2012年5月23日 星期三

Ivy Bridge 處理器來了!


Ivy Bridge 處理器來了!

在2012年,Intel正式對外發表Ivy Bridge處理器第三代Core i系列,其中包含三大特色,以及如:Secure Key、OS Guard等重要改變。 

在2012年4月23日,Intel終於正式對外發表新一代Ivy Bridge處理器,這也是該公司針對個人電腦推出的Core i系列第3代處理器,同樣以性能分為i7、i5、i3,型號命名原則也上代差不多,不過處理器的製程已經全面進入22奈米,意思是體積更小、更為省電。

從目前Intel的規畫來看,目前首批Ivy Bridge處理器發布的是4核心的桌上型與筆電型產品,我們在官方網頁上已經可以查到6款用於桌上型電腦的Core i5處理器,以及14款用於桌電與筆電的Core i7處理器。

至於主流的雙核心筆電平臺處理器,以及低階的i3與適用於Ultrabook的超低電壓等系列,這些產品可能要等到6月底或第3季才會有產品上市。

這次Intel的PC新平臺最引人注目的改變,有3大方面,他們加強了處理器省電、繪圖處理能力與I/O傳輸速度。Ivy Bridge的最大特色就是製程的改變,今年PC處理器終於從32奈米進一步縮小到22奈米,這對於降低處理器功耗有很大的幫助,加上採用3D Tri-Gate電晶體技術,因此提高電晶體密度,並增加電源感應節能技術,如此更加強了新平臺對於能耗的控制。

Intel新舊Core i處理器特色比較表

2Core i處理器平臺
3Core i處理器平臺
處理器
Sandy Bridge處理器
● 製程為32nm,將繪圖處理器確實整合在同一處理器中
● 支援Hyper-ThreadingTurbo Boost增強為2.0版本
● 加入AVX指令集
● 記憶體控制器支援到DDR-1333
Ivy Bridge處理器
● 製程轉變為22nm
● 仍支援Hyper-ThreadingTurbo Boost2.0技術
● 增強的AVX指令集
● 記憶體控制器支援DDR3-1600
● 新推出OS GuardSecure Key技術
晶片組
● 主要搭配6系列晶片組,可相容於7系列主機板
● 開始支援SATA 3.0
● 主機板韌體Management EngineME7.0
RSTRapid Storage Technology)版本為10.010.5
● 主要搭配7系列晶片組,可相容部分6系列主機板
● 原生支援PCIe 3.0USB 3.0
● 主機板韌體Management EngineME8.0
RST Rapid Storage Technology)版本提升為 11
繪圖核心
● 採用HD 2000HD 3000技術(EU數量分別為612個)
● 支援DirectX 10.1
● 無線投影支援Intel WiDi 2.1
● 支援OpenGL 3.0規格
CPU支援OpenCL 1.1
● 採用新的HD 2500HD 4000技術(EU數量分別為616個)
● 支援DirectX 11
● 無線投影支援Intel WiDi 3.0
● 支援OpenGL 3.1規格
CPUGPU均支援OpenCL 1.1



Ivy Bridge 處理器三大特色

特色1-散熱設計功耗降低,執行效能仍持續提升
從這次發表的桌上型與筆電型處理器產品來看,在核心架構上其實並沒有太大的變化,在官方規格中可看出最明顯的變化是,桌上型處理器的4核心Core i5和i7處理器的散熱設計功耗(TDP),普遍降低,以耗電量較高產品的TDP而言,全部變為77瓦,與上一代的同性質產品相比(95瓦),差不多降低了19%。

微架構上,Ivy Bridge仍是採用Sandy Bridge,從首批發布的處理器來看,它們和上一代同等級產品在時脈規格上相差不多,甚至略有提升。我們從強調低功耗的處理器來看,TDP雖然仍是65瓦與45瓦,與上一代相同,時脈規格卻更進一步,像是Core i7-3770S和前一代的Core i7-2600S的TDP都是65瓦,但後者只有2.8 GHz,而前者時脈則有3.1 GHz。

官方所提供的測試報告中,以兩代同時脈的產品來看,運算效能增幅在3%~10%之間。我們實際以NuClearus Multi Core 2.0版效能軟體的測試,瞭解到新處理器在浮點運算與邏輯運算方面有些微的領先,比起上代首批發布的產品,效能提升幅度則接近1成,測試結果相差不多,但多執行緒運算上的優勢卻相當顯著。雖然運算效能提升程度僅稍微增加,不過從耗電量來看,Core i7-3770K的TDP僅有77瓦,相較於Core i7-2600K的95瓦,在散熱功耗設計的減少下,居然還能達到效能提升,這才是Ivy Bridge處理器進步最大之處。

