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Sandy Bridge微架构

Sandy Bridge，或简称SNB（英特尔官方简称）或沙桥（中国大陆的网友或玩家一般使用的简称），是Intel研发的中央处理器微架构之代号，2005年开始研发，是为Intel Nehalem微架构的继任者。2009年Intel公开展示使用Sandy Bridge微架构的处理器样品，2011年1月正式发布，仍然使用Intel Core系列处理器作为首发产品。[2][3]Sandy Bridge微架构的处理器均使用32纳米平面双栅极晶体管的制程。[4]依照Intel的‘Tick-Tock’策略，继任的Intel Ivy Bridge微架构是Intel Sandy Bridge微架构的制程改进版。Intel Ivy Bridge使用22纳米3D三栅极晶体管制程。2011年第四季度Intel展示使用Ivy Bridge微架构的处理器样品，并宣布于2012年中期陆续发布基于Ivy Bridge微架构的处理器。[5]

Sandy Bridge
Sandy Bridge微架构的Intel Core i7 2600K俯视照
产品化2011年至现今
设计团队Intel
生产商
指令集架构MMX、SSE、SSE2、SSE3、
SSSE3、SSE4.1、SSE4.2、x86、
x86-64、EM64T、EIST、
XD bit、AES、AVX、Intel-VT
制作工艺/制程32nm
核心数量1 个[1]至 8 个
一级缓存64KB（每核心）
二级缓存256KB（每核心）
三级缓存1MB～20MB（各核心共享）
CPU主频范围至 3.6 GHz
QPI速率4.8 GT/s 至 8.0 GT/s
DMI速率2.5 GT/s 至 5.0 GT/s
CPU插座
封装
  • LGA（桌面平台、服务器平台）
  • BGA（移动平台）
  • PGA（移动平台）
应用平台服务器、工作站、台式机、笔记本电脑、超级计算机
核心代号
  • Sandy Bridge
  • Sandy Bridge-E
  • Sandy Bridge-EN
  • Sandy Bridge-EP
  • Sandy Bridge-H
  • Sandy Bridge-HE
  • Sandy Bridge-M
使用的处理器型号
上代产品Westmere
继任产品Ivy Bridge

技术特点

 
Sandy Bridge四核心微架构图解

Intel Sandy Bridge微架构的研发主要由Intel的以色列分公司的研发中心负责，原先Sandy Bridge代号为‘Gesher’（希伯来语中意为‘桥梁’）。后来为避免让人联想到以色列已解散政党‘Gesher political party’，遂改为现在的代号名称。[6]研发计划组由Intel副总裁罗恩·弗里德曼领导并管理。[2]2009年9月在Intel开发者论坛上，Intel展示了使用Sandy Bridge微架构的工程样品处理器，展示的工程样品处理器为A1步进，并运作于2.0GHz的时钟频率上。[7]

缓存

与Intel Nehalem微架构的相近，L1缓存仍为每核心64KB（32KB资料缓存+32KB指令缓存），L2缓存每核心独占256KB，内置共享式L3缓存，最高可达20MB。

多线程/超线程

部分型号的处理器（如Core i3、Core i7等）会继续沿袭超线程技术，最高可达8核心，16线程。

融合显示核心

在Intel Nehalem的制程改进版Intel Westmere上分立的显示芯片和CPU芯片的设计，在Intel Sandy Bridge上以GPU和CPU完整融合进一块芯片上的设计所取代，而且在Intel Sandy Bridge上显示核心将与CPU共享L3缓存，显示核心官方中文品牌名称为‘核芯显卡’（仅中国大陆）。移动平台的处理器均采用这种设计，而这种设计在桌面平台仅见于LGA1155平台。

硬件视频加速

Intel在Sandy Bridge上新增了Intel Quick Sync Video（快速视频同步）技术，支持硬件加速视频编码/解码。

北桥

延续Intel Nehalem的设计，存储器控制器和PCI Express控制器集成于CPU核心中，而且在Sandy Bridge上，存储器控制器的性能进一步提升，每个存储器通道每时钟周期支持两次访问操作。

