英特尔Sandy Bridge处理器技术细节

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英特尔(Intel)在稍早前的国际固态电路会议(ISSCC)中，透露了32纳米Sandy Bridge处理器的技术细节，包括进一步说明其模块化环互连、如何将快取的操作电压降至最低，以及导入用于监控互连流量的除错总线。
　　据英特尔位于以色列Haifa设计中心工程师Ernest Knoll在ISSCC上所提出的文件显示，32nm的Sandy Bridge处理器在单颗芯片上整合了4个x86核心、功耗/性能优化的绘图处理单元(GPU)、DDR3内存和PCI Express控制器。Sandy Bridge在216mm2的芯片面积上整合了11.6亿个晶体管，Knoll说。
　　Sandy Bridge的IA核心进行了几项改良，在不增加功耗的条件下提高了性能，这些改善包括改良其分支预测算法、微运算码(micro-operation)快取和浮点强化的向量扩展。此外，该组件的CPU和GPU共享相同的8MB三级高速缓存。
　　虽然四片L3快取分别与四个x86核心相结合，每核心2MB，但它们完全能与GPU共享，Knoll说。
　　


　　Sandy Bridge的环互连结构可连接晶上的所有元素，包括微处理器、绘图处理器、L3快取和系统代理。据Knoll介绍，由于环互连是模块化的，因此可以轻易地透过将四核心芯片“砍”(chopping)成2个核心和2个快取模块，来转换成双核心芯片。Sandy Bridge最先推出的产品可提供双核心或四核心版本。
　　“只要简单地将芯片‘砍’成两片，我们就可以得到另一种版本的产品，”Knoll说。
　　英特尔在去年9月的开发者论坛上首次提供了有关Sandy Bridge系列异质处理器的细节。今年一月，英特尔推出首款Sandy Bridge产品，这也是该公司第一代的Core处理器系列。一月初以来已经有部份芯片出货，英特尔希望今年能有超过500款笔记型和桌面计算机采用该芯片。
　　功耗最小化
　　该文件指出，由于Sandy Bridge的x86核心和L3快取共享同一个电源层(power plane)，因此，英特尔所面临的挑战，是维持L3快取数据所需的最低电压可能会限制核心的最低操作电压，从而增加系统功耗。而英特尔透过开发数种电路和逻辑设计技术，最小化了L3快取和芯片上缓存器档案的操作电压，以实现较核心逻辑更低的水平。
　　“我们的设计目标之一，就是尽可能减少电力消耗。”Knoll说。
　　英特尔所使用的其中一种技术是共享的P通道MOSFET，它削弱了内存单元举升(pull up)组件效应的强度，从而解决了在低电压下的射频写入能力退化问题，Knoll表示，这可透过制程的变化来达成。
　　“有了这样的技术，我们能够为绝大多数的芯片改良最小操作电压。”Knoll说。
　　该文件显示，多亏采用这些技术，Sandy Bridge的功耗范围涵盖了从高阶桌面计算机用的四核心组件的95W，一直到可用于移动产品的17W双核心Sandy Bridge都包含在内。
　　Sandy Bridge还导入了一个除错总线，可用于监控该处理器环形架构中的x86核心、绘图处理器、快取和系统代理的流量情况。这个总线也称之为通用除错外部连接(GDXC)，能让芯片、系统或软件除错器对环形架构的信息流量和协议控制讯号进行采样，并将之驱动到一个外部逻辑分析仪，以回复并分析这些资料。
　　“GDXC对系统和软件除错器来说是极有价值的工具。”Knoll说。
　　Sandy Bridge还包含两个不同类型的温度传感器，以用于监控芯片温度。其中之一是位于每核心上、基于二极管的热传感器，主要用来比较二极管电压到输出的温度，以提供温度调节信息、灾难性失败讯息，以及风扇调节等功能。第二个是尺寸更小的CMOS热传感器，其温度范围限制较大，但可放置在核心中的数个不同地方，以提供精确的核心热点影像。
　　今年稍早，英特尔在1月9日开始出货的首款四核心版本Sandy Bridge芯片中，发现了一个辅助芯片的设计缺陷。该公司快速修复了该问题，并暂停出货该辅助芯片。稍后英特尔已恢复出货该芯片给PC供应商。