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Sandy Bridge微架構

Sandy Bridge，或簡稱SNB（英特爾官方簡稱）或沙橋（中國大陸的網友或玩家一般使用的簡稱），是Intel研發的中央處理器微架構之代號，2005年開始研發，是為Intel Nehalem微架構的繼任者。2009年Intel公開展示使用Sandy Bridge微架構的處理器樣品，2011年1月正式發佈，仍然使用Intel Core系列處理器作為首發產品。[2][3]Sandy Bridge微架構的處理器均使用32納米平面雙柵極電晶體的製程。[4]依照Intel的『Tick-Tock』策略，繼任的Intel Ivy Bridge微架構是Intel Sandy Bridge微架構的製程改進版。Intel Ivy Bridge使用22納米3D三柵極電晶體製程。2011年第四季度Intel展示使用Ivy Bridge微架構的處理器樣品，並宣佈於2012年中期陸續發佈基於Ivy Bridge微架構的處理器。[5]

Sandy Bridge
Sandy Bridge微架構的Intel Core i7 2600K俯視照
產品化2011年至現今
設計團隊Intel
生產商
指令集架構MMX、SSE、SSE2、SSE3、
SSSE3、SSE4.1、SSE4.2、x86、
x86-64、EM64T、EIST、
XD bit、AES、AVX、Intel-VT
製作工藝/製程32nm
核心數量1 個[1]至 8 個
一級快取64KB（每核心）
二級快取256KB（每核心）
三級快取1MB～20MB（各核心共用）
CPU主頻範圍至 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
封裝
  • LGA（桌面平台、伺服器平台）
  • BGA（流動平台）
  • PGA（流動平台）
應用平台伺服器、工作站、桌上電腦、手提電腦、超級計算機
核心代號
  • Sandy Bridge
  • Sandy Bridge-E
  • Sandy Bridge-EN
  • Sandy Bridge-EP
  • Sandy Bridge-H
  • Sandy Bridge-HE
  • Sandy Bridge-M
使用的處理器型號
上代產品Westmere
繼任產品Ivy Bridge

技術特點

 
Sandy Bridge四核心微架構圖解

Intel Sandy Bridge微架構的研發主要由Intel的以色列分公司的研發中心負責，原先Sandy Bridge代號為『Gesher』（希伯來語中意為『橋樑』）。後來為避免讓人聯想到以色列已解散政黨『Gesher political party』，遂改為現在的代號名稱。[6]研發計劃組由Intel副總裁羅恩·弗里德曼領導並管理。[2]2009年9月在Intel開發者討論區上，Intel展示了使用Sandy Bridge微架構的工程樣品處理器，展示的工程樣品處理器為A1步進，並運作於2.0GHz的時鐘頻率上。[7]

快取

與Intel Nehalem微架構的相近，L1快取仍為每核心64KB（32KB資料快取+32KB指令快取），L2快取每核心獨佔256KB，內建共用式L3快取，最高可達20MB。

多線程/超線程

部分型號的處理器（如Core i3、Core i7等）會繼續沿襲超線程技術，最高可達8核心，16線程。

融合顯示核心

在Intel Nehalem的製程改進版Intel Westmere上分立的顯示晶片和CPU晶片的設計，在Intel Sandy Bridge上以GPU和CPU完整融合進一塊晶片上的設計所取代，而且在Intel Sandy Bridge上顯示核心將與CPU共用L3快取，顯示核心官方中文品牌名稱為『核芯顯卡』（僅中國大陸）。流動平台的處理器均採用這種設計，而這種設計在桌面平台僅見於LGA1155平台。

硬件視像加速

Intel在Sandy Bridge上新增了Intel Quick Sync Video（快速視像同步）技術，支援硬件加速視像編碼/解碼。

北橋

延續Intel Nehalem的設計，記憶體控制器和PCI Express控制器整合於CPU核心中，而且在Sandy Bridge上，記憶體控制器的效能進一步提升，每個記憶體通道每時鐘週期支援兩次存取操作。

總線

仍然使用QPI/DMI總線，但處理器內部則改為環形總線（Ring Bus）的形式，單向傳輸位寬為256位元。處理器上各核心、GPU、快取、記憶體控制器、PCI Express控制器以及各種在處理器上的輸出輸入控制器等均以環形總線連接。

核心

對分支預測器的設計進一步優化，擴大微碼解碼器快取。電源和效能管理方面Turbo Boost（渦輪加速/睿頻）則升級為2.0版本。

指令集

提升處理器運算超越函數的效能，優化AES加密效能（AES指令集）和SHA-1切細效能；新增256位元指令集AVX指令集，增強向量運算能力和浮點運算能力。

晶片組、處理器插座

 
Sandy Bridge微架構的i7-2600K，採用LGA 1155

Intel為Sandy Bridge微架構的處理器推出了6系列消費級晶片組和C200系列企業級晶片組。處理器插座也順勢更變：桌上型平台、伺服器平台、工作站平台的為LGA 1155、LGA 2011、LGA 1356（僅伺服器、工作站平台）；流動平台的為BGA 1023/Socket G2、BGA 1224以及rPGA988B。

