sandy Bridge微架構(gòu)才會全線導(dǎo)入32nm工藝。
因此Intel 32nm Westmere將不會有四核處理器，代號為Lynnfield桌面處理器及Clarksfield移動平臺處理器將繼續(xù)留守市場，直至下代Sandy Bridge微架構(gòu)產(chǎn)品才會退場。此外，受惠于全新32nm工藝的優(yōu)秀功耗表現(xiàn)，今天評測的首款六核桌面處理器，Intel將會于2010年第二季推出，代號為Gulftown，主要針對更高端玩家市場。
低端市場方面將由45nm Penryn微架構(gòu)產(chǎn)品支撐大局，直至下一代Sandy Bridge微架構(gòu)產(chǎn)品推出后，Clarkdale及Arrandale處理器將向下移至低端市場，因此Socket 775在2010年仍不會退場。
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6、六核12線程Gulftown處理器工程樣本
下圖為Intel 32nm Westmere六核處理器工程樣本，核心代號為Gulftown，采用32nm無鉛、無鹵制程，LGA 1366封裝，兼容現(xiàn)有的Intel X58平臺主板，但需要更新主板BIOS更新。盡管Intel還未決定Gulftown出貨頻率及Turbo Boost頻率，但FMB將會采用08規(guī)格及最高TDP為130W，與45nm四核心Bloomfield相同。
Intel Gulftown六核心工程樣本，A1版本頻率為2.4GHz
Intel Gulftown六核仍支持HT技術(shù)，該技術(shù)可在1個執(zhí)行內(nèi)核中同時處理2條線程，透過4個執(zhí)行引擎，多核處理器中的同步多線程能力可將同時運(yùn)行于所有內(nèi)核的整體線程的潛在數(shù)量提高1倍，也就是說Gulftown處理器可同時執(zhí)行12條線程。
六核支持HT技術(shù)，能同時處理高達(dá)12個線程
根據(jù)Intel所提供的數(shù)據(jù)指出，HT出色的能耗表現(xiàn)顯著提升了處理器的性能，處理器只需消耗極低的電量，便可將應(yīng)用性能提升20-30%，在能源日漸短絀的今日，HT提供了高效能又節(jié)能的處理器表現(xiàn)。
7、六核Gulftown默認(rèn)2.4G，三緩高達(dá)12MB
Intel Gulftown處理器支持QPI技術(shù)，最高連接速度仍為6.4GT/s，總帶寬高達(dá)25.6GB/s，按照核心數(shù)目的提升，三級緩存由上代Bloomfield的8MB增加至12MB，但仍保持16-Ways設(shè)計。
左為45nm Bloomfield四核心，右為32nm Gulftown六核心
與Bloomfield四核一樣，Gulftown六核內(nèi)建三通道DDR3內(nèi)存控制器，最高可支持48GB容量，不過令人失望的是， Gultown六核仍然官方支持DDR3-1066速度，最高頻寬為25.6GB/s。
Gulftown六核將支持Intel VT-x、Intel VT-d、Intel 64技術(shù)及Intel EIST技術(shù)，但不會支持Intel TXT技術(shù)。此外，盡管32nm Westmere核心支持新一代Intel AES指令集，但I(xiàn)ntel暫定不會在最高階的Gulftown六核心中開放AES功能，但我們手上的工程樣本中仍能使用AES指令。
根據(jù)Intel向主板業(yè)者透露，Intel Gulftown六核最終命名，很大機(jī)會不會采用Core i9家族，而是Core i7-1000家族，因為Gulftown并沒有微架構(gòu)上的改動，僅有核心數(shù)目的增長，不足以構(gòu)成全新品牌。
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7、CPU綜合性能測試 一
測試平臺
◎ PC Mark05/Vantage性能測試
PCMark Vantage 是Futuremark發(fā)布的新一代基準(zhǔn)測試軟件，并比較完美的對多核心處理器進(jìn)行了優(yōu)化，而且是專為Windows vista 32/64-bit打造的，不再支持Windows 2000/XP。
盡管六核Gulftown處理器相較四核Bloomfield處理器多出兩個核心，但卻沒有在PC Mark測試中性能增長，主要原因在于PC Mark大部份測試均只需要同時處理四核運(yùn)算，從上面運(yùn)行截圖中可以看到，大部份情況下Gulftown的負(fù)載率僅有34%-50% ，并無法完全反映出六核優(yōu)勢。
以上測試意味著，如果使用者并不需要同時執(zhí)行很多應(yīng)用軟件，或是所執(zhí)行的軟件并沒有為多核進(jìn)行優(yōu)化，沒有支持超過四個以上線程的話， Gulftown六核根本毫無用武之地。