而從新的筆電平臺4核i7處理器來看,與上代產品相比,TDP似乎變化不大,極致版仍是55瓦,一般版也同樣是45瓦,但多了1款35瓦的低電壓版本,這是上代處理器中不曾出現過的。這意味著,Intel在未來4核心產品上,也將開始提供低功耗的版本(功耗能與雙核心產品相同)。同樣的,以首批推出的新處理器時脈規格來看,現在的第3代Core i處理器,最低時脈也比前代高了一點,Core i7-3612QM的2.1 GHz要比Core i7-2620QM的2.0 GHz來的高。

特色2-7系列晶片組原生支援USB 3.0,並整合多項新技術 
對應新的處理器平臺,Intel也推出7系列晶片組(Panther Point)應用在主機板上。在新晶片組中,可分成桌上型電腦平臺(Z77、Z75、H77、Q77、Q75、B75),以及筆記型電腦(HM77、UM77、HM76、HM75)。與之前6系列晶片組最主要的不同就是在I/O介面部份。Intel新一代個人電腦晶片組終於原生支援USB 3.0與PCIe 3.0,再加上本來就有的SATA 3.0傳輸埠,Ivy Bridge平臺的周邊傳輸效能,預計將有更佳的表現。而基於7系列晶片組所推出的主機板,理所當然將強調這些功能。

以USB埠而言,新平臺內建的14個USB埠中,一般將具有4個是USB 3.0連接埠,其他10個為USB 2.0,從原生支援的角度來看,Intel的大力支持,可望帶動USB 3.0周邊裝置的普及速度。而對於支援PCIe 3.0標準規範,個人電腦可搭配符合此規格的獨立顯卡或SSD固態硬碟,不過,目前此規格的介面裝置少。此外,Intel這次也將Thunderbolt加入選配功能中,為Thunderbolt接口保留一條×4通道,使整體I/O傳輸規格上具有更多的支援性。不過,雖然處理器的散熱設計功耗降低,多數人可能沒注意到的是,晶片組的散熱設計功耗比上一代高一些,從6.1瓦變為6.7瓦,雖然差異不大,但也將影響到整體平臺的散熱與耗電表現。

特色3-核心顯示技術提升繪圖運算效能
第3代Core i處理器在圖形顯示能力方面,這次同樣有所提升。相較於Sandy Bridge內建的Intel HD 2000與HD 3000,Ivy Bridge則是搭配新的HD 2500與HD 4000。新一代的繪圖核心對於多媒體應用的支援性也大增,並大幅加強3D運算方面的效能。其中微軟DirectX的版本支援從10.1變成11,是最大的進步,能帶來更佳的視覺體驗,像是大幅改進多執行緒的渲染效能。同時,其他支援的繪圖技術規格也有提升,例如OpenGL支援版本從3.0變成3.1,而支援OpenCL 1.1也將使應用程式透過API的呼叫而能使用繪圖核心。

在繪圖效能上,新處理器增強了處理核心與繪圖核心對於L3快取的共享,使得運算處理與資料交換可以有更好的表現,並且,在繪圖核心使用的EU數量(Execution Unit)方面,HD 4000提升到16個(HD 3000為12個),可預期的是,HD 4000在繪圖效能方面會有比較大的進步,不過HD 2500仍維持6個EU數量,沒有變動。比較有趣的地方在於,從桌上型繪圖時脈規格上來看,過去Sandy Bridge桌上型高階i7處理器內建GPU的時脈在850~1300 MHz之間,現在Ivy Bridge則是一致維持在650~1150 MHz之間,基礎時脈明顯比前代降低,不過兩代筆電處理器的基礎繪圖時脈倒是沒有太大的變化。

其他明顯的改進在於,對於多螢幕顯示輸出方面,HD 2500/4000的支援數量也從2臺變成3臺,搭配的無線投影技術WiDi(Wireless Display)也將從2.1提升為3.0版本,使傳輸影像的解析度可達到1080P Full HD的水準。而在上一代Core i處理器中 HD 2000/3000中,Intel所推出的Quick Sync Video技術,在新平臺中也進一步來提升影片編解碼效率。

從實際測試的結果來看,以我們拍攝的一段影片,其測試檔案大小為757MB的MOV檔,影片內容為7分17秒。關閉此功能時,轉換成MP4檔案格式(H.264)的時間為81秒,開啟此功能後,轉換只需要21秒。轉換速度快,轉換效率也比前代高(上代我們測試過的轉換效率提升了6成2,這代轉換效率的提升幅度達7成4。)


