FSB總線與HT總線與QPI總線的區(qū)別

1、FSB生命進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，學(xué)會(huì)生活在QPI時(shí)代 習(xí)慣了談?wù)揊SB前端總線（Front Side Bus，簡(jiǎn)稱(chēng)FSB）的我們，面對(duì)QPI時(shí)代的到來(lái)，以后再談?wù)揅PU連接到北橋芯片的總線時(shí)，QPI將是一個(gè)嶄新的朋友，作為渠道FSB，成為新一代CPU和CPU、CPU與芯片組（CPU與內(nèi)存）之間的連接總線，QuickPath Interconnect（簡(jiǎn)稱(chēng)QPI）的總線技術(shù)，Nehalem成為了推動(dòng)FSB生命終結(jié)的死亡使者。讓FSB去死的唯一理由，就是沒(méi)足夠?qū)挼那岸丝偩€帶寬，即使配備再?gòu)?qiáng)的CPU，用戶也不會(huì)明顯感覺(jué)到計(jì)算機(jī)整體速度的提升。接替它的QPI可以滿足這一需求。小提示：目前Intel處理器主流的前

2、端總線頻率有800MHz、1066MHz、1333MHz幾種，進(jìn)入2007年后，Intel在11月又將處理器前端總線提升至1600MHz（默認(rèn)外頻400MHz），這比2003年最高端的800MHz FSB總線頻率整整提升了一倍。這樣高的前端總線頻率，其帶寬有多大呢？前端總線為1333MHz時(shí)，處理器與北橋之間的帶寬是10.67GB/s，而提升到1600MHz能達(dá)到12.80GB/s，增加了20%。FSB最大殺手前端總線瓶頸 也許很多人會(huì)認(rèn)為，Intel處理器的前端總線頻率已很高了，還有必要換嗎？作為Intel來(lái)說(shuō)也許很高，但是對(duì)比內(nèi)存帶寬、顯卡帶寬相比，CPU與芯片組的前端總線瓶頸依舊沒(méi)有根本

3、的改變，例如：1333MHz的FSB所提供的內(nèi)存帶寬是1333MHz×64bit/8=10667MB/s=10.67GB/s，其與雙通道的DDR2 667正好匹配，但如果使用雙通道的DDR2 800、DDR2 1066的內(nèi)存，這時(shí)候FSB的帶寬就小于內(nèi)存的帶寬。面對(duì)承擔(dān)普及DDR3、以絕對(duì)領(lǐng)先競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的Intel來(lái)說(shuō)，這是無(wú)法容忍的，更何況X58帶來(lái)的三通道高頻率DDR3內(nèi)存搭配了（Nehalem平臺(tái)DDR3 1333內(nèi)存的帶寬可達(dá)32GB/s）FSB無(wú)法提供支持，面對(duì)這些問(wèn)題，F(xiàn)SB必須被拋棄。Intel不能忍了FSB以全面落后Hyper Transport當(dāng)全世界都對(duì)Intel

4、Inside擁有最佳印象的時(shí)候，作為Intel的CPU領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，AMD推出的HyperTransport（HT）總線技術(shù)相比，F(xiàn)SB的帶寬瓶頸也很明顯。小帖士：HT作為AMD主板CPU上廣為應(yīng)用的一種端到端總線技術(shù)，它可在內(nèi)存控制器、磁盤(pán)控制器以及PCI-E總線控制器之間提供更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。HT 1.0在雙向32bit模式的總線帶寬為12.8GB/s，其帶寬便可匹敵目前最新的FSB帶寬。2004年AMD推出的HT 2.0規(guī)格，最大帶寬又由1.0規(guī)格的12.8GB/s提升到了22.4GB/s。而最新的HT 3.0又將工作頻率從HT 2.0最高的1.4GHz增到2.6GHz，提升幅度幾乎又

