踏IDF七彩祥云 Ivy Bridge处理器解析

采用3D Tri-Gate IVB增加28%晶体管

    “我意中的CPU是个盖世英雄，有一天他会性能横扫所有平台，功耗却是最低”，不知有多少DIYer曾经这样深度YY过，而今这一梦想马上就能实现了，Intel全新一代处理器Ivy Bridge将踏着IDF 2012的七彩祥云正式到来。。。

    是的，“没有最好，只有更好”，每一代处理器的面世都带来令人惊叹的改变，不过似乎却又都有着不足，这种局面在Ivy Bridge身上终结了，它不仅性能比Sandy Bridge更强，制造工艺也比后者更先进，功耗也大幅下降——按照Intel的“TICK-TOCK”战略，Ivy Bridge将带来制程上的更新，由目前的32nm提升到22nm。

    Sandy Bridge被Intel称为第二代酷睿i处理器，第一代酷睿i则可以追溯到2008年11月，根据评测，Sandy Bridge的高端型号酷睿i7-2600K成功超越上代旗舰酷睿i7-990X，新一代旗舰Sandy Bridge-E则是轻松成为新一代旗舰，在局面大好的情况下，作为第三代的Ivy Bridge又将如何表现呢？下面我们就在本届IDF峰会之前再次聚焦期待已久的Ivy Bridge。

    采用3D Tri-Gate！IVB增加28%晶体管

    每一年，Intel都严格按照“TICK-TOCK”策略更新桌面处理器，也一次次得在制造工艺上领跑业界，今年Intel再次上演拿手好戏，一改沿用50多年的传统二维平面晶体管设计，率先在业界推出三维立体晶体管，Intel将其称为“Tri-Gate”。

    戈登·摩尔高度评价3D Tri-Gate

    Intel自2002年就开始了这一技术研究，不过长期以来都处于实验室阶段，而今在十年后，这一创新技术终于从实验室走向规模量产，尽管IBM也在进行3D三栅级晶体管技术的研究，但是Intel首先实现了批量投产，这一工艺的量产对于整个IT产业来说具有划时代的意义。

    摩尔定律创始人戈登·摩尔就对“Tri-Gate”技术做了高度评价：“在多年的探索中，我们已经看到晶体管尺寸缩小所面临的极限，今天(‘Tri-Gate’，小编注)这种在基本结构层面上的改变，是一种真正革命性的突破，它能够让摩尔定律以及创新的历史步伐继续保持活力。”

    Ivy Bridge相比Sandy Bridge晶体管数量增加了28%

    “Tri-Gate”晶体管技术的成熟再一次验证了摩尔定律(当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍)，并允许新一代处理器塞入更多的晶体管，从而实现更强劲的性能。现在的Sandy Bridge处理器核心面积为216mm2，晶体管数量为11.6亿，即将推出的Ivy Bridge处理器的核心面积为160mm2，相比缩小了25%，而晶体管数量则大幅增加到了14.8亿，增长了约28%。

突破限制降低功耗 Tri-Gate重大意义

    突破限制降低功耗！Tri-Gate重大意义

    3D Tri-Gate工艺使用一个薄得不可思议的三维硅鳍片取代了传统二维晶体管上的平面栅极，形象地说就是从硅基底上站了起来，这种全新设计带来了硅芯片的重大突破。

    32nm二维晶体管设计(左)与22nm三维晶体管设计(右)

    3D Tri-Gate工艺突破了传统二维晶体管限制

    从上面的示意图上可以看出，硅鳍片的三个面都安排了一个栅极，其中两侧各一个、顶面一个，用于辅助电流控制，而2-D二维晶体管只在顶部有一个。这样设计的好处之一便是可以突破传统二维晶体管限制，从而在更小的体积内塞入更多晶体管，以设计出更高性能的产品。

    3D Tri-Gate工艺使得CPU工作在更低电压下

    3D Tri-Gate工艺带来的另一大好处就是可以显著降低芯片的功耗，尽管Ivy Bridge在更小的面积增加了更多晶体管，但是它的功耗却明显降低，这得益于3D Tri-Gate工艺带来的漏电率降低，阈值电压大幅下降，晶体管可以工作在更低的电压下，这使得22nm的Ivy Bridge相比32nm的Sandy Bridge核心电压降低了0.2V。

3D晶体管技术革新现代电子产业

    从前面关于3D Tri-Gate工艺的介绍来看，这一创新技术给桌面处理器带来了无“限”可能，实际上，Tri-Gate工艺还将引发现代电子产业的革新。

    Intel将在以上五家晶圆厂采用22nm Tri-Gate制造工艺

    3D Tri-Gate工艺为移动设备带来更广阔发展空间

    晶体管是现代电子的基石，3D Tri-Gate工艺一举改变了沿用了50多年的晶体管设计，它不仅延续了摩尔定律，还将为移动处理器芯片扫清体积和功耗上的障碍，从而在为移动计算设备提供媲美桌面处理器性能的同时，进一步降低设备功耗，这在电池技术发展缓慢的当前具有非凡的意义。

