新“芯”向榮 英特爾第四代酷睿智能處理器

王丁 王旭

制作本期專題的內(nèi)容時(shí)，我們和英特爾公司簽署的保密協(xié)議還沒有到期；當(dāng)然，雜志印刷出來捧在讀者手中時(shí)，英特爾公司已經(jīng)正式發(fā)布了Haswell——第四代酷睿智能處理器。全新的架構(gòu)能帶來多大的性能提升，新平臺又有哪些技術(shù)進(jìn)步，是否值得馬上升級你的PC？那就跟隨我們一起來領(lǐng)略第四代酷睿平臺的魅力吧。

Tick-Tock這個(gè)名稱源于鐘表上秒針行走時(shí)所發(fā)出的嘀嗒聲，英特爾公司在2007年正式提出了以此命名的發(fā)展戰(zhàn)略模式，為其芯片設(shè)計(jì)制造業(yè)務(wù)規(guī)劃出一個(gè)可持續(xù)的發(fā)展框架——將處理器微架構(gòu)的更新和芯片制造工藝升級的時(shí)機(jī)錯(cuò)開，Tick代表著制造工藝的進(jìn)步，例如從32納米的Sandy Bridge到22納米的Ivy Bridge，架構(gòu)沒有發(fā)生變化，性能提升不大，只是縮小了芯片面積、降低功耗和發(fā)熱量；而Tock則意味著微架構(gòu)的變化，例如同樣32納米的Sandy Bridge就采用了與Westmere不同的架構(gòu)，還有這次專題的主角——Haswell，它和同樣基于22納米制造工藝的Ivy Bridge也是兩種不同的架構(gòu)。也就是說，英特爾公司以兩年為一個(gè)周期，在Tick年提升制造工藝，在Tock年改變處理器的微架構(gòu)，從而讓自己的芯片設(shè)計(jì)制造業(yè)務(wù)有規(guī)劃、有效率地發(fā)展下去。

一般來說，普通家庭中一臺PC的使用壽命大約是四到五年，當(dāng)然也有兩種例外，一種是堅(jiān)持使用十年前的Windows XP系統(tǒng)、平時(shí)只上上網(wǎng)看看新聞，不玩PC游戲不看高清，甚至有可能還沒跨入酷睿的時(shí)代；另一種則是走另一個(gè)極端的發(fā)燒友用戶，電腦的配置始終要和最新一代的技術(shù)規(guī)格保持同步，按照英特爾的Tick-Tock戰(zhàn)略，他們幾乎一年就要升級一次PC。對于游戲發(fā)燒友來說，不需要別人去說服他升級或更換PC，只要他覺得自己的電腦在運(yùn)行熱門游戲時(shí)已經(jīng)顯得力不從心，就會主動萌生這個(gè)想法。而對于那些在PC的投資上特別保守的人來說，你很難用技術(shù)規(guī)格的進(jìn)步、性能提升的比例來打動他；當(dāng)然，這里還包括受購買能力的限制和對PC依賴程度很低（靠筆記本或平板電腦來實(shí)現(xiàn)娛樂功能）這兩種可能。所以，我們這篇文章的目標(biāo)讀者是那些關(guān)注核心技術(shù)進(jìn)步、日常生活中對PC有依賴性（縱然不熱衷于高負(fù)載的3D游戲，起碼也是以PC為常用的多媒體娛樂工具）的人群。如果你的電腦還停留在Sandy Bridge以前的規(guī)格，確實(shí)應(yīng)該考慮考慮更新一下配置了。

介紹Haswell處理器之前，我們不妨先來回顧一下Tick-Tock戰(zhàn)略發(fā)布以來的英特爾處理器發(fā)展歷程。

2006年6月

Core架構(gòu)的問世堪稱是英特爾X86處理器發(fā)展道路上的一個(gè)里程碑，在此之前NetBurst架構(gòu)的發(fā)展已經(jīng)明顯遭遇了瓶頸——盡管制造工藝從90納米進(jìn)化到65納米，但是Pentium D處理器功耗過高的問題卻沒得到明顯的改善，4GHz基本已經(jīng)成為NetBurst架構(gòu)的頻率極限，10GHz的Nehalem計(jì)劃只能胎死腹中（老外也喜歡放衛(wèi)星啊）。Core架構(gòu)的誕生，徹底解決了英特爾處理器散熱量過高的問題，也標(biāo)志著主頻至上的策略從此被“每瓦性能”的策略所取代。第一代Core架構(gòu)的桌面級處理器核心代號為Conroe，這兩個(gè)單詞的發(fā)音對于不懂英語的人來說比較容易混淆，因此在電腦賣場里經(jīng)常能聽到商家稱其為“扣肉”。而處理器的正式命名Core 2 Duo也讓人感到莫名其妙——明明是第一代Core架構(gòu)的處理器，為什么卻叫Core 2 Duo？實(shí)際上，Core Duo處理器也確實(shí)存在，只不過沒有應(yīng)用在臺式機(jī)上，而移動平臺又是主打迅馳的整體概念，因此不太受人關(guān)注。