总线

仍然使用QPI/DMI总线，但处理器内部则改为环形总线（Ring Bus）的形式，单向传输位宽为256比特。处理器上各核心、GPU、缓存、存储器控制器、PCI Express控制器以及各种在处理器上的输出输入控制器等均以环形总线连接。

核心

对分支预测器的设计进一步优化，扩大微码解码器缓存。电源和性能管理方面Turbo Boost（涡轮加速/睿频）则升级为2.0版本。

指令集

提升处理器运算超越函数的性能，优化AES加密性能（AES指令集）和SHA-1切细性能；新增256比特指令集AVX指令集，增强矢量运算能力和浮点运算能力。

芯片组、处理器插座

 
Sandy Bridge微架构的i7-2600K，采用LGA 1155

Intel为Sandy Bridge微架构的处理器推出了6系列消费级芯片组和C200系列企业级芯片组。处理器插座也顺势更变：桌面型平台、服务器平台、工作站平台的为LGA 1155、LGA 2011、LGA 1356（仅服务器、工作站平台）；移动平台的为BGA 1023/Socket G2、BGA 1224以及rPGA988B。

CPUID和步进

几乎所有的Sandy Bridge微架构的单核、双核甚至是四核的处理器都使用了同样为 0206A7h 的CPUID[8]。这些信息使得不能由CPUID直接识别处理器型号，但仍可以透过PCI配置空间来识别。后来极致性能/服务器平台的Sandy Bridge-E，最高可达八核心十六线程，无集成显示核心的处理器则使用 0206D6h 和 0206D7h 的CPUID。[9]详细的信息如列表所示：

核心代号 CPUID 步进 处理器插座 芯片面积 晶体管数量 最大
核心数量		 最大
显示核心
执行单元数量		 最大
L3缓存容量
Sandy Bridge-HE-4 0206A7h D2 LGA 1155, rPGA988B, BGA-1224, BGA-1023 216 mm² 11.6亿 4 12 8 MB
Sandy Bridge-H-2 J1 LGA 1155, rPGA988B, BGA-1023 149 mm² 6.24亿 2 4 MB
Sandy Bridge-M-2 Q0 131 mm² 5.04亿 6 3 MB
Sandy Bridge-EP-8 0206D6h C1 LGA 2011 435 mm² 22.7亿 8 0（无集成显示核心） 20 MB
0206D7h C2
Sandy Bridge-EP-4 0206D6h M0 LGA 2011 294 mm² 12.7亿 4 0（无集成显示核心） 10 MB
0206D7h M1

性能

  • 平均性能表现继续提升，根据IXBT Labs和Semi Accurate等众多媒体的基准测试，每时钟周期的性能比上代的Nehalem微架构高出平均11.3%，包括Nehalem微架构家族之中代号的Bloomfield、Clarkdale和Lynnfield等一众处理器。[10]但相比Intel Nehalem与Intel Core巨大的性能落差，Intel Sandy Bridge与Intel Nehalem的性能落差相对小得多。由于AMD的Bulldozer微架构迟迟未能推出，加之原来的K10.5架构日渐老旧以及Bulldozer微架构推出后其性能表现不佳，使Intel Sandy Bridge的高阶型号的处理器在x86处理器领域几近毫无对手，开始了Intel独霸的黄金十年（但是相对于整个处理器领域，目前仍落后于不少大型精简指令集体系的处理器，如 IBM POWER 7）。

处理器列表

主条目：Intel Core i7、Intel Core i5、Intel Core i3、Intel Pentium、Intel Celeron和Intel Xeon

芯片组缺陷

2011年1月31日，Intel突然发布关于6系列芯片组的召回通知，原因是PCH芯片组上SATA控制器的瑕疵。[11]

