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深入骨髓的变革:Intel Skylake架构完全解析

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8月初,Intel正式发布了新一代i7-6700K、i5-6600K,但这只能算是新家族Skylake的一点餐前开胃小菜。现在,Skylake家族开始全面登场了,架构技术细节也同时公开。一起来看看它到底改进了什么吧。本文分为两部分,内容均来自日前的IDF 2015信息峰会,其中前半部分是研讨会上的,技术细节很详细,而后者是面向公众的,宣传性质更强。

Skylake架构总图:总的来看似乎还是那一套,但几乎每个地方都相比Haswell/Broadwell做了改进。除部分包括更大更宽的核心、更高的IPC(每时钟周期指令数)、更好的电源能效、增强的环形总线/三级缓存(改进吞吐能力),当然还有开放的超频。

核显方面进化至第九代,全面支持DirectX 12、OpenCL 2.0、OpenGL 4.4,并且GT3、GT4两种级别都可选eDRAM缓存,这还是第一次,而在多媒体编解码、视频输出等方面均有增强,之前介绍过。

芯片组升级为100系列,有着更高的I/O吞吐能力、平板机I/O接口、新的音频DSP、新的传感器中心、整合的摄像头ISP,与处理器之间的通道也升级为DMI 3.0,走的是高速PCI-E 3.0。

当然了,还有主流领域第一次加入的DDR4内存,仍然是双通道。

Skylake PU核心架构优化了IP布局,包括服务器和桌面。前端部分有着更大的容量、更高效分支预测器、更宽指令供应(每时钟周期6个微操作)、更深的缓冲、更快的预取,还有更深的乱序缓冲(指令并行度更高)。

执行单元部分则增多了单元、缩短了延迟、空闲时可关闭,AES-GCM、SES-CBC指令执行速度分别加快了17%、33%!

载入/存储单元的带宽也更高了,随之而来的还有改进的预取器、更深的存储/填充/写回缓冲、改进的页面丢失处理、更好的二级缓存丢失带宽、新的缓存管理指令。

哦对了,别看超线程技术似乎多年老样子,它其实也在悄悄改进,现在有了更宽的引退。

二代酷睿Sandy Bridge、四代Haswell、六代Skylake,这都是重点改进架构的,对比这些数据就可以直观地看出提升,特别是乱序执行窗口连续两次提升17%。

GPU eDRAM缓存架构整体未变,不过多个地方都提高了吞吐能力,尤其是eDRAM可以用作内存侧缓存(Memory Side Cache),而且现在是完全一致性的,能缓存任何数据,核心、I/O、显示引擎都能用它,也无需清空来保持一致性。

简单地说,它越来越像真正的四级缓存了。

成像、摄像头系统,这个主要是低功耗移动版上的,给二合一变形本用的。Skylake完全整合了成像与摄像头方案,包括完整的软硬件,支持最多四个摄像头、最高1300万像素,号称系统级优化画质。

还有一些新技术,未在幻灯片上体现,它们包括:

软件防护扩展(Software Guard Extensions/SGX):新的指令集,隔离保护恶意软件的攻击。

内存保护扩展(Memory Protection Extension/MPX):保护堆栈和跳跃缓冲。

- 智能变速(Speed Shift):可以更快地切换到P电源状态,最快只需1毫秒(之前大约30毫秒),而且是完全硬件控制,不再需要操作系统干预,从而更加省电,但最终效果仍需要操作系统配合才能发挥出来。

- 功耗方面,虽然还是14nm,但是整个架构的功耗属性彻底进行了优化,每一处互连都更节能,尤其是在多媒体、空闲待机时表现提升最明显。更多的Speed Step可以灵活控制System Agent、DDR、eDRAM I/O。

100系列芯片组也有很多改进,比如硬件自主功耗栅极,以及IO方面的全方位提升,既有低功耗的eMMC、UFS、SDXC、CSI-2(主要还是用在笔记本和平板上),也有高速的PCI-E 3.0、DMI 3.0,而且IO接口可灵活配置为PCI-E、SATA、USB3。这个之前在评测环节我们也介绍过,后续会再补充一些细节。

Intel宣称,六代酷睿是迄今为止最好的处理器,尤其是其架构拓展性十分灵活,功耗最低可达4.5W、最高不过91W,而且有着杰出的性能。

Skylake发布进程:IDF15上披露了架构细节,也就是下边这组幻灯片。今天开始全线发布,包括Core i7/i5/i3、Core m7/m5/m3(超低功耗Y系列都分成三部分了),第四季度和明年初还会带来首个移动版Xeon、博睿版、入门级的奔腾和赛扬。

Skylake的消费级版本依然分为四大系列:超低功耗的Y、低功耗的U、高性能的H,以及桌面上的S。

Y系列是双核心加GT2核显(2+2),SoC单芯片,热设计功耗4.5W。U系列则有2+2、2+3e两种规格,芯片组与处理器整合封装在同一基板上,热设计功耗15/28W。

U系列是4+2、4+4e(四核心加带缓存顶级核显),芯片组完全独立,热设计功耗45W。

S系列有2+2、4+2,LGA1151独立封装,热设计功耗35/65/91W。

整体架构和主要新特性,之前基本都介绍过了。这里宣称,播放视频等的时候,功耗可降低40-60%。

这个也提到了,但是注意左边,Skylake是第一个针对服务器、客户端进行不同优化的核心,不同于以往的一锅端,因此更有针对性。当然,服务器上的变化还得等v5系列发布了才知道。

14nm工艺加新架构,非常低的功耗就很自然了,Intel也在这方面做了极大的努力,有更多更精细的电源调节,甚至允许OEM厂商自定义。

核芯显卡是每次都必须要好好宣传的,新名字的HD 500系类也主打4K(包括游戏!),甚至宣称高端版Iris Pro的性能相当于如今主流独显的80%。

3D游戏性能号称比上代提升最多40%,且完整支持DX12、OpenGL 4.4、OpenCL 2.0、Vulkan,以及无损颜色压缩。

多媒体方面,支持完整的H.265编解码,独立的低功耗H.264编码器,播放4K当然没问题而且说功耗很低,并加入了专门的标量和格式转换引擎(SFC),还不到1W。

显示方面支持三台4K显示器,还有多层覆盖(MOP)节能技术,以及第二代WiGig无线底座。

性能提升60%、4K转码加速6倍、图形性能提升11倍……别害怕,比的不是Haswell/Broadwell,而是N年前的Core i5-650。

大到游戏机,小到计算棒,Skylake的应用范围很广,这自然得益于它在功耗和性能上的灵活扩展。

桌面上因为先发的缘故,没太多可讲的,重点是移动端。几个对比数字的对象各不相同,可以看大图的左下角有备注,就不多说了。

还是说领扩的扩展性,4.5-45W全覆盖。

对比五年前的第一代酷睿,能效提升8倍。事实上,Skylake的重点升级对象就是那些三年以上的老电脑。

最顶级的核显Iris Pro明年才会有,48个单元加256MB缓存,吹得那些提升就不说了。注意看右边,15W U低功耗系列将首次配备Iris级别核显,带缓存哟!

Thunderbolt、WiGig、RealSense是目前重点推广的一些技术,尤其是RealSense实感技术,几乎是IDF15的主题。

提升很猛吧,不过对比的也是早期酷睿Core i5-520UM。

Core m系列上一代就是首发,这一代更是分成了三个级别,不过你会看到,其实真没必要。

移动平台这一带还是很激动人心的:第一个工作站级的移动版Xeon、第一个不锁频的移动黑盒版第一个四核心的移动版i5。

最后总结。

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