    晶体管制造工艺发展

    Intel计划推出14nm制程的Atom处理器

    Intel目前正在进入移动处理芯片市场，借助3D Tri-Gate工艺，Intel可以推出更低功耗的Atom处理器(关于Atom处理器发展历史可参考文章：终究能否逆天！Intel Atom全面回顾)，从Intel Atom处理器路线图上我们看到，Intel计划于2014年推出14nm的Atom，3D Tri-Gate工艺则在2013年就登陆22nm的Atom了。在3D Tri-Gate新工艺帮助下，Intel将能推出性能更强、功耗更低的SoC芯片，一切顺利的话，智能手机和平板机市场的格局将会全面改变。

制程之外的变化：架构更新/核显升级

    前面我们花了大量的篇幅回顾了Intel将在Ivy Bridge处理器上率先使用的3D Tri-Gate制造工艺，但是Ivy Bridge带来的改变并不仅仅是制程上得更新，在处理器架构层面，Intel也作了一些改进。

    3D Tri-Gate使Ivy Bridge获益良多

    相比Sandy Bridge，Ivy Bridge优化了单线程计算，Intel的超线程技术是在CPU内部内置一部分缓冲区/队列来让多个线程的指令同时利用，但是在Sandy Bridge中，这些缓冲区是静态分割开来的。如果一个缓冲区最多可以接受20个请求，Sandy Bridge的单个线程只能得到10个，也就是说在单线程运算时，只能利用到一半的缓冲区，而在Ivy Bridge这部分结构采用动态分配设计，如果处理器只进行单线程计算，那么缓冲区的所有资源都将能被这条线程利用。这使得Ivy Bridge的每时钟性能提升4%-6%。

    Ivy Bridge与Sandy Bridge的异同点

    Ivy Bridge的核显改进

    除了核心部分的优化，Ivy Bridge的核显部分也得到全新设计。Ivy Bridge内置的HD Graphics 4000/2500开始支持DX11(HD Graphics 2000/3000支持DX10.1)、OpenCL3.1(HD Graphics 2000/3000支持OpenCL1.1)，EU数量由12提升到了16个，从此，核显也将能支持三屏显示，支持的最大分辨率由Sandy Bridge核显的2500X1600提升到4096X4096，这将能帮助核显明显提升游戏体验，此外，Ivy Bridge也迎来了新一代Intel Quick Sync快速转码技术， 整体上，HD Graphics 4000/2500将比上代核显性能提升60%。

    此外，Ivy Bridge改进了内存控制器——内置DDR3-2133内存控制器，最高可以支持到DDR3-2800，而且可以使用1.35V的低电压版内存DDR3L。Ivy Bridge同时还改进了电源管理技术，在同等性能水平下，相比Sandy Bridge，Ivy Bridge仅需消耗原来75%-80%的功耗。

发挥22nm的威力 7系芯片组超频强劲

    发挥22nm的威力！7系芯片组超频强劲

    Ivy Bridge尽管保持了跟6系芯片组的向上兼容性，Intel还是提供了代号为Panther Point的全新7系芯片组，Ivy Bridge将和7系芯片组组建Maho Bay平台，已确定的型号为Z77、Z75和H77。

    相比6系列芯片组，7系列芯片组将支持PCI Express 3.0，并增加对USB 3.0的原生支持，对USB 3.0的原生支持可以说是7系芯片组最大、最重要的改进，在存储方面，SATA 6Gbps接口数量仍然为2个，SATA 3Gbps则为4个，并未变化。

    Ivy Bridge搭配7系列芯片组组建Maho Bay平台

    6、7系列芯片组能分别支持Sandy Bridge、Ivy Bridge

    由于6、7系列芯片组均能支持Sandy Bridge、Ivy Bridge处理器，但是它们之间互相组合的区别是什么呢？上图为我们一一罗列出来，主要区别在于安全、商用方面的功能，其中部分功能还需要下代Windows 8操作系统才能实现。

    Intel建议用户采用7系芯片组主板搭建Ivy Bridge平台

    Intel建议用户采用7系芯片组主板搭建Ivy Bridge平台，因为7系芯片组将能更好得发挥22nm制程的威力——采用22nm制程后，Ivy Bridge的超频能力显著提升。上图为极之玩家堂的冷水鱼将一颗酷睿i7-3770K超频至5GHz(100MHz X 50)，而此时的电压仅为1.27V，显然还有不小的潜力可以挖掘。

    总结：曾经没有一块桌面处理器具有Ivy Bridge这样高的能效比，我也没有机会去珍惜，等到IDF 2012突然到来的时候我才幡然醒悟，人世间最幸福的事莫过于此，如果老天能给我一块Ivy Bridge，我会对他说三个字：我买了。