5、達(dá)一倍。這樣，HT 3.0在2.6GHz高頻率32bit高位寬的運(yùn)行模式下，它即可提供高達(dá)41.6GB/s的總線帶寬（即使在16bit位寬下它也能提供20.8GB/s帶寬）值得注意的是，HT 3.0技術(shù)應(yīng)付近兩年內(nèi)內(nèi)存、顯卡和處理器的未來(lái)需要也沒(méi)有問(wèn)題。作為Intel來(lái)說(shuō)，雖然CPU的市占率上它可以全面領(lǐng)先，崇尚技術(shù)的英特爾，面對(duì)這種帶寬上劣勢(shì)，雖然采取多種方法，但是并沒(méi)有能夠帶帶來(lái)根本的轉(zhuǎn)變，換句話來(lái)說(shuō)，Intel假如可以將FSB提升到2133MHz，面對(duì)DDR3以及交火、SLI等多顯卡系統(tǒng)帶來(lái)的帶寬需求時(shí)，F(xiàn)SB依然沒(méi)有辦法滿足它們的帶寬需求，QPI必須被推到前臺(tái)。（一）QPI究竟能給我們

6、帶來(lái)什么呢？面對(duì)上述困難，Intel也清醒地認(rèn)識(shí)到，再單純提高處理器的外頻和FSB，已難以帶來(lái)更好的性能提升，保守的使用FSB將會(huì)成為AMD乃至其它競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手詬病之處，因此全新的Nehalem架構(gòu)讓我們看見(jiàn)了英特爾變革的決心。采用全新的Socket 1366接口，45nm制程，集成三通道DDR3內(nèi)存控制器（支持DDR3 800/1066/1333/1600內(nèi)存規(guī)格），使用新總線QPI與處理器進(jìn)行連接，支持SMT（Simultaneous Multi-hreading，單顆處理器就可以支持8個(gè)線程并行運(yùn)作）多線程技術(shù)，支持SSE4.2指令集（增加了7條新的SSE4指令），是Intel第一款原生四核

7、處理器CPU接口的改變引發(fā)了人們探尋變革的理由，F(xiàn)SB被拋棄了新的QPI能給我們帶來(lái)什么？ 【架構(gòu)上】（二）QPI互聯(lián)架構(gòu)本身具有升級(jí)性QPI采用串聯(lián)方式作為訊號(hào)的傳送，采用了LVDS（低電壓差分信號(hào)技術(shù)，主要用于高速數(shù)字信號(hào)互聯(lián)，使信號(hào)能在差分PCB線對(duì)或平衡電纜上以幾百M(fèi)bps以上的速率傳輸）訊號(hào)技術(shù)，可保證在高頻率下仍能保持穩(wěn)定性。QPI擁有更低的延遲及更良好的架構(gòu)，將包括集成的存儲(chǔ)器控制器技術(shù)以及改善的系統(tǒng)組件間通信鏈路。Nehalem平臺(tái)將具備很好的擴(kuò)展彈性，因?yàn)镼PI互聯(lián)架構(gòu)的數(shù)量可以根據(jù)用戶將來(lái)對(duì)中央處理器的需要進(jìn)行增加或者減少。QPI具備的這種可讓Nehalem中央處理器體系架

8、構(gòu)可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，不受核心的限制，這對(duì)于構(gòu)建服務(wù)器高性能集群非常有利。（三）QPI總線架構(gòu)具備高可靠性和性能可靠性，實(shí)用性和適用性特點(diǎn)為QPI的高可用性提供了保證。比如鏈接級(jí)循環(huán)冗余碼驗(yàn)證（CRC），自愈型連接能避開(kāi)錯(cuò)誤區(qū)域重新進(jìn)行自我配置來(lái)啟用連接中好的部分。出現(xiàn)時(shí)鐘密碼故障時(shí)，時(shí)鐘能自動(dòng)改路發(fā)送到數(shù)據(jù)信道。QPI還具備熱插拔能力來(lái)支持諸如處理器卡這種節(jié)點(diǎn)的熱插拔。深度改良的微架構(gòu)、集成內(nèi)存控制器設(shè)計(jì)以及QPI直連技術(shù)，令Nehalem擁有更為出色的執(zhí)行效率，在單線程同頻率條件下，Nehalem的運(yùn)算性能在相同功耗下比現(xiàn)行Penryn架構(gòu)的效能同比提高30%。【技術(shù)上的改進(jìn)】 （四）QPI使