2007年11月

英特爾將Core架構(gòu)的制造工藝水平提高到45納米，以Penryn作為開發(fā)代號（實(shí)際上就取自這一代移動處理器的核心代號），桌面級雙核處理器的核心代號為Wolfdale、四核處理器的核心代號為Yorkfield。相對于前一代產(chǎn)品來說，只是增加了二級緩存的容量，性能有小幅提升，TDP（熱功耗）還維持在65W和95W不變。

2008年11月

英特爾推出了基于45納米工藝的新架構(gòu)——Nehalem，是不是覺得這個(gè)代號有點(diǎn)熟？沒錯(cuò)，就是之前提到過的那個(gè)胎死腹中的10GHz處理器，英特爾難以割舍這個(gè)名字，又把它用于新架構(gòu)的命名了。從這一代產(chǎn)品開始，英特兒放棄了Core 2 Duo的命名方式，改為Core i7/5/3的商標(biāo)，也就是第一代酷睿智能處理器。Nehalem處理器在接口規(guī)格方面比較混亂，既有LGA 1366的規(guī)格——對應(yīng)Bloomfield核心的Core i7 9xx（姑且把它看作是Core 2 Extreme至尊版的延續(xù)也未嘗不可），也有LGA 1156的規(guī)格——對應(yīng)Lynnfield核心的Core i7 8xx以及Core i5處理器。Nehalem架構(gòu)的誕生也帶來了翻天覆地的變化，比如用QPI（Quick Path Interconnect）取代了使用多年的前端總線（FSB），將內(nèi)存控制器集成到CPU中，支持三通道DDR3規(guī)格的內(nèi)存，北橋芯片的傳統(tǒng)功能基本上已經(jīng)被架空了。由于Bloomfield Core i7處理器 + X58芯片組主板 + 三通道DDR3內(nèi)存的整體成本太高，不利于新平臺的推廣，于是英特爾公司才推出了“縮水版”的Lynnfield——集成雙通道DDR3內(nèi)存控制器，搭配價(jià)格相對低廉的P55芯片組平臺，取代Core 2 Quad四核處理器的位置。

2010年1月

Nehalem架構(gòu)邁入了32納米的制造工藝，英特爾稱其為Westmere。按照Tick-Tock戰(zhàn)略的規(guī)劃，這次Tick變化本應(yīng)發(fā)生在2009這一奇數(shù)年，英特爾公司這次的動作略有些遲緩，在2010年1月才正式發(fā)布，從自然年來看好像是滯后了一年，實(shí)際上距離上一次Tock變化也就是13個(gè)月多一點(diǎn)。這一代產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步并不僅限于制造工藝方面，將顯示單元從北橋芯片中挪到處理器封裝內(nèi)，也是一項(xiàng)創(chuàng)舉；只不過運(yùn)算單元和圖形單元的工藝并不同步——前者已經(jīng)跨入32納米時(shí)代，后者還停留在45納米階段，它們只是被一起封裝在處理器的散熱外殼下，彼此相對獨(dú)立。英特爾平臺的集成顯示方案從主板上的Graphics Media Accelerator變成了處理器內(nèi)部的HD Graphics。

