历史巨轮再度转动 Core i7家族深度评测(18)

2006年，Intel正式发布了酷睿2/Core 2处理器，同时宣布了每年更新CPU的“Tick-Tock”计划，“Tick”代表CPU制作工艺上的改进，而“Tock”则代表CPU架构上的更新。作为“Tock”计划的65nm Core 2，先进的Core架构使得其拥有强大的性能与更好的能耗比，一直处于领先水平。2007年，“Tick”计划的45nm Core 2（Penryn）如期发布，性能继续保持领先。2008年，“Tock”计划如期到来，采用全新Nehalem架构的CPU即将发布，那就是Core i7。

Core i7（Nehalem）属于Tock计划

Core i7是一款基于全新Nehalem架构的CPU，采用LGA 1366接口，集众多先进技术于一身，如集成内存控制器、三通道技术支持、全新QPI总线、超线程技术的回归、Turbo Mode内核加速等。早在九月底，我们PConline评测室就已抢先其它媒体，为大家送上了Core i7 940的全国首测，使大家对Core i7有了初步了解。

Core i7家族来访，从左到右分别是Core i7 920、965、940

最新步进的Core i7家族已全体到达我们PConline评测室，我们将从新技术介绍，到详细对比评测，全面为大家解密Core i7。集众多先进技术于一身，光是技术上Core i7就让人激动，那么两代旗舰的对比，Core i7 965 Extreme Edition相比Core 2 Quad QX9770有多大性能的提升呢？Core i7的发布对市场有怎样的影响？AMD如何应对来势汹汹的Core i7？本次深度评测将会为大家解答，首先进入技术介绍部分，为大家介绍Core i7的新技术。

从Core 2到Core i7

Core i7采用的是全新Nehalem架构，虽然是新架构，但Nehalem还建立在Core微架构（Core Microarchitecture）的基础上，通过大幅增强改进而来的，外加增添了超线程（HT）、三级Cache、TLB和分支预测的等级化、集成内存控制器（IMC）、QPI总线和支持DDR3等技术。比起从Pentium 4的NetBurst架构到Core 微架构的较大变化来说，从Core 微架到Nehalem架构的基本核心部分的变化则要小一些，因为Nehalem还是4指令宽度的解码/重命名/撤销。

Nehalem的核心部分比Core微架构改进了以下部分：

全新缓存设计：采用三级缓存设计，L1的设计与Core微架构一样为内核缓存；L2采用超低延迟的设计，每个核心各拥有256KB的L2缓存，同时L2缓存也是内核缓存；L3则是采用共享式设计，被所有核心共享使用。

集成了内存控制器(IMC)：内存控制器从北桥芯片组上转移到CPU片上，支持三通道DDR3内存，内存读取延迟大幅减少，内存带宽则大幅提升，最多可达三倍。

快速通道互联（QPI）：取代前端总线(FSB)的一种点到点连接技术，20位宽的QPI连接其带宽可达惊人的每秒25.6GB，远超过原来的FSB。QPI最初能够发放异彩的是支持多个处理器的服务器平台，QPI可以用于多处理器之间的互联。

Nehalem的核心部分比Core微架构新增加的功能主要有以下几方面：

New SSE4.2 Instructions （新增加SSE4.2指令）
Turbo Mode （内核加速模式）
Improved Lock Support （改进的锁定支持）
Additional Caching Hierarchy （新的缓存层次体系）
Deeper Buffers （更深的缓冲）
Improved Loop Streaming （改进的循环流）
Simultaneous Multi-Threading （同步多线程）
Faster Virtualization （更快的虚拟化）
Better Branch Prediction （更好的分支预测）

Core i7内核图

我们知道，Core 2 Quad系列四核处理器其实是把两个Core 2 Duo处理器封装在一起，并非原生的四核设计，通过狭窄的前端总线FSB来通信，这样的缺点是数据延迟问题比较严重，性能并不尽如人意。Core i7则采用了原生四核设计，采用先进的QPI（QuickPath Interconnect，下面将进行介绍）总线进行通讯，传输速度是FSB的5倍。

