Intel CPU前端总线频率变形记

相比桌面运算系统，Intel早就给服务器系统准备了1333MHz总线，至强5335不仅总线速度高，价格甚至还要比频率稍低的至尊版更便宜。可能是因为服务器领域对总线的要求更高，大量的数据请求需要在同时并发，这样，1333MHz总线就能够体现出优势来了。服务器领域尝了鲜，但要付出的却不会因为处理器价格便宜而有所收敛，不同的芯片组加上内存等，一系列算下来，成本可要高上很多。

有没有别的办法呢？最简单的就是等待，Intel预计在07年的第三季度推出1333MHz总线的桌面产品，为了凸显与以前产品的不同，在处理器的型号上做了一些改动，改为EXX50。这好像是Intel的惯用伎俩，升级改动比较小的或者不是顶级系列的产品，往往就在后面添加一个类似5的后缀，这样的事情在主板领域就更是不计其数了。只提高总线的运行频率，并不会带来太多的性能提升，所以Intel还是很乖巧的，并没有使用更为激进的命名方式，尤其是一些对数据交换不是很敏感的应用。这个名字的改变，其实还代表了不同频率产品的出现，号称总线为1333MHz的产品，基频已经达到了333MHz，所以按照以前的倍率，处理器的频率会稍有些提升，计算能力也会得到提高。

不过Intel也发现，单纯提高处理器的频率，效果已经不是很明显了。每年几十亿美元的研发所带来的性能和架构的改变，很容易就被微软这样的软件厂商浪费掉了，一些不知名的软件也很可能让它的英名扫地。改进架构是一个方面，而提高电脑系统里面真正的瓶颈——存储是另一个好方案。尤其是Intel最近也比较专注混合磁盘的研究，估计等非易失性存储设备成为内存之后，这方面的担心会少一些。

可这些都是远水，真正让我们提前进入这个时代的是超频。我们想办法把手头的QX6700外频提到了1333MHz，最后居然还成功登上了1400MHz的顶峰，这让我们兴奋不已。可选的精英主板倒是挺多，电压甚至可以按照0.0125V的幅度调整，不过就是有些不准，比如电压调整，有时候通过BISO把电压调整上去了，但实际结果却是降低了。

还有一点很麻烦的是，要调整内存的参数以及不同频率之间的搭配，不能仅仅考虑处理器，还要考虑到周边的一些情况，一旦某个条件无法满足都会让我们前功尽弃。且不说为了让系统能够正常运行，就是为了能够让处理器进入Windows就已经是很让我们高兴的了，然后再继续慢慢一步一步地调整，不仅需要耐心，还要慢慢地思索一些变化。

实际上，到了1333MHz已经差不多触顶了，处理器开始变得不够稳定，一些测试也是莫名其妙地过不去，要么是因为过热，要么是因为内存错误，烦不甚烦。每次失败之后，还得重新来过，时间就这样被浪费掉了。问题是，各种参数的搭配相当多，我估计试验了上百次才捉摸到了一点门道，提高了内存和处理器的电压，而把总线的终端截止电压降低，总算成功了，此后诸事顺利。1333MHz之旅从此展开……

提前感受1333MHz

先说平台，我们选择的是精英NF650iSLIT-A，只能算是一个二流的产品。本来没有想到能够实现总线的超频，却是源于这个主板居然不支持倍频往高处调整，只有往低调，这点连Intel的原装主板都比不上，好歹它都允许电压倍频调整，把处理器超频到3.43GHz是一点问题都没有，难道这个板子这么一点能耐都没有？没有这个能耐，但却有另外一个能耐，最大外频能够达到的是处理器所达不到的，内存支持也是相当了得，是市面上的产品几乎都达不到的。

且不管它。最重要的是，它提供了完善的手动选项。我还在暗想，nVIDIA的芯片组就是不一样，做出的板子都与众不同，不过要是想充分利用其中的选项，没有几天几夜的仔细搭配估计也是白搭，偶尔玩玩到是没什么问题。像我们这样超频之后还要经历测试，估计就不行了。

这让我们看到了一丝曙光。Intel的这块QX6700能不能顺利实现我们的愿望呢？看看它的同胞兄弟，都能在速度更快的总线上运行，估计这个余量是没有问题的。而我担心的是四个核心超频之后，主板供电应付不了，所以在电压调整上都比较谨慎。Intel的原装主板都能够实现四核和双核的转变，而精英的这款就差点意思了，居然没有。这就是差异，最初X6800测试的时候，能够勉强到3.73GHz，这应该是Intel现在的频率极限。不过，Intel倒是不太在意处理器的频率提升，尽管IBM放出话来，要超过4GHz，达到5GHz甚至6GHz，不过这个离桌面运算还是远了点。

1333MHz总线的确是很快，不过由于内存不同步，貌似需要做一些缓冲，因而一般来说第二次测试的成绩会相对好一些。另外，我们还是用了DDR2 800，表面看来有些寒碜，不过对处理器的性能影响并不大。Core2架构以计算为中心，频率的变化对计算能力的影响更为显著。不过，也出了一个小意外，由于1400MHz总线并不标准，我们发现测试商用性能的时候，系统得分反而更低了，最初还怀疑是硬盘的问题，结果发现是因为系统总线不同步，导致的同步时间消耗过多，得分也就降低了。