9、CPU中集成內(nèi)存控制器QPI拋棄了以往“前端總線北橋內(nèi)存總線”的模式，使用了4+1的互聯(lián)方式（4針對(duì)處理器，1針對(duì)I/O設(shè)計(jì)）。這樣做的好處是，多處理器的每個(gè)處理器都能直接與物理內(nèi)存相連，每個(gè)處理器之間也能彼此互聯(lián)來(lái)充分利用不同的內(nèi)存，可讓多處理器的等待時(shí)間變短（訪問(wèn)延遲可以降低50%以上）。（五） 峰值帶寬可達(dá)96GB/s滿足未來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸需求據(jù)Intel相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，QPI高速互連方式使得CPU與CPU之間的峰值帶寬可達(dá)96GB/s，峰值內(nèi)存帶寬可達(dá)34GB/s。這主要在于QPI采用了與PCI-E類(lèi)似的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Point-to-Point）設(shè)計(jì)，包括4條通路，每個(gè)通路（Lanes）包括一對(duì)

10、線路，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，每一條通路可傳送20bit數(shù)據(jù)。這就意味著即便是最早的QPI標(biāo)準(zhǔn)，其傳輸速度也能達(dá)到6.4GB/s相當(dāng)于每個(gè)連接能傳輸?shù)膯蜗驇捒傆?jì)帶寬可達(dá)到25.6GB/s（為FSB 1600MHz的12.8GB/s的兩倍）。這樣的帶寬能滿足未來(lái)CPU與CPU、CPU與芯片組間的數(shù)據(jù)傳輸需求。（六）數(shù)據(jù)傳輸直通車(chē)不需在繞道芯片組QPI總線可實(shí)現(xiàn)多核處理器內(nèi)部的直接互聯(lián)，而無(wú)須如以前那樣還要再經(jīng)過(guò)FSB進(jìn)行連接。例如，針對(duì)服務(wù)器的Nehalem處理器將擁有至少4組QPI傳輸，可至少組成包括4枚處理器的4路高端服務(wù)器系統(tǒng)（也就是16枚運(yùn)算內(nèi)核至少32線程并行運(yùn)作）。而且在多處理器作

11、業(yè)下，每顆處理器可以互相傳送資料，并不需經(jīng)過(guò)芯片組，從而大幅提升整體系統(tǒng)性能。隨著未來(lái)Nehalem架構(gòu)的處理器集成內(nèi)存控制器、PCI-E 2.0圖形接口乃至圖形核心，QPI架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步發(fā)揮出來(lái)。（七）QPI給未來(lái)單芯片時(shí)代鋪路目前限于工藝要求，Nehalem的首款產(chǎn)品并未集成內(nèi)存和PCI-E控制器，但是（QPI的高帶寬，讓Intel進(jìn)一步集成了PCI-E控制器）新模式會(huì)存在，這樣的設(shè)計(jì)會(huì)顛覆傳統(tǒng)的北橋芯片+南橋芯片的設(shè)計(jì)，讓英特爾快速進(jìn)入單芯片時(shí)代鋪平了道路，入門(mén)級(jí)產(chǎn)品將會(huì)更廉價(jià)。（八）摩爾定律下的又一“完美設(shè)計(jì)” 雖然目前對(duì)Intel的新平臺(tái)（特別是移動(dòng)平臺(tái)）能否在未來(lái)通過(guò)新的制造工