8、CPU綜合性能測試 二
◎ CineBench R10性能測試
CineBench R10是著名的OpenGL運(yùn)算測試軟件，并可支持多線程運(yùn)算，Cine Bench R10執(zhí)行多核心測試，可把Gulftown六核及12個執(zhí)行線程能力完全發(fā)揮，性能大幅超越Bloomfield四核。
◎ Sandra 2009性能測試
Sandra 2009主要是測試處理器的運(yùn)算最大吞吐量，因此得出的結(jié)果都是最大理論值，而性能理論值所得出的差距，則要視乎軟件對多線程的優(yōu)化功力。筆者采用Sandra 2009測試軟件，除了要證實(shí)這顆Gulftown六核所有核心均正常運(yùn)行外，更重要的是測試Intel AES指令集的威力，從Cryptographic Bandwidth、AES256 Bandwidth及SHA256 CPU Hashing Bandwitdh測試中可以看到，新一代32nm Westmere在AES運(yùn)算性能有著明顯的突破。
◎ ScienceMark 2.0性能測試
ScienceMark 2.0雖然能認(rèn)出Gulftown六核支持12個線程，但事實(shí)并無法完全運(yùn)用這顆六核的線程，證明軟件設(shè)計將左右多核心的性能提升幅度。
9、CPU綜合性能測試 三
◎ Microsoft Excel 2007
Microsoft曾經(jīng)表示Excel 2007針對多核心運(yùn)算作出了完全優(yōu)化，因此我們采用了兩個用于金融業(yè)的算式，計算美國國庫債卷現(xiàn)價及計算期權(quán)現(xiàn)價的程式作測試，可以看到Gulftown六核心大幅超頻Blommfield四核心。
◎ Microsoft office 2007
同樣是Microsoft Office的一員，但筆者采用兩個50MB的Word文件進(jìn)行Word Merge ，然后把一個304MB的PowePoint檔案列印成向量的XPS檔案，但多核心的優(yōu)勢并未為Gulftown帶來漂亮的成績單。
◎ Microsoft Windows Vista
◎ Adobe Photoshop CS4
◎ Mainconcept H.264 Encoder
我們找來Microsoft Windows Vista內(nèi)建的2款軟件、Adobe Photoshop CS4的兩個插件及Mainconcept H.264 Encoder作測試，看來并不是所有軟件均能為六核帶來領(lǐng)先優(yōu)勢，所以消費(fèi)者在選擇處理器時，如果要求提升執(zhí)行單一軟件性能，則較高頻率的四核很大機(jī)會較六核更明顯。
10、3D基準(zhǔn)/3D游戲性能測試
在3D游戲測試方面，由于要降低顯卡性能瓶頸以達(dá)至處理器性能差別最大化，我們采用了現(xiàn)在最強(qiáng)的GeForce GTX 295顯卡，并把分辨率設(shè)定于1024x 768及效果設(shè)定為Low，以測試核心數(shù)目對游戲FPS的影響。結(jié)果是大部份3D游戲均未有對六核進(jìn)行優(yōu)化，處理器核心數(shù)目的提升并沒有為FPS帶來明顯增幅。
11、處理器功耗及溫度測試：
功耗及溫度測試方面，采用32nm的Gulftown六核表現(xiàn)令人驚喜，雖然核心數(shù)目相較45nm的Bloomfield四核多出兩個，但閑置及完全負(fù)載的功耗及溫度表現(xiàn)均低于Bloomfield四核，證明新一代32nm工藝已經(jīng)十分成熟。
編輯總結(jié)：
Westmere處理器如期現(xiàn)身，每年推出具備改良微架構(gòu)的全新工藝，全新或大幅改良的微架構(gòu)設(shè)計的承諾順利達(dá)成，雖然Westmere在微架構(gòu)上改動不大，但制程技術(shù)提升后不僅功耗、溫度下降，更為Intel帶來更大的頻率提升空間及核心數(shù)目提升空間，而且核心尺寸進(jìn)一步縮少令成本更低，競爭力進(jìn)一步提升。
本次測試的Intel Gulftown桌面六核，其技術(shù)宣布意義大于實(shí)際，由于是針對最高端的玩家市場，一般普通玩家是無法嘗試了，不過，就算是高端玩家，由于大部份桌面應(yīng)用軟件及3D游戲仍未有對六核作出優(yōu)化，根本難以體現(xiàn)六核的真正威力，只有用于工作站或服務(wù)器環(huán)境才有實(shí)際意義。除非得到軟件廠商的配合，針對六核作出優(yōu)化，否則Intel Gulftown六核心就像一臺F1賽車車在一般路面上，完全浪費(fèi)了應(yīng)有的運(yùn)算能力。 ■<
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