Intel Core 2 Duo处理器的DMI(Direct Media Interface)总线技术和i7处理器的QPI(QuickPath Interconnect)总线技术的概述

总线的概念很简单，它就是将各部件连接到计算机处理器的一个元件。   Intel Core 2 Duo处理器DMI总线技术是处理器与内存之间的通信都是通过前端总线（FSB）来完成的。在芯片世界，芯片互连一直是瓶颈问题。虽然处理器性能逐渐攀升，但是芯片互连性能却以一个很慢的速度在提升，从而导致芯片互连出现了瓶颈问题。特别是随着多处理核心的到来，处理核心与内存之间，核心与核心之间的数据共享和协调就变得异常复杂起来，英特尔平台所采用前端总线的瓶颈问题越来越明显，特加是在多处理器的服务器平台中更为明显。IntelCore 2 Duo处理器主流的前端总线频率有800MHz、1066MHz、1333MHz几种，而就在2007年11月，Intel再度将处理器前端总线提升至1600MHz（默认外频400MHz），这比2003年最高端的800MHz FSB总线频率整整提升了一倍。这样高的前端总线频率，其带宽有多大呢？前端总线为1333MHz时，处理器与北桥之间的带宽是10.67GB/s，而提升到1600MHz能达到12.80GB/s，增加了20%。虽然Intel处理器的前端总线频率看起来已很高，但CPU与芯片组存在的前端总线瓶颈仍未根本改变。同时，对于多处理器系统，多个处理器共享一个FSB连接到北桥，再通过北桥里边的内存控制器来访问内存。FSB是抢占性的，通过仲裁器决定哪一个处理器可以占用总线。在多处理器系统中，每个处理器通过单独的FSB连接到北桥，这样不同的处理器之间就不会出现一个处理器占用总线而另一个在等待的情况了，但是不同的处理器还是共用相同的内存控制器，这样不同的处理器之间还是要争夺内存的带宽。此外，在多处理器系统中，不同处理器之间需要进行缓存同步，在FSB这样的架构下，缓存同步要通过读写内存来实现，造成处理器缓存之间访问的延迟很大。随着处理器核心性能的提高，以及核心数量的急剧增长，FSB正在日益成为瓶颈，必须加以解决。 因此，Intel 要想在多核心时代处于不败之地，目前首要问题就是顺利解决系统资源的分配难题、充分发挥多核心的优势，这就是英特尔推出QPI总线技术的最终目的。  Intel自身也清醒地认识到，要想再通过单纯提高处理器的外频和FSB，已难以象以前那样带来更好的性能提升。Intel推出新的总线技术势在必行。Intel的QuickPath Interconnect技术缩写为QPI，译为快速通道互联。事实上它的官方名字叫做CSI，Common System Interface公共系统界面，用来实现芯片之间的直接互联，而不是在通过FSB连接到北桥，矛头直指AMD的HT总线。无论是速度、带宽、每个针脚的带宽、功耗等一切规格都要超越HT总线。QPI最大的改进是采用单条点对点模式下，QPI的输出传输能力非常惊人，在4.8至6.4GT/s之间。一个连接的每个方向的位宽可以是5、 10、20bit。因此每一个方向的QPI全宽度链接可以提供12至16BG/s的带宽，那么每一个QPI链接的带宽为24至32GB/s。（不过，这仍是逊色于AMD的Hypertransport3---单条连接最大传输带宽可以达到45GB/s，但我们相信未来英特尔仍会对QPI进行进一步提速改进。）在早期的Nehalem处理器中，Intel预计使用20bit的链接位宽，大约能提供25.6GB/s的数据传输能力。这个数字是Intel在上一季IDF中公布的。举例来说，在X48芯片组中，FSB的速度为1600MHz，这是目前为止规格最高的FSB总线了。不过最初的QPI总线具备 25.6GB/s的吞吐量，这个值相当于1600MHz FSB带宽的2倍。此外，QPI另一个亮点就是支持多条系统总线连接，Intel称之为multi-FSB。系统总线将会被分成多条连接，并且频率不再是单一固定的，也无须如以前那样还要再经过FSB进行连接。根据系统各个子系统对数据吞吐量的需求，每条系统总线连接的速度也可不同，为了降低QPI总线的延迟，Intel打算在4路处理器以上的系统中使用一种叫做粘贴缓存的技术。它主要是倚靠更大容量的二级高速缓存来存储南桥和北桥的数据，使处理器不必反复通过QPI总线来读取南北桥信息。同时，为了更高提升数据处理效率，英特尔还将在处理器内部集成内存控制器（IMC）。 QPI和IMC结合，可以让Intel更轻松地扩展多路系统和高性能计算（HPC）应用，而Intel现有的处理器架构更关注于指令执行引擎和缓存架构，以便在单线程应用中提高性能，导致双路服务器平台性能受限，也无法在对内存带宽需求甚高的HPC中发挥作用。对于第一代采用QPI总线的Nehalem Xeon来说，集成了3通道的DDR3内存控制器，这样在搭配DDR3 1066的情况下，每个处理器自己就能得到25.6GB/s的内存带宽，大概是现在Tigerton系统的5倍，并且这个带宽数量随着处理器插座的增长而增长，对于四插座系统，总的带宽将增长到恐怖的102.4GB/s。强大的内存性能将保证即使每个插座上边采用8核心的处理器，内存带宽也不会成为性能发挥的瓶颈。需要说明的是在QPI中，对于四路系统来说，任何两个处理器之间都可以直接通信，这样，一个处理器可以很方便的访问到其他处理器控制的内存，这可以大大提升效率。另外，由于在QPI系统下不同处理器可以直接通信，同步缓存称为很方便的事情，再也不用通过北桥的内存读写来进行了。 随着QPI的正式推出，英特尔主导的QPI及AMD的HT 两大未来总线系统将会正面冲突。为了让多核心的系统更高效的工作，我们相信今后的芯片组会更加复杂，多条系统总线连接才是今后系统总线发展的王道。需要说明的是，英特尔在季秋IDF是已经在展示了可以工作的、首个采用QPI互联架构的Nehalem平台。我们有理由相信，QPI将冲破内存性能带来的樊篱，实现性能的新飞跃。