2011年1月

第二代酷睿智能處理器——Sandy Bridge問世，雖然這屬于一次架構(gòu)的變化，但是其中也包含了圖形芯片的工藝改進(jìn)，達(dá)到了與CPU運(yùn)算單元同步的32納米工藝，同時(shí)還獲得了一個(gè)“核芯顯卡”的新稱謂。此外，Sandy Bridge架構(gòu)中還引入了全新的AVX（Advanced Vector Extensions）指令集，英特爾公司宣稱在AVX指令集的幫助下，矩陣運(yùn)算的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SSE指令集，并且其SIMD（Single Instruction， Multiple Data）演算單元的位寬也從128bit提升為256bit，這對于縮減核心面積帶來了很大的幫助。在處理器的命名方式上，Sandy Bridge依然沿用Core i7/i5/i3的商標(biāo)，只是將數(shù)字編號由三位數(shù)調(diào)整為2開頭的四位數(shù)，以表明其第二代酷睿智能處理器的身份。架構(gòu)的變化，自然就意味著芯片組平臺的變遷，雖然只是從LGA 1156到LGA 1155這么“一pin之差”，但是Sandy Bridge處理器已經(jīng)無法再兼容5系列芯片組平臺，英特爾推出了Z68、Q67、P67、H67、H61等一系列平臺與之匹配。

2012年4月

核心代號為Ivy Bridge的英特爾X86處理器邁入了22納米制造工藝的階段，也宣布了第三代酷睿智能處理器的問世。伴隨著制造工藝水平的提升，Ivy Bridge核心還引入了創(chuàng)新的3D晶體管技術(shù)，從二維到三維的演變無疑會顯著增加單位面積下的數(shù)據(jù)流通行效率，就好比修建了高架橋和隧道的道路，要比單一的地面道路通行效率更高。雖然第三代酷睿和第二代酷睿之間并沒有發(fā)生架構(gòu)的變化，也可以兼容6系列的芯片組平臺；不過英特爾還是推出了涵蓋原生USB 3.0、SATA 6Gbps、PCI-E 3.0等先進(jìn)規(guī)格的7系列芯片組，下文介紹8系列芯片組平臺時(shí)我們就以Z77和Z87作為比較對象。有一點(diǎn)需要單獨(dú)說明，在這個(gè)階段代表著英特爾桌面級處理器最高性能的產(chǎn)品并不是Ivy Bridge核心的Core i7-3770K，而是基于32納米工藝的Sandy Bridge-E處理器（相當(dāng)于至尊版或者Bloomfield的延續(xù)），它采用LGA 2011的封裝方式，只能搭配Intel X79芯片組平臺來使用；而22納米的至尊版產(chǎn)品（Ivy Bridge-E）則是在Haswell的產(chǎn)品周期內(nèi)才會上市。

2013年6月

英特爾發(fā)布Haswell架構(gòu)的第四代酷睿智能處理器平臺，前面鋪墊了這么多，終于說到正題了，那就讓我們一起來看看它的新特性吧。

處理器部分

既然定義為第四代酷睿智能處理器，那在命名方式上也毫無懸念，一定是符合Core i7-4770、Core i5-4670/4570的規(guī)則。至于字母后綴的含義，K、M、S、T、U都是我們熟悉的規(guī)格，移動平臺中增加了H和Y兩種規(guī)格，其中H后綴可以看作是M后綴的顯示性能增強(qiáng)版（關(guān)于顯示核心的類別以及銳炬顯卡的細(xì)節(jié)，在下文會有詳細(xì)描述），而Y后綴則是比U后綴功耗更低的版本，專為可變形超極本而打造；在桌面平臺中增加了一個(gè)R后綴，實(shí)際上也只有Core i7-4770R這么一款產(chǎn)品，也是唯一一款集成了銳炬顯卡的桌面級處理器，據(jù)稱是特供蘋果iMac一體機(jī)的，不會在零售市場上銷售。

關(guān)于處理器的運(yùn)算性能部分，并沒有太多可以訴之于筆墨的文字。簡單一句話，22納米工藝下更成熟的架構(gòu)以及新指令（AVX2）的擴(kuò)展，讓Haswell具備明顯優(yōu)于Ivy Bridge的性能。所謂更成熟的架構(gòu)，就是指環(huán)形總線的設(shè)計(jì)，它可以更容易地實(shí)現(xiàn)各個(gè)單元之間的連接；而升級到256位的AVX2指令集則是讓CPU的浮點(diǎn)運(yùn)算性能提升了一倍。除了基本性能提升之外，第四代酷睿處理器在超頻方面也有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，在以往的主板電路中，必須設(shè)計(jì)不同的VR（電壓調(diào)節(jié)器）來分別控制CPU、GPU、I/O等不同部件的電壓，用戶通過微調(diào)這些參數(shù)來獲得更好的穩(wěn)定性或超頻性能。但是在Haswell架構(gòu)中，這些調(diào)節(jié)器全部整合到了CPU之中，主板只需要設(shè)計(jì)一個(gè)VR，其他的微調(diào)交給CPU完成，大大降低了主板的供電設(shè)計(jì)難度，同時(shí)也大大簡化了超頻的操作。