12、藝獲得完美的低功耗懷疑不少，但英特爾QPI仍可稱(chēng)得上目前最完美的總線架構(gòu)，它具備了酷睿處理器高指令解碼能力、出色的每瓦性能的優(yōu)點(diǎn)，又兼具了以前一直欠缺的集成內(nèi)存控制器高速直連的特性，將大大改善未來(lái)Intel CPU與CPU、CPU與內(nèi)存間的帶寬瓶頸，將讓它們間能更好的實(shí)現(xiàn)更短延時(shí)的快捷通訊，所以一經(jīng)推出便贏得了行業(yè)的廣泛支持與贊同。在QPI新總線技術(shù)的支持下，可以預(yù)見(jiàn)的是，以后的系統(tǒng)性能將進(jìn)一步增強(qiáng)，更符合摩爾定律發(fā)展的規(guī)律。也正是在QPI總線的強(qiáng)力支持下，Intel的新平臺(tái)有望告別已略顯過(guò)時(shí)的南北橋芯片組架構(gòu)，進(jìn)入更符合時(shí)代潮流的單芯片組（只保留南橋芯片）架構(gòu)。并且，在QPI總線的強(qiáng)力支持下

13、，CPU集成較高性能的GPU將不再是一句空話預(yù)計(jì)在2009年第二季度末推出的第三款Nehalem架構(gòu)的“Havendale”處理器便將直接集成GPU（將圖形核心做成一枚單獨(dú)的芯片，然后將它與CPU封裝在一起）。（九）QPI其實(shí)不是串行QPI是(DifferentialSignaling)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(point-to-point)方式的高速連接。信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。這個(gè)與PCIExpress傳輸方式相似，而這也是目前高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕椒?。QPI可以被認(rèn)為是“串行總線”，不過(guò)這個(gè)并不嚴(yán)謹(jǐn)。因?yàn)镼PI并不進(jìn)入串行總線。因此QPI不能算是嵌入式時(shí)鐘。而PCIExpress等的串行接口使用的是數(shù)據(jù)信號(hào)擁

14、擠時(shí)的嵌入式時(shí)鐘方式，而QPI則使用的另外一條信號(hào)鏈接進(jìn)行傳送。如圖所示那樣，可以看到這個(gè)就是典型性串行內(nèi)連接與PCIExpress差異。（十）QPI對(duì)AMD和NVIDIA的影響做為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)性廠商，每次Intel平臺(tái)的進(jìn)步都是有人歡喜有人愁。比如，AMD面臨著該如何追趕Intel處理器革新速度的問(wèn)題，如果未來(lái)AMD無(wú)法跟上英特爾的步伐，其市場(chǎng)份額肯定將變得越來(lái)越小。當(dāng)然，AMD有其過(guò)硬的顯卡技術(shù)支撐，這正是目前Intel所欠缺的。AMD CPU如真能將其GPU整合，帶來(lái)的市場(chǎng)影響力也是巨大的。NVIDIA的處境，Intel的目標(biāo)是CPU整合GPU，而NVIDIA的目標(biāo)則是GPU整合CPU，雖然

15、NVIDIA自身對(duì)其信心滿滿，從目前的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)來(lái)看，一項(xiàng)是靠顯卡技術(shù)、芯片組維系的NVIDIA，面對(duì)Intel的打壓，必須在Intel平臺(tái)推廣SLI，面對(duì)Intel和AMD的CPU整合GPU方案，對(duì)NVIDIA的低端、中低端顯卡市場(chǎng)又非常大的影響。習(xí)慣了LGA775接口、習(xí)慣了CPU會(huì)變得越來(lái)越小、功耗越來(lái)越低、工藝越來(lái)越先進(jìn)。然而LGA1366接口的CPU一到，讓我們大吃一驚，工藝從65nm變成了45nm，CPU體積居然又變大了。面對(duì)主板CPU接口日漸臃腫，它的改變帶來(lái)的是行業(yè)的變革。 Hyper Transport總線規(guī)范術(shù)最早是由AMD提出，并得到眾多芯片組和板卡廠商支持的一種總線技術(shù)。