而对渲染这样的运算，倒是很需要强大的前端总线，读写的东西变得相当快，尤其是四核协同作战的时候，效率提升了很多。我们也发现了不同的算法对处理器利用率是不同的:基于循环式的运算，对处理器的利用率几乎是100%，多核性能的提升基本上是100%；而基于递归方式的运算，处理器的利用率要打折扣，这也与操作系统的任务调度有关。

另外，我们还注意到，QX6700的巨大缓存还是起到了很大的作用，四个核心，一共8MB缓存，对测试的第一次和第二次的结果影响巨大，尤其是随机读取比较多的测试。而对循环套用比较多的测试，也因为缓存巨大而有所收获。

这样看来，1333MHz总线似乎更适合四核以上的处理器。一方面是因为Intel总线架构决定了处理器之间的通信也必须通过总线实现，总线速度提高，核越多效果越好；并且这也将影响处理器的使用方式，只能是尽量减少对总线的依赖，降低处理器之间的通信，尽量减少递归的应用。

所以，1333MHz首先出现在服务器领域还是有道理的，它们服务的对象都是多线程，因而差距可能就会有 25%的样子，就像我们测试的Cinebench和POVWin的差距。至于我们通常的应用，可能是在打开电源的那一刹那，感觉进入系统似乎快了一些，至于其他的，总线能够带给我们的就很少了。 

测试情况解析

在这次测试中，主要是得益于处理器频率的大幅度提升，从而使得整体性能得到了跃升。比如，特别仰赖处理器频率的渲染，以及一些多媒体的应用，因为处理器频率的提升，性能差异比较明显。另一方面则是因为有些项目数据交换比较多，所以仰赖操作系统进行调度，加上Intel处理器的核之间通信需要与芯片组沟通，导致了一些阻塞问题，也因为总线速度的提高而有所改变。

在四核处理器的运算中，核间通信问题对系统性能的影响较大。这也是因为Cinebench这样的渲染软件，比较仰赖处理器之间的通信，使得多核性能提升的幅度大大减小。比如，在双核条件下，它的最大性能提升能够达到1.87倍，这是考虑到操作系统所能够实现的最大倍率提升。而四核最多就是3倍的水平，也就是说大约有一个核的计算能力被消耗在任务分配方面了，损失还是相当惨重的，这样对总线的依赖就比较大了，总线的快慢将很大程度地影响最后的测试得分。

POVwin就不同了，它预先做好了分配，并且很少有处理器之间的通信，每个核预先分配好一定的工作量，让它们各自把自己的工作运行完，这样反而多核的性能提升得非常快。它的重点是在任务的提前分配上，因而这个阶段耗时比较多，不过与单核比较起来，性能的提升幅度就比较大了，达到了4倍，简直就是一个倍增器，一般很少能够看到这么大幅度地性能提升。

不过，这也暴露了一个问题：看待多核与单核，还需要注意不同的软件和不同的算法带来的差异。当然，Intel 没有在处理器内部集成内存控制器，在一定程度上影响了核与核之间的通信，也就是说，Intel处理器的核心缺乏核与核之间的通信机制。根据规划，在不久的将来，Intel可能首先在服务器端推动集成内存控制器的处理器，相信它们也将会在处理器内部实现核与核之间的通信机制，因为如果不很好地解决这个问题，将很难应付未来的多核时代。

IBM的做法就聪明多了，也把这一招仍给了AMD。加上AMD数次攻击Intel假多核，使得Intel也反唇相讥，说AMD是自取灭亡，原生多核处理器的生产风险太高，导致成品率无法大幅度提高。所以，不管是何种机制，有一点很明确，就是Intel处理器的核间通信问题必须解决。

AMD的架构很适合多数据量在多核之间的穿行，因而更适合服务器领域的应用。在这种条件下，计算的重要性可能放在次席，相比之下，处理器的通信能力更为重要。

这让我们感受到，不同的软件对处理器的不同应用方式可能带来不同的功率消耗。为了对比不同软件对处理器的应用情况，我们拿来了海韵电子的功率表，发现功率之间的差异，籍此，我们也看到了软件利用处理器之间的效率差异。结果很有意思，像Cinebench对处理器的利用率明显比POVWin低，全功率下要低10多瓦；而在单核条件下，操作系统对处理器功耗影响比较大，因此效率相差不大。另外，Cinebench对处理器资源利用不足还来自它利用处理器时候的功率波动，POVWin却要稳定得多，这种巨大的差异是一个很明显的暗示，POVWin的算法要更优秀。但对多核的应用，软件的分量似乎更大。

我们还需要注意的是，Intel的四核处理器本身给操作系统的认知就是一个递归的过程，它是通过类似HT的技术，通过两个核再虚拟出两个核，以便取得操作系统的识别，而这两个核与HT技术不同的是，它是实实在在的，这也在一定程度上影响了Cinebench的性能。 