與其細(xì)摳那些枯燥晦澀的專業(yè)詞匯，去探詢Haswell性能提升的理論依據(jù)，倒不如用事實(shí)說話，從下面三組數(shù)據(jù)的對比中就可以看出，無論是高端的Core i7-4770K、還是主流的Core i5-4670，運(yùn)算性能都要比與之對應(yīng)的Ivy Bridge處理器提高了10% 左右。

盡管Haswell的架構(gòu)變化，給處理器的運(yùn)算性能帶來了明顯的提升，不過這還不是最令人激動的環(huán)節(jié)，核芯顯卡的變化才是第四代酷睿智能處理器中的最大亮點(diǎn)。英特爾第一款集成圖形單元的處理器是32納米的Clarkdale Core i3，其中運(yùn)算單元基于32納米的制造工藝，而圖形單元還停留在45納米工藝的階段，在一些第三方的硬件檢測工具中，它就被識別成HD Graphics 1000；從Sandy Bridge開始，英特爾正式提出了核芯顯卡的概念，包括代號為GT1和GT2的兩種規(guī)格，對應(yīng)的正式名稱分別為HD Graphics 2000和HD Graphics 3000，前者包含6個(gè)執(zhí)行單元，后者為12個(gè)執(zhí)行單元；到了Ivy Bridge這一代，仍然是分為GT1和GT2兩種規(guī)格，只不過命名變成了HD Graphics 2500和HD Graphics 4000，前者的執(zhí)行單元數(shù)量沒有變化還是6個(gè)，后者的執(zhí)行單元數(shù)量提升到16個(gè)。具體到處理器型號與圖形核心的搭配上，規(guī)律性不是很強(qiáng)，尤其是桌面級處理器的規(guī)格更是略顯混亂——在第二代酷睿處理器家族中，只有以K結(jié)尾的不鎖頻型號以及以5結(jié)尾的型號會采用GT2核芯顯卡（即HD Graphics 3000），而其他產(chǎn)品則提供GT1核芯顯卡（HD Graphics 2000）。但是在第三代臺式機(jī)酷睿處理器家族中，這一政策并未完全延續(xù)下來。因?yàn)閺哪壳坝⑻貭栆呀?jīng)公布的規(guī)格來看，所有酷睿i7產(chǎn)品，無論其是以K結(jié)尾的不鎖頻版本，還是以T或S結(jié)尾的低功耗版本，搭載的都是GT2核芯顯卡（即HD Graphics 4000）；只有酷睿i5處理器保持了與二代酷睿相同的組合——不鎖頻版本搭載HD Graphics 4000，其它搭載HD Graphics 2500。在筆記本平臺上，與第二代一樣，所有第三代酷睿處理器搭配的都是GT2核芯顯卡（即HD Graphics 4000）。