CPUID和步進

幾乎所有的Sandy Bridge微架構的單核、雙核甚至是四核的處理器都使用了同樣為 0206A7h 的CPUID[8]。這些資訊使得不能由CPUID直接識別處理器型號，但仍可以透過PCI組態空間來識別。後來極致效能/伺服器平台的Sandy Bridge-E，最高可達八核心十六線程，無整合顯示核心的處理器則使用 0206D6h 和 0206D7h 的CPUID。[9]詳細的資訊如列表所示：

核心代號 CPUID 步進 處理器插座 晶片面積 電晶體數量 最大
核心數量		 最大
顯示核心
執行單元數量		 最大
L3快取容量
Sandy Bridge-HE-4 0206A7h D2 LGA 1155, rPGA988B, BGA-1224, BGA-1023 216 mm² 11.6億 4 12 8 MB
Sandy Bridge-H-2 J1 LGA 1155, rPGA988B, BGA-1023 149 mm² 6.24億 2 4 MB
Sandy Bridge-M-2 Q0 131 mm² 5.04億 6 3 MB
Sandy Bridge-EP-8 0206D6h C1 LGA 2011 435 mm² 22.7億 8 0（無整合顯示核心） 20 MB
0206D7h C2
Sandy Bridge-EP-4 0206D6h M0 LGA 2011 294 mm² 12.7億 4 0（無整合顯示核心） 10 MB
0206D7h M1

效能

  • 平均效能表現繼續提升，根據IXBT Labs和Semi Accurate等眾多媒體的基準測試，每時鐘週期的效能比上代的Nehalem微架構高出平均11.3%，包括Nehalem微架構家族之中代號的Bloomfield、Clarkdale和Lynnfield等一眾處理器。[10]但相比Intel Nehalem與Intel Core巨大的效能落差，Intel Sandy Bridge與Intel Nehalem的效能落差相對小得多。由於AMD的Bulldozer微架構遲遲未能推出，加之原來的K10.5架構日漸老舊以及Bulldozer微架構推出後其效能表現不佳，使Intel Sandy Bridge的高階型號的處理器在x86處理器領域幾近毫無對手，開始了Intel獨霸的黃金十年（但是相對於整個處理器領域，目前仍落後於不少大型精簡指令集體系的處理器，如 IBM POWER 7）。

處理器列表

主條目：Intel Core i7、Intel Core i5、Intel Core i3、Intel Pentium、Intel Celeron和Intel Xeon

晶片組缺陷

2011年1月31日，Intel突然發佈關於6系列晶片組的召回通知，原因是PCH晶片組上SATA控制器的瑕疵。[11]

這個SATA控制器的問題，在於其SATA 3Gbps連接埠會隨時發生故障而使主機板失去與硬碟機等裝置的連線，儘管不會造成資料丟失等嚴重後果，而且SATA 6Gbps連接埠並沒有這個問題。[12]Intel認為這個瑕疵僅會使5%的用戶在使用3年後才會出現問題，但儘管如此，重度輸出輸入負載會使這個問題更早暴露出來。

出現該問題的6系列晶片組批次屬於正式發售的B2步進版本，原來的工程樣品並沒有發現該問題的存在。Intel事後也迅速停止了B2步進版本的6系列晶片組的生產，改為生產經過電路修正後的B3步進的6系列晶片組。對主機板廠商和OEM主機廠商，對於已出貨的B2步進批次，Intel給予採購廠商有償退換B3步進批次的產品，召回和退換行動由2011年2月14日開始，截止至2011年4月，在Intel確認已回收完所有B2步進批次的6系列晶片組以後。[13]在銷售終端方面，主機板廠商（例如華碩、技嘉等廠商）以及OEM品牌主機廠商（如DELL、HP等）則停止銷售並回收在架的產品，由於Intel的召回行動並沒有針對消費者，所以這些廠商有的自身出資為用戶更換問題主機板，有的則對問題主機板用戶提供技術支援（但可以選擇自行與廠商聯繫更換）等。[14][15]

由於晶片組的瑕疵，使得日後Sandy Bridge微架構處理器的銷售受到了一定影響，畢竟要使用Sandy Bridge微架構處理器必須使用6系列/7系列（2011年第四季度推出）的晶片組，對於Nehalem微架構的5系列晶片組Intel則不予支援。儘管如此，新架構處理器的發佈照常進行，並沒有受到影響。[16]問題被公佈以後的兩個星期，一些問題晶片組仍有少量出貨，但主機板廠商卻要接受Intel的一系列條款，保證沒有用戶遇到晶片組出現問題的情況出現。[17]