新處理器平臺的其他重要改變

除了在製程上的重大轉變,Ivy Bridge延續了上一代的Turbo Boost(2.0)技術,使CPU與GPU能夠同樣利用此技術,自動提高執行核心的時脈。此外,將實體核心模擬為兩個虛擬核心的Hyper-Threading技術,在支援程度上也應當沒有太大變化,目前看來,與上代規則相當,用於桌電與筆電的Core i7筆電平臺將全部支援,而用於桌上型電腦的Core i5系列處理器不支援。

而Ivy Bridge還增強了AVX指令集,新的AVX指令集支援半浮點運算以及亂數碼產生的能力。更值得注意的是記憶體方面,維持DDR3雙通道的設計,不過記憶體控制器升級支援DDR3-1600,且筆電平臺也開始支援低電壓版的DDR3L-1333標準。

最後,我們來看安全性功能的改變,除了原有的Anti-Theft防盜技術,以及去年與Ultrabook一同推出的Identity Protection Technology身分保護技術之外,在第3代Core i處理器中,Intel特別在處理器內加入一些安全功能──Secure Key及OS Guard。

Secure Key 
──藉由硬體隨機產生的數位碼,以強化加密演算法的安全性

由於每個加密演算相關的功能,像是TLS、VPN等機制,都需要隨機產生的數位密碼,過去這串數字多是由軟體所產生,但軟體產生必然有公式,只是重複出現機率較低,因此仍有破解的可能性。而現在的Secure Key技術,是處理器內的一個指令所產生,它是利用每個硬體零件的獨特性,根據環境變數(像是處理器溫度等)而產生亂數號碼,可以視為一種利用硬體方式所產生的編碼。未來的應用程式若需要用到亂數產生器,便可利用此技術來取代原來軟體式的亂數產生器,另一方面,即將推出的Windows 8也將支援這項技術,像是BitLocker功能便能夠利用此技術,藉以產生無規則可循的隨機密碼,以強化加密演算法的安全性。

OS Guard 
──從底層做到系統安全的防護,以避免遠端的攻擊

此功能的目的在於防止某些系統的惡意程式攻擊,透過核心階層進入作業系統。這種處理器防護控制的方式是從整個作業系統的最底層開始,跨越在作業系統之上,可保護核心記憶體的安全性,而不像過去靠作業系統來偵測的方式,由更底層來做到防護效果,因此理論上提供更完善的防護,可防護來自遠端的攻擊。

綜合來看,隨著Intel的Tick-Tock處理器開發模式,新平臺的製程轉變也將逐步使整體平臺擁有更佳的效能功耗比,這一代的Ivy Bridge比臺雖然在效能上進步幅度不及Sandy Bridge推出時那樣明顯,但對於I/O傳輸、安全功能,以及即時反應的技術方面,確有顯著的加強。重要的是,散熱設計功耗的降低,對於未來輕薄筆電的發展也相當有利,而繪圖處理的成長,也將減少PC對於獨立顯示卡的依賴,並能夠使AIO電腦、Ultrabook筆電具有更佳的視覺體驗。

Ivy Bridge平臺的未來焦點在於Ultrabook與Windows 8 
隨著Intel新處理器的推出,大家也別忘了,今年6月將有新一代的Ultrabook登場,硬碟混搭的機種也將越來越多,此外,下半年微軟新一代作業系統也將發布,而Ivy Bridge處理器也將對應這些新產品,帶給使用者新的PC使用體驗。


Sandy Bridge處理器可適用於兩代主機板

Ivy Bridge處理器採用LGA 1155的CPU針腳規格,和上一代Sandy Bridge處理器相同,就主機板而言,有一定的支援相容性。簡單來說,兩代處理器可搭配6系列晶片組,也可用於7系列晶片組,但要注意的是,Ivy Bridge雖可相容於6系列晶片組,但只有H61、H67、P67與Z68晶片組是支援的,且需要升級BIOS、圖形顯示與Management Engine(ME8)驅動程式才能有效支援,而Q65、Q67與B65則是不支援的。

Ivy Bridge處理器在多執行緒上的效能大幅提升


我們利用NuClearus Multi Core 2.0版來測試新一代處理器在運算方面的表現。從測試結果來看,在浮點運算與邏輯運算方面,僅有些許的提升,相較於過去來說,新平臺只有低於5%的提升幅度,增長並不多;不過,從多執行緒運算上的成績表現來看,此代處理器的優勢卻是相當明顯,同是4核心8執行緒的Core i7-3770K的分數,在整體分數表現上能有1~3成的提升。

轉載自《iThome