低功耗是亮点 Intel第三代酷睿CPU评测
【IT168 评测】Ivy Bridge于北京时间4月24日0:00解禁了，这次Intel首次将3D晶体管工艺和22nm制程用于IVB，工艺提升晶体管变小的同时，还改进了处理器的微架构，尤其核芯显卡大幅提升。 究竟工艺和制程对功耗有多大帮助，IVB的性能表现如何呢？请看IT168给您带来的Ivy Bridge处理器最高端型号i7 3770K评测。 在30年前，处理器的MOSFET制程远在1微米以上，而到了2012年，处理器的制程已经降低到了22nm。根据英特尔Tick-Tock战略，每2年处理器的制程降低到原来0.7倍。随着晶体管体积的降低，处理器的功耗也有着明显的下降。
用同样大小的晶圆上，22nm技术可以制造更多的处理器。Intel的更新策略可以让这消费者用相同的价格，买到更高效能及更低功耗的产品，新产品在环保和性能方面会更强大。
由于美国技术出口的限制，Intel在大陆的工厂主要是做测试、切割、封装，所以22nm的IVB处理器主要还是在美国制造。 应需而生：摩尔定律和3D晶体管 关于晶体管方面的进步，多年前IT168采访Intel的庞思立院士：晶体管越做越多，CPU核心越来越多，CPU未来只是如此了吗？当时院士这样回答：“当我们不能在有限的物理上放置更多的晶体管，就会找到另外的方式。如果我们遇到这样一个瓶颈和限制，我们会完全改变现有的计算法则，不再依赖于晶体管的数量，这是非常有意义的事情。” 现在还没有遇到需要改变计算法则的瓶颈，但全新的3D晶体管确实可以在有限的物理空间放置更多晶体管，为什么需要这样？因为3D晶体管可以提高性能、降低功耗、节省单个晶体管成本。这样用户花同样甚至更少的钱，可以买到更强性能的CPU。
CPU功耗是重要原因。处理器的主要原料为二氧化硅，而如何能够将二氧化硅转化为昂贵的晶圆，其中存在着许多复杂的工艺。而当晶体管的体积原来越小，新的问题出现了——在应变硅、高K金属栅极都已经完成自己的使命之后，晶体管的漏电问题已经越来越严重，已经超出了功耗允许的范围。于是，3D晶体管技术出现了，3D Tri-Gate晶体管架构能够有效提高单位面积内的晶体管数量。
3D晶体管用一个薄得不可思议的三维硅鳍片取代了传统二维晶体管上的平面栅极硅鳍片的三个面都安排了一个栅极，其中两侧各一个、顶面一个，用于辅助电流控制，而2-D二维晶体管只在顶部有一个。由于这些硅鳍片都是垂直的，晶体管可以更加紧密地靠在一起，从而大大提高晶体管密度。这种设计可以在晶体管开启状态(高性能负载)时通过尽可能多的电流，同时在晶体管关闭状态(节能)将电流降至几乎为零，而且能在两种状态之间极速切换。
这种设计可以在晶体管开启状态(高性能负载)时通过尽可能多的电流，同时在晶体管关闭状态(节能)将电流降至几乎为零，而且能在两种状态之间极速切换。IVB处理器用3D晶体管，从工艺上大幅降低了功耗，增强了IVB处理器的性能功耗比。 ivb处理器家族及上市时间 Ivy Bridge处理器依然和上代一样，分为i3/i5/i7，但是因为产能和市场策略，首批上市桌面级处理器更多的是酷睿i7。
从这张图可以看到，IVB在i5和i7部分依然是4核心8线程，i3依然是2核心4线程。核芯显卡分为两种：HD 2500和HD4000，全部支持DirectX 11。i7全部用HD4000，i3/i5则是依型号配不同的核芯显卡。IVB核芯显卡的新改变是开始支持DirectX11。
Ivy Bridge新品方便，移动端有5款新CPU合4款新芯片组，桌面端则有4款i7及5款i5，芯片组也是4款。 而说到上市时间，桌面端4月先发布的是i7，到5月20-6月9号之间可能再发布Ivy Bridge双核。所以市场上2代（SNB）和3代智能酷睿（IVB）会共存一段时间，预计2012下半年也不会完全取代，最多一半一半。而移动端暂时没有i3新品，新的i5和i7会同时上市，都以双核为主，只有i7有四核。 而在入门处理器方面，Intel预计2012年不会做Ivy Bridge架构的赛扬、奔腾，所以2012年市场上重合度比较高的是snb和ivb两种架构的酷睿i3/i5/i7。 造成这种现象的主要原因是22nm的产能问题。Intel当然愿意立刻转到22nm，这样同样大小的晶圆可以制造更多的CPU，但是现实的情况是全新的22nm产能和良品率肯定不及成熟的32nm。不过这样也可能有好处：消费者的选择更多。 变与不变 架构方面的改进 尽管更多的是22nm及3D晶体管上的改进，Ivy Bridge还是在很多方面做了增强。比如商业系统更注重的数字随机发生器等等，而对普通消费者来说，更实际的功能增强也是有的
