无敌优势!Intel酷睿i系列CPU技术解析及简测
英特尔在进入2010年之后连续数次发布全线新酷睿处理器产品。从桌面平台到移动平台,都有整齐划一的产品推出,最近又推出了超低电压版的移动新酷睿,已经将旗下处理器产品完整统一到酷睿i3、i5、i7的大旗之下。消费者可以方便地通过处理器的命名来知道整机的性能档次,在选购时会方便很多。
同时,英特尔还提出了全新的智能处理器和智能电脑的概念。刚听到这个词的时候,很多朋友都觉得有些费解。因为我们知道智能手机之所以被称为智能,是因为功能多,而且能安装第三方软件,这些对电脑来说根本就不是难事啊,难道现在的电脑不够智能吗?
那是因为用汉语里的“智能”来代替“smart”其实不是最准确的。因为smart除了智慧,还有敏捷灵巧之意。拥有smart者总是能抢占制胜先机,我们可以将其比喻为武侠小说中的人物。从来没有一位武侠小说中的主角是以蛮力取胜的鲁莽之辈;古龙笔下的楚留香、李寻欢、花无缺,金庸笔下的杨过、令狐冲,甚至韦小宝,都可以称作是smart的代表人物。他们风度翩翩,处处逢源,兼具智慧、力量与灵巧,这些正是我们今天用来诠释智能电脑这一概念的最佳比喻。
对电脑来说,智能就是各个部件智能搭配,性能上按需分配。我们在使用电脑时,肯定每个时候对电脑性能的需求都是不一样的。例如浏览网页、听音乐、做图形设计、看高清大片、玩大型游戏,这些应用对电脑的要求都完全不同,有时候只需要处理器1/10不到的性能即可满足,有时候却需要处理器几个核心同时全速运转。但如果电脑在处理这些工作时,都一视同仁,都需要花费相同的功耗,那未免也太傻、太不智能了。
英特尔提出的智能电脑,就是要根据实际需求实现智能多任务、智能加速和智能节能,该快的时候变快,不该快的时候就冷静下来节省能量。虽然概念说起来简单,但对于极端复杂的高科技电子技术,实际执行起来,并不是这么简单的,要想完全弄明白智能电脑是如何工作的,需要分析以下几个概念。
多核心
对于大多数接触电脑不是很深的朋友来说,多少GHz的主频、多少MB显存是他们评判一台电脑性能高低的标准,就如同数码相机中的像素数一样。这些其实都是非常错误非常受误导的。
数码相机的像素不是评判画质的唯一标准,同样是1000万像素,数码单反相机的传感器画幅要比普通DC大得多,信号和软件处理能力也要强得多,拍出来照片画质的差距根本就不是一个水平的。所以这几年的数码相机都不再往高像素上恶性竞争了,而是理智地追求高画质。
同理,电脑CPU的主频只是早期用来提升性能的一种方式,虽然有一定效果,但是主频的提升会直接导致功耗上升,散热和稳定性就成了难以解决的问题。在长时间不冷静的主频提升大战之后,其重要性就逐渐被淡化了。这时候多核心就成为了主角。
从早期的双核到现在的四核甚至更多核,处理器的性能确实得到了明显的提升。但人们逐渐又发现,核心数量的增加,同样会导致功耗上升;而且核心数加倍,处理器的面积也会成倍增加,同样有难以继续提升的问题。
超线程
这时,英特尔又提出了超线程技术,简单描述就是将一个CPU核心模拟成两个来使用,属于模拟的双核。其实超线程也不是新东西了,早在奔腾四时代就广泛使用了。不过当时的处理器都是单核的,而且超线程也不是想打开就打开想关闭就关闭,不够灵活,称不上智能。
同时,超线程也不是万金油。因为超线程的优势在于应付多任务,对那些有优化的程序,例如Photoshop等图形处理软件来说是有帮助的;但对于游戏等应用来说,往往还会出现性能下降的现象。
这时候我们就会想,如果我们的电脑能够智能调配核心数量和主频高低的话那该多好。在处理多重任务的时候,使用多核心,甚至通过超线程技术将核心数再翻倍;而在玩游戏的时候,需要高主频,对多任务性能不是那么高,这就是睿频加速所要做的了。
睿频加速(Turbo Boost)
其实很早之前,英特尔的移动处理器就有Speed Step省电技术了,根据工作需求自动调整处理器主频。但Speed Step只是简单的主频升降,而且只有那么几档,比起今天的睿频加速来说实在是太简陋了。
睿频加速是英特尔酷睿i5和i7中才有的,相对来说是一种叫高端的技术。它的精髓简单描述就是电脑会根据运行的任务类型,自动调节主频、自动开闭CPU核心和超线程功能。