16、它最大的特點(diǎn)是在集成電路間點(diǎn)采用對(duì)點(diǎn)的高速互連，并在連接兩個(gè)芯片時(shí)采用兩個(gè)單向連接（發(fā)送與接受），在連接多個(gè)器件時(shí)采用菊花鏈(daisy chain)連接，這樣就可以幾乎無(wú)限制的增加功能模塊。Hyper Transport并不是僅僅局限于CPU和北橋之間的傳輸方式，而是適用于PC系統(tǒng)中的任何模塊間實(shí)現(xiàn)菊狀鏈連接信號(hào)傳輸。它主要是針對(duì)內(nèi)存控制器、硬盤(pán)控制器以及PCI總線控制器這些高帶寬設(shè)備需要而研發(fā)的技術(shù)，進(jìn)入Athlon 64時(shí)代后，Hyper Transport的高傳輸率和高帶寬的優(yōu)勢(shì)才真正有了用武之處。Hyper Transport不只是一個(gè)死板、固定的概念，它可以根據(jù)傳輸設(shè)備需求的不同，

17、對(duì)工作頻率與位寬進(jìn)行調(diào)節(jié)。Hyper-Transport的最突出的地方就在于雙向傳輸，由兩條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)膯蜗驍?shù)據(jù)鏈組成，這兩條數(shù)據(jù)鏈分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的輸入和輸出。每一條數(shù)據(jù)鏈都可以是2到32位寬，標(biāo)準(zhǔn)總線寬度是2、4、8、16和32位。和DDR的Dual Pump技術(shù)類(lèi)似，Hyper Transport可以實(shí)現(xiàn)雙倍的數(shù)據(jù)傳輸速率。它的總帶寬計(jì)算公式如下： (HT總線工作頻率)×(2×數(shù)據(jù)/時(shí)鐘)×(各方向上的位寬度)×(2×總的方向數(shù)) 。 下圖是AMD64系列處理器的架構(gòu)示意圖，我們可以很清楚的看見(jiàn)其中增加HT傳輸控制器。在K8體系里，

18、CPU的外頻已經(jīng)不再是等同于傳統(tǒng)意義上的前端總線的頻率。Athlon 64的外頻是200MHz，而通過(guò)主板芯片組支持的Hyper Transport總線（就是乘上一個(gè)倍頻ratio），來(lái)達(dá)到實(shí)際和北橋傳輸帶寬，也就是前端總線的標(biāo)準(zhǔn)。也就是說(shuō)，不同芯片組實(shí)現(xiàn)的HT總線帶寬是完全不一樣的。比如，NVIDIA的NF3 150僅僅支持600MHz的Hyper Transport傳輸頻率（上行8位，下行16位），而威盛同期發(fā)布的K8T800芯片組就能夠支持800MHz的更高頻率（上行16位，下行16位），當(dāng)NF3 250將HT頻率提升到800MHz的時(shí)候，K8T800 Pro甚至之后的K8T890系列都

19、已經(jīng)支持到1000MHz，提供16位上行下行，總線帶寬也由原來(lái)的6.4GB/s提高到8GB/s，充分發(fā)揮了K8的強(qiáng)大能力。相對(duì)于過(guò)去的PCI總線設(shè)計(jì)而言，Hyper Transport技術(shù)有了根本上的提高，它的數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到了驚人的12.8GB/s，這個(gè)數(shù)值相比Intel最新3GIO技術(shù)的最初理論傳輸率高出了很多(3GIO早期產(chǎn)品的帶寬設(shè)計(jì)為2.5GB/s，遠(yuǎn)景規(guī)劃為10GB/s)。同目前的PCI總線而言，Hyper Transport的數(shù)據(jù)傳輸率更是高出了整整96倍以上。尤其值得推崇的是，這種大幅的性能提升并沒(méi)有使成本增加多少，K8T800和K8T890系列芯片組很快就將這種新技術(shù)應(yīng)用在K8