22nm Ivy Bridge处理器被誉为第三代酷睿，其中整合的GPU芯片由原来的HD2000/3000升级到了2500/4000，性能更为出色。在指令集方面也有一定的变化，同时增加了对于PCI-E 3.0，USB3.0的原生支持。
全新一代英特尔酷睿处理器最大的改变在于使用了22nm工艺，这是与上一代产品最大差别的地方。其他诸如环形总线、共享LLC、整合GPU以及向下兼容性都是上一代产品中所具备的。
IvyBridge作为新一代的产品，主要是在功能上提供了改进和提升。比如核芯显卡，从原有的HD2000/3000升级到了2500/4000，增加了对于主流DX11的支持。其次就是引入了ISA指令集，在原有AVX指令集的基础上进行了扩展。接下来是安全和能耗管理方面的内容，保证了更低的、动态的TDP模式。最后是使用超低电压版的内存，进一步降低系统功耗。 变化最大的是核芯显卡 说到核芯显卡，我们要先对比下SNB和IVB。SNB平台的GPU配置分别拥有6个EU处理单元 (processors/execution 单元) 的GT1，即HD2000；拥有12个EU处理单元的是GT2，即HD3000。到了IVB时代，GT1变成HD2500，GT2变成HD4000。 得益于22nm制程技术，IVB在更小的面积上采用更多的晶体管数量，下图是我们以四核为模板的一个芯片剖面图，有四个核，左边是核芯显卡。融合的是英特尔核芯显卡4000，整个芯片的晶体管数是14亿，面积是160平方毫米，核心面积缩小了1/4。
核芯显卡部分提升最明显的就是媒体部分，特别是高清视频转码。IVB在SNB时代已经非常强大的转码部分，最高提升了一倍的速率。在无线技术部分英特尔增加了高宽带的英特尔技术和USB3.0等应用。
AVX2指令集的作用 介绍AVX指令集之前，先要引入一个向量的概念。所谓向量，就是多个标量的组合，通常意味着SIMD（单指令多数据），就是一个指令同时对多个数据进行处理，达到很大的吞吐量。早在1996年，Intel就在X86架构上应用了MMX（多媒体扩展）指令集，那时候还仅仅是64位向量。到了1999年，SSE（流式SIMD扩展）指令集出现了，这时候的向量提升到了128位。
Sandy Bridge的AVX将向量化宽度扩展到了256位，原有的16个128位XMM寄存器扩充为256位的YMM寄存器，可以同时处理8个单精度浮点数和4个双精度浮点数。换句话说，Sandy Bridge的浮点吞吐能力可以达到前代的两倍。不过AVX的256位向量还仅仅能够支持浮点运算，但它可以应用128位的SIMD整数和SIMD浮点路径。 到了AVX2指令集，就可以支持256位整数矢量操作了。它由Sandy Bridge架构上的第一代AVX指令集扩展增强而来，为绝大多数128位SIMD整数指令带来了256位数值处理能力，同时继续遵循AVX的编程模式。
对于普通用户来说，AVX2指令集的优点是增强了视频转码等应用的速度，让IVB比上一代SNB更加快捷。 7系芯片组及兼容性介绍 没有崭新的架构并不妨碍芯片组上的创新，大家期待已久的Intel平台原生USB 3.0终于在7系芯片组上得到支持，而3连屏显示，Thunderbolt等功能是全新加入。
主板兼容性方面，简单说就是6系和7系主板都能同时支持SNB和IVB，但是要用新功能，还是要IVB搭配新7系主板才行。 测试平台和i7 3770K实物图 由于i7 3770K采用LGA1155接口，市面上的新旧芯片组都可以兼容。而从外观上，也很难区分上代的SNB和新的IVB处理器。
i7 3770K主频3.5GHz，4核心8线程，同样支持睿频2.0、快速同步等，8M三级缓存，，采用22nm制程，TDP为77W。 测试平台方面，主要采用i7 3770K搭配英特尔DZ77GA-70K主板，对比的SNB处理器为i7 2600K。其实从频率上来说，同为3.5GHz主频的i7 2770K更适合用来对比，但市面上较少，Intel也未送测，对比i7 2600K更具参考价值。