限制

超頻

Intel從Sandy Bridge微架構開始，處理器與PCH晶片組、晶片組與各系統總線之間統一使用DMI總線連接，而且還把系統總線（包括USB、SATA、PCI、PCI-E、CPU核心外頻、記憶體控制器等）的時鐘頻率統一由PCH晶片組內建的時鐘頻率發生器（DMICLK）產生，基準為100MHz，不再外加時鐘頻率發生器CK505 External。[18]在處理器的倍頻被鎖定的情況下，提升時鐘頻率只能通過提升基準時鐘頻率，在Sandy Bridge微架構上，由於一改變基準時鐘頻率（DMI總線時鐘頻率）就會連帶改變所有系統總線的時鐘頻率，而部分系統總線（如SATA、PCI-E）並不能承受更高的時鐘頻率，致使基準時鐘頻率的提升空間被大大限制（僅能提升5%至7%），儘管DDR3系統記憶體的時鐘頻率倍率沒有限制。為照顧超頻用戶，Intel也順勢推出了不鎖倍頻的K/X系列處理器，允許用戶可以調整出超過Turbo Boost最大倍頻的倍頻值，但最高倍頻仍限制在57x。[19]而在Sandy Bridge-E平台，限制相對放寬，Intel在BIOS/EFI中提供了幾個基準頻率的值以供用戶選擇。[20]

在2010年的IDF上，Intel曾展示了一塊未知型號的基於Sandy Bridge微架構的處理器，在風冷情況下穩定運作在4.9GHz上。[21][22]

晶片組

在6系列晶片組中，全線均採用LGA1155之處理器插座。H6X系列型號的H61晶片組不支援RAID，H67和H61不支援超頻（即使是不鎖倍頻的K系列處理器），但支援核芯顯示卡顯示輸出；而P6X系列不支援核芯顯示卡的顯示輸出；只有Z68支援超頻。

2012年中期推出的7系列全系列晶片組，除了供Intel Ivy Bridge使用以外，還可與Intel Sandy Bridge相容，其中的Z7X型號的晶片組支援超頻。而2011年後期發佈的供Sandy Bridge-E處理器使用的X79晶片組，採用LGA2011插座，無顯示輸出支援。

繼任微架構

主條目：Ivy Bridge

Intel依照Tick-Tock策略，於2012年發佈Sandy Bridge微架構的製程改進版Ivy Bridge；而2013年Intel將會發佈全新的Haswell微架構，取代現行的Sandy Bridge以及Ivy Bridge。

 
Intel的微處理器架構路線圖，從 NetBurst以及P6至Tigerlake

參見

參考資料

  1. ^ 賽揚G470：這會是最後的單核嗎？[永久失效連結] - ithome.com
  2. ^ 2.0 2.1 The Man Behind 'Sandy Bridge'. 2010-12-28 [2011-11-11]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2014-02-20）. 
  4. ^ Intel Ivy Bridge preview: everything to know about. [2012-03-06]. （原始內容存檔於2012-03-06）. 
  5. ^ Intel 22nm 3-D Tri-Gate Transistor Technology. News release and press materials (Intel). 2011-05-02 [2011-11-11]. （原始內容存檔於2011-11-06）. 
  6. ^ 'Sandy Bridge' Breaks the Mold for Chip Codenames. 2010-12-28 [2011-11-11]. （原始內容存檔於2012-04-06）. 
  7. ^ Anand Lal Shimpi. IDF 2009 - Intel Shows off 22nm & 32nm, Sandy Bridge Demoed. AnandTech. 2009-09-22 [2011-11-11]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔 (PDF)於2012-03-04）. 
  10. ^ AnandTech - The Sandy Bridge Review: Intel Core i7-2600K, i5-2500K and Core i3-2100 Tested. [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-05-14）. 
  11. ^ Sandy Bridge، راه حلها، بازار ایران. [2012-05-02]. （原始內容存檔於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 (新聞稿). Intel Corporation. 2011-01-31 [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-05-13）. 
  14. ^ Intel chip bug affects HP, Dell, Samsung and Lenovo. BBC News. 2011-02-03 [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-02-24）. 
  15. ^ HP to offer refund for PCs with flawed Intel chip. Reuters. 2011-02-02 [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-07-25）. 
  16. ^ Intel to Ship Dual-core Sandy Bridge Chips on Feb. 20 | PCWorld. [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-04-28）. 
  17. ^ Intel to continue shipping flawed Sandy Bridge chipsets | Expert Reviews. [2012-05-02]. （原始內容存檔於2012-03-15）. 
  18. ^ Intel to limit Sandy Bridge Overclocking, Bit-Tech, 2010-07-22 [2012-05-02], （原始內容存檔於2012-03-20） 
  19. ^ Anand Lal Shimpi. Intel’s Sandy Bridge Architecture Exposed. AnandTech. 2010-09-14: 8 [2011-11-11]. （原始內容存檔於2011-11-23）. 
  20. ^ 存档副本. [2012-05-02]. （原始內容存檔於2013-05-27）. 
  21. ^ YouTube - Intel demos Sandy Bridge running at 4.9GHz. [2012-05-02]. （原始內容存檔於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]. （原始內容存檔於2010-09-21）. 

外部連結

 
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