20、的新產(chǎn)品上，使它得以迅速得普及，為AMD 的64位的高速飛機(jī)裝上了輕快、可靠的雙翼。CPU : 什么是QPI總線QPI <Quick Path Interconnect> intel的全新架構(gòu)，Bloomfield將采用全新的LGA 1366 Socket，Package Size為42.5 x 45mm，散熱器設(shè)計(jì)雖然和LGA 775類(lèi)似，但Mounting Holes為80mm，相較LGA775的72mm2更大，因此散熱器不能另相兼容，VRM采用全新的11.1版本，最高TDP為130W 。 利用雙向串聯(lián)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，它可提供與FSB相近的Latency，可讓軟件及操作系統(tǒng)管理，并

21、且針對(duì)部份Streams(Threading、ISOC、LT/VT)及out of order requests作出了優(yōu)化，單向最高速度暫 定為6.4GT/s，雙向最高速合共10.8GT/s，相比AMD采用的Hyper-Transport 3.0的速度更高。Intel的QuickPath Interconnect技術(shù)縮寫(xiě)為QPI，譯為快速通道互聯(lián)。事實(shí)上它的官方名字叫做CSI，Common System Interface公共系統(tǒng)界面，用來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片之間的直接互聯(lián)，而不是在通過(guò)FSB連接到北橋，矛頭直指AMD的HT總線。無(wú)論是速度、帶寬、每個(gè)針腳的帶寬、功耗等一切規(guī)格都要超越HT總線。QPI最大

22、的改進(jìn)是采用單條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下，QPI的輸出傳輸能力非常驚人，在4.8至6.4GT/s之間。一個(gè)連接的每個(gè)方向的位寬可以是5、10、20bit。因此每一個(gè)方向的QPI全寬度鏈接可以提供12至16BG/s的帶寬，那么每一個(gè)QPI鏈接的帶寬為24至32GB/s。(不過(guò)，這仍是遜色于AMD的Hypertransport3-單條連接最大傳輸帶寬可以達(dá)到45GB/s，但我們相信未來(lái)英特爾仍會(huì)對(duì)QPI進(jìn)行進(jìn)一步提速改進(jìn)。)在早期的Nehalem處理器中，Intel預(yù)計(jì)使用20bit的鏈接位寬，大約能提供25.6GB/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。這個(gè)數(shù)字是Intel在上一季IDF中公布的。舉例來(lái)說(shuō)，在X48芯片組中，F(xiàn)

23、SB的速度為1600MHz，這是目前為止規(guī)格最高的FSB總線了。不過(guò)最初的QPI總線具備25.6GB/s的吞吐量，這個(gè)值相當(dāng)于1600MHz FSB帶寬的2倍。QPI技術(shù)特點(diǎn)效率更高此外，QPI另一個(gè)亮點(diǎn)就是支持多條系統(tǒng)總線連接，Intel稱(chēng)之為multi-FSB。系統(tǒng)總線將會(huì)被分成多條連接，并且頻率不再是單一固定的，也無(wú)須如以前那樣還要再經(jīng)過(guò)FSB進(jìn)行連接。根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)吞吐量的需求，每條系統(tǒng)總線連接的速度也可不同，這種特性無(wú)疑要比AMD目前的Hypertransport總線更具彈性。例如，針對(duì)服務(wù)器的Nehalem處理器將擁有至少4組QPI傳輸，可至少組成包括4枚處理器的4路高端服務(wù)器系統(tǒng)(也就是16枚運(yùn)算內(nèi)核至少32線程并行運(yùn)作)。而且在多處理器作業(yè)下，每顆處理器可以互相傳送資料，并不需經(jīng)過(guò)芯片組，從而大幅提升整體系統(tǒng)性能。隨著未來(lái)Nehalem架構(gòu)的處理器集成內(nèi)存控制器、PCI-E 2.0圖形接口乃至圖形核心，QPI架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步發(fā)揮出來(lái)。為了降低QPI總線的延遲，In