Intel原厂Z77主板介绍 本次测试采用的是Intel原厂主板DZ77GA-70K，标志性的骷髅头表明这是一款针对高端玩家主板。主板支持采用10+2项供电，支持LGA 1155接口处理器，提供4条内存插槽，双显卡插槽支持SLI。
PC也用无线显示 WiDi进军PC平台 Intel的IVB和7系芯片组都有一个重要的趋势，就是更多的考虑应用，将更大的经历用在增强用户体验上。比如这次就把笔记本上的WiDi技术引入到PC平台。 WiDi的重要功能就是无线传输影音等，搭配WiDi适配器或者内置WiDi的电视，可以把电脑上的视频或者其他应用分享到大屏幕上。
熟悉WiDi的朋友都知道，这种无线显示必须通过Intel原厂的无线网卡来进行。但是Intel解释说主要是因为测试时间和稳定性方面的限制，目前只能保证自家的无线网卡上可以用WiDi，但未来方向是放开限制。 理论性能测试：3DMark11\Vantage
运算性能测试：Wprime \ SuperPI
wPrime是一款多线程计算测试工具，测试多核心处理器比Super Pi更准确。与SuperPI的单线程运算不同的的是，wPrime在打开一个软件界面下，可以支持多个核心的处理器运算。
压缩\转码\特效渲染测试
由于全新的AVX2指令集的加入，i7 3770K的视频转码速度有了很大提升，领先了14%左右。和Intel在IDF上宣称的最快领先一倍有差距，可能是因为视频大小和格式有差别。
游戏测试：战地3/孤岛危机2 新的游戏大作对核心数和主频都较为敏感，但如果二者都相近，就可能差别很小。再遇到老游戏呢，可能就和下面的孤岛危机2测试一样，没有差别……
游戏测试：尘埃3/孤岛惊魂2/星际2
星际争霸2是一款DX9游戏，但是游戏的操作性和对CPU主频敏感程度更强，可能因为主频相近，i7 3770K提升10帧以上，提升幅度9%左右，还算不错。 真降了 功耗测试 22nm 3D晶体管带来怎样的功耗改进？进步能有多大？一起看看功耗对比测试。
总结：增强应用体验是方向 随着消费水平的提高，价格在决定购买中的影响越来越小，越来越多的人开始注重体验。花5000块买手机同时又只花3500买笔记本，很可能是因为手机的用户体验做的好。而买i7 3770K的用户肯定也是因为它的体验远强于奔腾等入门级，这部分人也越来越注重使用上的感受。 而随着睿频技术的成熟，即便购买i7 3770K的用户，也很可能只是拿回去用睿频自动超频，Intel减少了传统的繁杂的超频过程，增强了超频爱好者的体验。 但Intel用了很多方式来增强Ivy Bridge平台的用户体验，不说原生的USB3.0应用，只说把WiDi搬到PC平台，就增强了用户的娱乐体验。
而在Ivy Bridge的PC平台上，Intel也融合进来之前笔记本上的功能：加入Rapid Start快速开机技术，让用户开机更省时间；加入Smart connect智能互联技术，让PC也可以实现后台收发邮件等；还有srt智能响应技术，让SSD做大容量硬盘的缓存，兼顾速度与容量，这项技术在超极本上也有类似。 为什么？Intel注意到了用户需求的改变。既然价格已经不是那么重要，传统的应用比如办公应用可能不会有太大差别，sysmark可能差别不大，但影音游戏、无线互联等、功耗温度控制等是Intel在Ivy Bridge上大幅改进、增强消费者体验的部分。 比如游戏部分，HD4000运行F1 2011时，已经可以看到复杂的天气效果、增强的烟尘和车轮印记等。而在之前这是不能想象的，现在核芯显卡已经可以做到。
Intel在技术方面是绝对的领先者，也是绝对的创新者。新技术的发展，让许多梦想成为现实，但也造成过度竞争导致的低利润。Intel决定改变，首先推出了极度创新的超极本，现在在PC上融合了更多创新技术：可以在PC上提供WiDi，可以让核芯显卡转码比高端独显还快，它可以让你更快速开机…… Intel新的Ivy Bridge告诉我们摩尔定律依然有效的同时，也明确了增强用户体验的新方向。Intel可能不能直接满足你的全部需求。但Intel通过技术创新，创造无限可能，让厂商能满足你的一切需求。 |
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