例如在工作或者休闲时,我们都会同时打开QQ、MSN、网页浏览器,以及Office软件、Photoshop等多个窗口。如果电脑的多任务性能差,我们就会时常感到电脑的停顿,或者切换任务时反应很慢。这些软件虽然窗口多,但都不一定需要处理器100%全速运行。睿频加速功能就会使处理器运行在多核心和超线程任务之下,四核心的处理器会拥有八个线程,双核的也会有四个线程,处理多任务游刃有余。
而且这时不光对付多任务有帮助,对于那些针对多核心处理器有优化的软件,例如Photoshop和3DS MAX等,还会成倍增加渲染处理图形的速度。
而在玩游戏时,都会关掉其他软件窗口,对多任务性能要求不高,但此时我们需要有一颗高主频的CPU。睿频加速就会自动将处理器进行超频,只打开一个物理核心,将其他核心关掉,并把所有能源都集中在这一颗核心上达到极速,从而提高性能(不会像玩家自己超频那样有损坏处理器的危险)。
提升主频,带来的是功耗和发热的增加,也带来了不稳定因素;而为了保证功耗不会明显上升,同时系统整体稳定,电脑会自动关闭多余的核心。这样就既提升了游戏运行的流畅度,又保证了电脑的整体功耗处于设计内的水平,从而确保电脑稳定运行。
这样的电脑和处理器,在以往都是难以想象的,所以我们称其为智能电脑、智能处理器,完全是非常贴切的。不过这还没完,还有更让人激动人心的东西,且看下一小节。
英特尔高清显卡(HD GFX)
和CPU一样,显示核心(GPU)一直都是电脑中的重要部件,也是评价电脑性能的另一个重要方面。但显示性能与电脑的功耗和体积有着不可调和的矛盾。如果你想要强大的3D游戏性能,那必然不可能同时还拥有轻薄小巧的外观和较低的整机功耗(与笔记本电池续航紧密相关)。
因为高性能的独立显卡发热量巨大,必须要设计宽敞的笔记本机身来进行散热;而且其功耗也很可观,集成显卡的酷睿笔记本电脑正常使用时往往只有十几瓦的功耗,但配备中档独立显卡的笔记本电脑常常会窜升至四五十瓦,这对笔记本电池来说简直是不可忍受的。
所以对于要求电池续航时间长的笔记本来说,绝大多数都会使用集成显卡,而英特尔集成显卡一向都是以低功耗著称的,长期以来就保持着绝对多数的市场占有率。不过这还不能让人满意,新的酷睿处理器还将显示核心与CPU集成到了同一块基板上;同时,新酷睿平台还将原本分为南北桥两块的主板芯片组合并成了一块。这其中的意义就十分明显了。显卡和CPU成了一块芯片,南北桥也成了一块,不光更加省电,还省了不少空间,笔记本的体积也可以相应缩小。可谓一举多得!
新酷睿平台的集成显卡除了这些优点,在性能上也有长足的进步。在3DMark 06的显卡测试中,其得分接近1800,比以往800左右的成绩强了很多。同时,这还是一块支持高清的显卡,它能够直接解码各种1080p格式的高清视频,而无需劳CPU的大驾。而且这又是省电的一个法子。因为单纯用CPU来解码高清视频,功耗会比显卡解码要高得多。
说到这里,大家一定会觉得恍然大悟:睿频加速、集成显卡、高清解码,这些东西多好啊,为什么早几年没人想出来呢?我在这里要说的是,早几年就算有人想出来,那他也一定做不出来!为什么?因为能实现这些功能是需要最先进的生产工艺作为基础的。
32纳米生产工艺
为什么要最先进的生产工艺才能造就新酷睿?其实理由很简单。半导体技术总是朝着越来越小的晶体管体积和越来越多的晶体管数量的方向发展的,这样才能提高芯片的性能。这也就是英特尔创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来,业界遵循了四十多年的“摩尔定律”。
从奔腾时代的350纳米到酷睿、酷睿2的65纳米和45纳米,再到今天新酷睿的32纳米,芯片内的晶体管数量从几百万增加到了几亿,没有最先进最精细的生产工艺是不可能实现的。而生产工艺又和芯片功耗是直接相关的,例如如果用老的120纳米工艺制造出内含几亿晶体管的处理器,那么这个处理器肯定会有盘子那么大了,其运行时的高功耗所产生发热量也会将自己烧毁。