这个SATA控制器的问题，在于其SATA 3Gbps连接端口会随时发生故障而使主板失去与硬盘驱动器等设备的连线，尽管不会造成资料丢失等严重后果，而且SATA 6Gbps连接端口并没有这个问题。[12]Intel认为这个瑕疵仅会使5%的用户在使用3年后才会出现问题，但尽管如此，重度输出输入负载会使这个问题更早暴露出来。

出现该问题的6系列芯片组批量属于正式发售的B2步进版本，原来的工程样品并没有发现该问题的存在。Intel事后也迅速停止了B2步进版本的6系列芯片组的生产，改为生产经过电路修正后的B3步进的6系列芯片组。对主板厂商和OEM主机厂商，对于已出货的B2步进批量，Intel给予采购厂商有偿退换B3步进批量的产品，召回和退换行动由2011年2月14日开始，截止至2011年4月，在Intel确认已回收完所有B2步进批量的6系列芯片组以后。[13]在销售终端方面，主板厂商（例如华硕、技嘉等厂商）以及OEM品牌主机厂商（如DELL、HP等）则停止销售并回收在架的产品，由于Intel的召回行动并没有针对消费者，所以这些厂商有的自身出资为用户更换问题主板，有的则对问题主板用户提供技术支持（但可以选择自行与厂商联系更换）等。[14][15]

由于芯片组的瑕疵，使得日后Sandy Bridge微架构处理器的销售受到了一定影响，毕竟要使用Sandy Bridge微架构处理器必须使用6系列/7系列（2011年第四季度推出）的芯片组，对于Nehalem微架构的5系列芯片组Intel则不予支持。尽管如此，新架构处理器的发布照常进行，并没有受到影响。[16]问题被公布以后的两个星期，一些问题芯片组仍有少量出货，但主板厂商却要接受Intel的一系列条款，保证没有用户遇到芯片组出现问题的情况出现。[17]

限制

超频

Intel从Sandy Bridge微架构开始，处理器与PCH芯片组、芯片组与各系统总线之间统一使用DMI总线连接，而且还把系统总线（包括USB、SATA、PCI、PCI-E、CPU核心外频、存储器控制器等）的时钟频率统一由PCH芯片组内置的时钟频率发生器（DMICLK）产生，基准为100MHz，不再外加时钟频率发生器CK505 External。[18]在处理器的倍频被锁定的情况下，提升时钟频率只能通过提升基准时钟频率，在Sandy Bridge微架构上，由于一改变基准时钟频率（DMI总线时钟频率）就会连带改变所有系统总线的时钟频率，而部分系统总线（如SATA、PCI-E）并不能承受更高的时钟频率，致使基准时钟频率的提升空间被大大限制（仅能提升5%至7%），尽管DDR3系统存储器的时钟频率倍率没有限制。为照顾超频用户，Intel也顺势推出了不锁倍频的K/X系列处理器，允许用户可以调整出超过Turbo Boost最大倍频的倍频值，但最高倍频仍限制在57x。[19]而在Sandy Bridge-E平台，限制相对放宽，Intel在BIOS/EFI中提供了几个基准频率的值以供用户选择。[20]

在2010年的IDF上，Intel曾展示了一块未知型号的基于Sandy Bridge微架构的处理器，在风冷情况下稳定运作在4.9GHz上。[21][22]

芯片组

在6系列芯片组中，全线均采用LGA1155之处理器插座。H6X系列型号的H61芯片组不支持RAID，H67和H61不支持超频（即使是不锁倍频的K系列处理器），但支持核芯显卡显示输出；而P6X系列不支持核芯显卡的显示输出；只有Z68支持超频。

2012年中期推出的7系列全系列芯片组，除了供Intel Ivy Bridge使用以外，还可与Intel Sandy Bridge兼容，其中的Z7X型号的芯片组支持超频。而2011年后期发布的供Sandy Bridge-E处理器使用的X79芯片组，采用LGA2011插座，无显示输出支持。

