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              全新英特爾至強E5 v4系列處理器解讀

              2016-06-03特約作者 張山《微型計算機》2016年5月上

              2016年4月1日,英特爾在北京發布了全新的至強 E5-2600 v4家族處理器(簡稱E5 v4),配備了全新的工藝、全新的架構、更完善的檔次劃分。那么這一次英特爾在發布會上帶來了那些干貨?相比2014年9月發布的E5 v3,E5 v4性能提升幾何?對于實際的行業用戶而言它又帶來了哪些好處?就讓我們一一為你解讀!

              隨著互聯網和移動計算的進一步發展,云以及云代表的產業鏈在近幾年開始呈現爆發的增長態勢。無論是國家層面的“互聯網+”戰略,還是傳統產業的互聯網轉型,再加上各種各樣的公眾云、私有云、行業云的誕生,云時代下數據的處理、存儲、使用成為廠商和用戶直面的核心問題。也正是看到了這個變化,英特爾希望借助新的至強 E5-2600 v4,進一步提升性能,加強穩定性,細化功能,讓英特爾在云計算時代繼續維持絕對的統治力。

              更多核心、更多特性——至強 E5-2600 v4特性解讀

              首先,我們先熟悉一下至強 E5-2600 v4家族產品的基本情況。至強 E5-2600 v4家族擁有三款不同的核心配置,分別是高核心數(High Core Count,HCC)、中等核心數(Medium Core Count,MCC)和低核心數(Low Core Count,LCC)。其中高核心數高可配置24個內核(但實際產品只開啟了22個)、中等核心數高可配置14個內核、低核心產品高可配置8個內核。TDP等數值隨著核心數量和頻率等不同配置方案而略有不同。技術方面,相比上代至強 E5-2600 v3系列,至強 E5-2600 v4系列的技術改進主要在換用了全新的Broadwell架構、制造工藝進化至14nm、核心數量從上代的18個提升至大22個、超線程核心也順理成章增加至44個、緩存容量進一步提升至大55MB、首次加入了對3D堆棧式內存技術的支持,使得大內存支持可達3TB以上。此外,諸如資源直配技術(RDT)、虛擬化增強以及TSX交易同步擴展指令集、增強的安全特性等技術也加強了新產品在新應用環境下的優勢。

              從工藝角度來看,至強 E5-2600 v4家族全部采用了新的14nm工藝,相比之前的22nm工藝而言,新的工藝線寬更小、能夠在有限的面積內容納更多的晶體管、驅動電壓也有一定的降低,更節省電能。正是由于新工藝的使用,至強 E5-2600 v4可容納的內核數量才從之前的多18個提升到大24個—不過由于細分市場和TDP等問題,英特爾在E5級別的處理器上多只開啟了22個核心,只有E7等級的處理器上用戶才能得到完整的24個核心,不過此時高TDP也會提升至165W。在應用了新工藝后,高核心數配置下,處理器面積達到了465平方毫米,晶體管數量高達72億個;中等核心數配置的芯片面積為306平方毫米,晶體管數量為47億個;低核心數配置的核心面積為236平方毫米,晶體管數量為34億個。相比上一代18核的至強 E5-2600 v3核心面積高達662平方毫米而言,全新的14nm工藝帶來的集成度提升有目共睹。

              至強 E5-2600 v4家族基本特性概覽及與前代產品的主要規格對比。

              至強 E5-2600 v4家族基本特性概覽及與前代產品的主要規格對比。

              除了性能外,至強 E5-2600 v4還加強了安全功能,包括加密和安全認證方面的功能。

              除了性能外,至強 E5-2600 v4還加強了安全功能,包括加密和安全認證方面的功能。

              至強 E5-2600 v4家族HCC、MCC和LCC不同的配置情況。

              至強 E5-2600 v4家族HCC、MCC和LCC不同的配置情況。

              至強 E5-2600 v4家族HCC、MCC和LCC不同的配置情況。

              Tick步驟——單核心改進不多

              在核心改進方面,由于本次從Haswell-EP進化至Broadwell-EP屬于英特爾架構改進中的“微架構不變,制程工藝更新”的步驟,也就是傳說中的“Tick”步驟,因此整體核心只是微調,架構方面的改進并不大,包括core和uncore的前端、指令解碼、緩存、各種功能單元、總線、接口等,Broadwell-EP都基本維持了和Haswell-EP一樣的設計。尤其是從Ivy-Bridge-EP就開始使用、在Haswell-EP上大幅度改善調整的環形總線,在Broadwell-EP上得到了全盤繼承。相比之前的Haswell-EP上多掛載18個處理器核心,Broadwell-EP上高可掛載24個處理器核心,其雙向、分組環形總線的設計和緩沖器方案,使得英特爾能夠在更多核芯的情況下,實現核心資源的有效調配和控制。

              雖然硬件架構基本相同,但這并不意味Broadwell-EP架構沒有做出改進。英特爾宣稱,相比Haswell-EP, Broadwell-EP的IPC性能略微提升了約5%,其中大的變化發生在調度器和緩沖器上。Broadwell-EP的亂序調度器窗口更大(從60提升至64)、允許更多的指令被重新排隊,相應的提高了IPC。此外,L2 TLB也從1K增加至1.5K,減少了地址條目轉換失誤。在TLB方面,英特爾還增加了一個TLB頁面,允許Broadwell-EP同時并行處理內存頁。在計算能力方面,Broadwell-EP的浮點能力得到了加強,包括浮點乘法周期從之前的5周期降低至3周期、使用了1024(10bit)分頻器等。此外,Broadwell-EP還改進了分支預測單元,從之前的8路提升至10路,在微指令優化方面加強了并行性、減少指令延遲(ADC, CMOV, PCLMULQDQ的指令延遲降低至1uop)、加入了全新指令等。

              總的來看,雖然核心架構的改變不總是大幅度的,但每一代英特爾處理器產品在性能上相對于前作都具有優勢;配合英特爾比較頻繁的核心改進次數,從Nehalem開始,到隨后的Sandy Bridge、Ivy Bridge、Haswell再到今天的Broadwell,如果每代的IPC增長都在5%左右的話,數代累積下來整體性能提升是非??捎^的。這一次Broadwell-EP是Tick步驟,整體改善并不大,但依舊獲得了IPC約5%的提升以及核心數量、頻率方面的變化,可想而知下一次Skylake-EP,整體性能有望更進一步增強。

              目前Broadwell-EP的TSX功能終于可用了,包括事務型內存等技術都能夠正常的為用戶提供功能。之前Haswell-EP上,TSX出現了一些BUG,英特爾不得不關閉了這個功能。

              目前Broadwell-EP的TSX功能終于可用了,包括事務型內存等技術都能夠正常的為用戶提供功能。之前Haswell-EP上,TSX出現了一些BUG,英特爾不得不關閉了這個功能。

              Broadwell-EP在IPC上有了一定的提升。

              Broadwell-EP在IPC上有了一定的提升。

               Broadwell-EP進一步加強了AVX性能。

              Broadwell-EP進一步加強了AVX性能。

              Broadwell-EP在浮點性能和TLB、分支預測上的提升。

              Broadwell-EP在浮點性能和TLB、分支預測上的提升。

              Broadwell-EP在浮點性能和TLB、分支預測上的提升。

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