当然这个例子是比较极端的,主要是为了表示一个意思:如果没有32纳米和第二代高k金属栅极晶体管生产工艺,是不可能实现新酷睿的睿频加速的;也不可能将CPU和GPU集成到同一个基板上而保证不会产生过热现象。新酷睿处理器的智能化并不是一座空中楼阁,而是建立在英特尔领先的生产工艺基础之上的。
在工艺提升难度越来越大的今天,也只有英特尔能依托强大的技术力为后盾,创造出新酷睿这样不只性能出众功耗低,同时还有丰富创新功能的处理器了。处理器并不是光性能高就好的,更正确的评价标准是还要考虑能耗比,这也是倡导地毯环保的今日的大趋势。
低碳环保并不只是一句口号,也并不是远在天边的宏伟目标,它时时刻刻伴随在我们身边。试想使用一台功耗巨大的电脑,伴随而来的还有噪音、庞大体积、发热、费电,让我们的生活质量下降,有百害而无一利。
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超低电压版新酷睿
本文一开始就提到过英特尔刚刚推出的超低电压版新酷睿处理器,这也是个振奋人心的产品。
超低电压版的新酷睿处理器则引入了标准电压处理器中的睿频加速、超线程技术和高清显卡,虽然平时只有1.2GHz左右的主频,但在睿频加速模式下,可以急速升至2GHz以上,完全足够用户的需求了。
真刀真枪比性能
前面说了这么多理论,大家可能对新酷睿处理器还没有太形象的认识。下面我们就用一组具体的测试对比数据来证实前面的说法吧。
作为英特尔在处理器方面长期的有力竞争对手,AMD也在近期推出了代号为多瑙河的Phenom II系列移动处理器。它们基于桌面的K10构架,但为了降低功耗和成本,都省去了三级缓存(新酷睿处理器全部都配备了三级缓存)。在核心数方面Phenom II系列移动处理器有四核、三核和双核三种,类似于新酷睿i7、i5、i3的档次划分。那么,这些产品的性能相比新酷睿到底如何呢?下面就引用第三方的测试数据来说话。
为保证公平,测试平台均为14英寸屏笔记本,搭配2GB内存和同档次独立显卡。对比的产品为四核1.6GHz的Phenom II P920、三核2.1GHz的Phenom II N830、双核2.26GHz的Core i3 350m和双核2.3GHz的Pentium T4500。可以看到AMD的两款是定位较高端的产品,而且核心数有优势,而英特尔的则都是双核,而且产品定位都是入门级。
在SYSMark 2007这款软件的测试中,两款核心数量有优势的AMD产品均处于劣势。四核的产品不如三核的性能高,而且都没有英特尔低端的Pentium T4500高,而且落后的幅度还不小,看来多核心的优势并不是那么明显。SYSMark 2007是一款模拟常用软件如Office、Photoshop、Flash、3dsMax等的实际需求的测试软件,可以体现出处理器在日常应用时的表现。
Cinebench R10可以测试处理器分别执行单线程和多线程应用程序时的表现。在只开单线程处理的时候,主频和执行效率直接决定了得分,这时即便是Pentium T4500的得分也要远高于AMD三核或四核移动处理器。
而在多核模式下,即便是没有睿频加速技术的双核酷睿 i3 350M在超线程的支持下,也领先了三核心Phenom II N830幅度达19%,甚至得分比四核的Phenom II P920也略高。由此可见,核心数量的多少并不能决定性能的优劣。

SYSMark 2007测试表现

Cinebench单核

Cinebench多核
此外,我们还使用了WinZIP文件压缩、Aimersoft Video Convertor视频转换、Photoshop CS5智能抠图、iTunes音频转换、光影魔术手批量特效处理等真实任务来考验四款处理器。其结果和前面一点区别没有,AMD的两款产品在核心数量有优势的情况下落败,甚至无法战胜英特尔低端的Pentium T4500。
由此完全印证了我们前面的说法,电脑的性能并不仅仅取决于处理器核心的多少、主频的高低这些简单的数据参数,而是更多依赖制程工艺及架构设计的先进性。英特尔酷睿i3处理器正是基于先进的32纳米制程工艺,采用了超线程的智能内核,才能有如此优秀的表现。而定位更高的拥有睿频加速功能的i5和具备四核心的i7处理器,其性能之强大就更不用说了,称其为智能处理器实在是非常贴切。