继任微架构

主条目：Ivy Bridge

Intel依照Tick-Tock策略，于2012年发布Sandy Bridge微架构的制程改进版Ivy Bridge；而2013年Intel将会发布全新的Haswell微架构，取代现行的Sandy Bridge以及Ivy Bridge。

 
Intel的微处理器架构路线图，从 NetBurst以及P6至Tigerlake

参见

参考资料

  1. ^ 赛扬G470：这会是最后的单核吗？[永久失效链接] - ithome.com
  2. ^ 2.0 2.1 The Man Behind 'Sandy Bridge'. 2010-12-28 [2011-11-11]. （原始内容存档于2011-12-02）. 
  3. ^ Brooke Crothers. CES: First Intel next-gen laptops will be quad core. The Circuits Blog (CNET.com). 2010-12-15 [2011-11-11]. （原始内容存档于2014-02-20）. 
  4. ^ Intel Ivy Bridge preview: everything to know about. [2012-03-06]. （原始内容存档于2012-03-06）. 
  5. ^ Intel 22nm 3-D Tri-Gate Transistor Technology. News release and press materials (Intel). 2011-05-02 [2011-11-11]. （原始内容存档于2011-11-06）. 
  6. ^ 'Sandy Bridge' Breaks the Mold for Chip Codenames. 2010-12-28 [2011-11-11]. （原始内容存档于2012-04-06）. 
  7. ^ Anand Lal Shimpi. IDF 2009 - Intel Shows off 22nm & 32nm, Sandy Bridge Demoed. AnandTech. 2009-09-22 [2011-11-11]. （原始内容存档于2011-11-07）. 
  8. ^ http://www.intel.com/support/processors/corei5/sb/CS-032059.htm?wapkw=%20specification%20update
  9. ^ 存档副本 (PDF). [2012-05-02]. （原始内容存档 (PDF)于2012-03-04）. 
  10. ^ AnandTech - The Sandy Bridge Review: Intel Core i7-2600K, i5-2500K and Core i3-2100 Tested. [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-05-14）. 
  11. ^ Sandy Bridge، راه حلها، بازار ایران. [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-04-24）. 
  12. ^ Tom's Hardware,Intel Identifies Cougar Point Chipset Error, Halts Shipments http://www.tomshardware.com/news/cougar-point-sandy-bridge-sata-error,12108.html
  13. ^ Intel Identifies Chipset Design Error, Implementing Solution (新闻稿). Intel Corporation. 2011-01-31 [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-05-13）. 
  14. ^ Intel chip bug affects HP, Dell, Samsung and Lenovo. BBC News. 2011-02-03 [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-02-24）. 
  15. ^ HP to offer refund for PCs with flawed Intel chip. Reuters. 2011-02-02 [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-07-25）. 
  16. ^ Intel to Ship Dual-core Sandy Bridge Chips on Feb. 20 | PCWorld. [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-04-28）. 
  17. ^ Intel to continue shipping flawed Sandy Bridge chipsets | Expert Reviews. [2012-05-02]. （原始内容存档于2012-03-15）. 
  18. ^ Intel to limit Sandy Bridge Overclocking, Bit-Tech, 2010-07-22 [2012-05-02], （原始内容存档于2012-03-20） 
  19. ^ Anand Lal Shimpi. Intel’s Sandy Bridge Architecture Exposed. AnandTech. 2010-09-14: 8 [2011-11-11]. （原始内容存档于2011-11-23）. 
  20. ^ 存档副本. [2012-05-02]. （原始内容存档于2013-05-27）. 
  21. ^ YouTube - Intel demos Sandy Bridge running at 4.9GHz. [2012-05-02]. （原始内容存档于2013-07-07）. 
  22. ^ IDF Intel 2010: Intel Overclocks Sandy Bridge CPU to 4.9 GHz, outpaces 12-core AMD Opteron. ZDNet. [2012-05-02]. （原始内容存档于2010-09-21）. 

外部链接

 
维基共享资源中相关的多媒体资源：Sandy Bridge微架构
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