上面這段話看起來夠繞的吧？到了Haswell這一代產(chǎn)品，圖形單元的分類就更加復(fù)雜且無規(guī)律可循了。Haswell的圖形單元包含GT1、GT2和GT3三種核心代號，其中GT3又分為15瓦、28瓦和GT3e這三個(gè)版本，GT3（15瓦）對應(yīng)的正規(guī)命名為Intel HD Graphics 5000，而GT3（28瓦）和GT3e對應(yīng)的正規(guī)命名為Intel Iris 5100和Intel Iris Pro 5200。Iris是英特爾公司為其圖形芯片注冊的一個(gè)新商標(biāo)，其中文名叫銳炬（Iris Pro翻譯為銳炬Pro——居然還是中英文混搭）。從英特爾官方給出的對比數(shù)據(jù)來看，以3DMark11的Performance模式為測試腳本，銳炬5100顯卡（Core i7-4558U）相對于核芯顯卡4000（Core i7-3687U）的性能提升基本是翻了一番，已經(jīng)超過了目前入門級獨(dú)立顯卡的水平，也就是說下一代超極本中部分產(chǎn)品的3D性能應(yīng)該能達(dá)到GeForce GT 640的水平。對于臺式機(jī)用戶來說，目前已知的桌面級處理器絕大多數(shù)都采用GT2的核心，只有一款特供蘋果iMac的型號—Core i7-4770R集成了銳炬Pro的顯示核心，恐怕大部分消費(fèi)者是無從體驗(yàn)的（不過話又說回來了，有多少肯花兩千元買顆CPU的人，不搭配個(gè)中高端的獨(dú)立顯卡，只用它的核芯顯卡呢，所以說英特爾為Core i7/i5級別的桌面級處理器搭配GT2顯示核心也算是明智的；至于未來的Haswell架構(gòu)Core i3處理器搭配哪種核顯，現(xiàn)在還不得而知）。至于GT1核心，我們只知道它的正規(guī)名稱叫Intel HD Graphics（沒有任何數(shù)字序號），其它細(xì)節(jié)目前還不得而知，據(jù)推測應(yīng)該是應(yīng)用于下一代的奔騰和賽揚(yáng)處理器中。在移動平臺中，據(jù)說會增加一種H后綴的四核處理器，熱設(shè)計(jì)功耗為47瓦，就是采用了GT3e顯示核心、也就是核芯顯卡里的最高規(guī)格—銳炬Pro，至于這類處理器會被應(yīng)用到什么樣的筆記本中，現(xiàn)在還難以判斷。從技術(shù)規(guī)格來說， Haswell核芯顯卡也有很多進(jìn)步，例如支持DirectX 11.1、OpenGL 4.0、OpenCL 1.2的接口規(guī)范，支持4K×2K的分辨率，另外在三屏輸出的操作上也更加簡單——選擇任意三個(gè)視頻輸出接口即可實(shí)現(xiàn)，比起Ivy Bridge核芯顯卡必須要依靠兩個(gè)DisplayPort接口才能實(shí)現(xiàn)三屏輸出的解決方案，顯然是靠譜多了。

在第四代酷睿智能處理器問世之前，一體式電腦和超極本就已經(jīng)成為桌面市場和移動計(jì)算領(lǐng)域中的生力軍。新的Haswell架構(gòu)不僅在計(jì)算性能上相對新一代產(chǎn)品繼續(xù)攀升，而且還提供了前一代的圖形引擎，3D性能呈指數(shù)型提升，堪稱是核心計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)近十年來最偉大的創(chuàng)新。在它的推動下，超極本、一體機(jī)、以及NUC這類的迷你型產(chǎn)品都將迎來更大的發(fā)展空間，在運(yùn)算性能大幅提升的同時(shí)，也會呈現(xiàn)出更豐富多樣的應(yīng)用模式。

芯片組部分

既然第四代酷睿智能處理器已經(jīng)發(fā)生了架構(gòu)的變化，顯然也就意味著不再兼容上一代的芯片組平臺，因此與LGA 1150封裝的Haswell處理器相匹配的英特爾8系列芯片組也就一同誕生了。我們最早看到的產(chǎn)品是面向高端消費(fèi)市場的Z87芯片組，它也是完全開放超頻功能的唯一平臺，如果要體驗(yàn)不鎖倍頻（K后綴的處理器）的Core i7-4770K，必然要搭配Intel Z87芯片組平臺。我們在第一時(shí)間拿到了一款技嘉的Z87主板——GA-Z87X-UD3H，根據(jù)它的命名規(guī)則，我們可以看出這是一款采用二倍銅PCB和全固態(tài)電容的主流平臺，下面我們就結(jié)合著這款產(chǎn)品來介紹8系列芯片組的技術(shù)規(guī)格。

8系列芯片組最大的變化就是增加了原生高速接口的數(shù)量，此前Z77主板能夠提供4個(gè)原生USB 3.0接口、2個(gè)原生SATA 6Gbps接口以及1條PCI-E 3.0插槽的支持；而到了8系列芯片組，原生USB 3.0接口的數(shù)量會從4個(gè)變?yōu)?個(gè)、原生SATA 6Gbps接口數(shù)量會從2個(gè)變?yōu)?個(gè)，從而能夠更好地適應(yīng)高速外置存儲設(shè)備的連接。

另外7系列主板中的Rapid Storage技術(shù)在8系列芯片組中也得到升級，除了大幅優(yōu)化SSD硬盤的支持外，新的快速儲存技術(shù)還能提供三項(xiàng)重大的新技術(shù)：利用內(nèi)存作緩存加速的“快速同步”，通過動態(tài)調(diào)整供電狀態(tài)為磁盤加速的動態(tài)磁盤加速器；基于UEFI技術(shù)的極速啟動支持。