附件功不可没

除了精英主板这样的主力悍将，散热器和电源也是功勋卓著。精英这款板子已经让我们对它刮目相看了，最近也从同事嘴里听到了对它的认可，很难得，精英逐渐得到了认同。而精英也在逐渐改变以前只做廉价产品的形象，像NF650iSLIT-A这款板子这么出色，也是我没有料到的，可以把QX6700从2.66GHz冲上3.5GHz，内存调整功能的丰富加上选项的繁多，已经足够了。

不过也存在问题，这款板子启动特别慢，尤其是在更改BIOS之后，很让人心悬，总让人怀疑是不是不成功了，不过它带给我的还是喜悦多于失望，值得推荐。

话又说回来，因为处理器频率的提升，功耗就提高了，就需要增加电压以弥补标准电压下功率的不足，这就会对主板提出相当苛刻的要求。QX6700标称最大功耗为125W，超频之后，频率提升了30%多，而功率提升一定超过了30%，这就意味着主板的供电必须接近200W的峰值，同时散热器如果不够好，也可能就烤糊了。

我们选择的是海韵电子的600W电源，效率超过80%，功率因素在324W的时候达到了98%；散热器则是华硕的新款SilentKnight，全铜制造，热管加风扇，十分安静，最重要的是，散热能力很强。在QX6700默认频率、室内温度20℃下，处理器温度只有22℃，超频到3.5GHz，温度也就上升3度，这是风冷方式中相当惊人的成绩。

这一套东西搭配下来，实现了我们的超频梦想，也让我们提前感受到了1333MHz的威力。而海韵电子的600W电源也相当安静，如果不是华硕显卡的散热风扇太大，这几乎是一个完美的组合了，如果封装在机箱里面，我们将几乎听不到任何噪音。

这次测试也让我们看到Core2架构的潜力，不仅频率潜力惊人，就是外频的变化也让我们刮目相看，尤其是一些渲染类的软件，对外频的仰赖还是很大的。1333MHz对于那些经常需要视频处理的用户来说，是相当好的消息。可是，什么时候才能把硬盘这个瓶颈解决呢？这不是仅仅通过改接口就能解决的问题，说不定，在1333MHz总线之后，这是下一个议题吧。

链 接:总线频率与处理器频率

总线频率一般是低于处理器频率的，处理器与总线之间通过倍频实现同步。总线频率就如同整个系统的基准频率一样，实现I/O、内存等与处理器之间的数据交换。

既然外频跟前端总线的频率是呈倍频关系，知道了总线频率，也就知道了处理器的运行频率（在倍率一定的情况下）。处理器的频率就是CPU频率=FSB频率×倍率。同一级别的处理器，处理器厂商往往通过设定不同的倍频，实现频率差异，从而制造出不同的处理器，从本质上说可能基本一样的，只是品质上略有差异而已。

这就直接导致了超频。超频专家认为，只要是同批次的产品、同样的工艺、同样的体系结构，那么处理器的最大工作频率就是相当的，只不过有些能够更稳定一些，而大部分在这个频率下可能不能用。

在处理器的制造过程中，可以利用新的工艺逼近硅材料的极限，比如Intel的拉伸硅技术，还有未来的high K技术，都会让处理器的功耗和频率带来变化。但是，频率高的处理器面临的问题更多，它们的发热量更大，功耗并不与处理器的频率完全成正比。一般来说，处理器的功耗大部分是被缓存消耗的，它们需要通过持续的电流保证数据的存储，而计算逻辑的开关模式跟频率成正比，这是理想的情况；而超频之后，泄漏电流增加，无用功耗增加直接导致处理器发热大大增加，使得继续超频成为不可能。

这就要加强散热，但是一定材质和体积的晶体管密度的产品，散热的能力就确定了，为了获得更多的超频能力，需要采取极限措施，比如液氮、半导体以及干冰等制冷，把处理器频率提升到新的水平。

频率增加、制造工艺提高，这就会带来新的干扰，虽然工作电压降低了，但是降低到一定程度硅也就不可用了。比如，硅的开关电压是0.7V左右，现在处理器最低工作电压已经在1V左右，空间已经很小。而超频过程中增加电压，按道理对提高处理器的频率是不利的，这么做主要是为了提供给处理器足够的、在高频率下的功率。

Intel目前使用的是QDR数据传输触发形式，也就是说，把地址寻找和数据传输分开，在一个周期的4个拐点进行数据触发，从而把实际的数据传输4倍乘积，1333MHz的总线频率对应的实际频率为333MHz。

AMD采取了不同的策略，它把总线内建于处理器，使得处理器成为信息交换的中心，这能够大大提高数据交换的效率，使得它能够特别适合服务器应用，并且处理器之间的直接通信也成为可能。从现在来看，Intel处理器在计算能力上还有很大的空间，因而提升总线频率意义重大，还会让未来的四核主流处理器的性能得到大幅度地提升，同时也为未来强悍的集成图形芯片提供了很好的空间。

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