Core i7采用全新三级缓存设计，L1和L2缓存为内核缓存，具有超低延迟，其中L1缓存由32KB指令缓存+32KB数据缓存组成。Core i7的L2缓存和Core 2的L2缓存并不相同，Core i7的L2与L1均为内核缓存，每个内核256KB（256KBx 4）。L3采用共享式设计，被片上所有内核共享，容量为8MB。

Core i7的Nehalem架构最大的改进在前端总线（FSB）上，传统的并行传输方式被彻底废弃，转而采用类似于PCI Express串行点对点传输技术的通用系统接口（CSI），Intel称之为QuickPath Interconnect（QPI）总线技术。QuickPath的传输速率为6.4Gbps，这样一条32bit的QuickPath带宽就能达到25.6GB/sec。QuickPath的传输速率是FSB 1333MHz的5倍，前者虽然数据位宽较窄，但传输带宽仍然是后者的2.5倍。更高带宽的DDR3内存加上三通道技术的引入，FSB的传输带宽已经完全不能满足要求，成为系统瓶颈，因此全新的QPI总线引入势在必行。通过QPI总线，可以有效地降低了处理器和各个硬件之间数据传输的延迟，能有效地提高系统性能。

不难看出，AMD在2003年推出HyperTransport高速串行总线，并逐渐在高性能运算领域建立优势之后，Intel也迎头赶上，全新的QPI总线会把Core i7以及后续处理器的性能提升到新高度。

集成内存控制器

内存控制器（Memory Controller）相信大家不会感到陌生，竞争对手AMD早在2003年K8时代CPU已经集成了内存控制器，能大幅提升内存性能。而Intel方面则表示由于时机还不适合，即使是2006年推出的Core2处理器也没有集成内存控制器，这也使得优秀Core 2在内存性能上一直处于Athlon 64 X2与Phenom系列的下风。

Intel当然不允许内存性能处于下风的局面一直存在，2008年推出的Core i7终于拥有集成内存控制器IMC（Integrated Memory Controller），而且可以支持三通道的DDR3内存，运行在DDR3-1333（支持XMP技术的内存更可运行在1600MHz的频率），内存位宽从128位提升到192位，这样总共的峰值带宽就可以达到32GB/s，达到了Core 2的2-4倍。处理器采用了集成内存控制器后，它就能直接与物理存储器阵列相连接，从而极大程度上减少了内存延迟的现象。

原生四核Core i7有八个逻辑内核

超线程技术（Hyper-Threading，HT），最早出现在130nm的Pentium 4上，超线程技术就是利用特殊的硬件指令，把两个逻辑内核模拟成两个物理芯片，让单个处理器都能使用线程级并行计算，进而兼容多线程操作系统和软件，减少了CPU的闲置时间，提高的CPU的运行效率。超线程技术使得Pentium 4单核CPU也拥有较出色的多任务性能，现在通过改进后的超线程技术再次回归到Core i7处理器上。而超线程技术又称为同步多线程技术（Simultaneous Multi-Threading，SMT）。

同步多线程（Simultaneous Multi-Threading，SMT）是2-way的，每核心可以同时执行2个线程。对于执行引擎来说，在多线程任务的情况下，就可以掩盖单个线程的延迟。SMT功能的好处是只需要消耗很小的核心面积代价，就可以在多任务的情况下提供显著的性能提升，比起完全再添加一个物理核心来说要划算得多。比起Pentium 4的超线程技术，Core i7的优势是有更大的缓存和更大的内存带宽，这样就更能够有效的发挥多线程的作用。按照Intel的说法，Nehalem的SMT可以在增加很少能耗的情况下，让性能提升20-30%。

为什么Core 2没有使用SMT？很显然，它是可以做到的。SMT是在节省电力的基础上增加了性能，而且软件支持的基础建设也早就有了。有两个原因：一是Core 2可能没有足够的内存带宽和CPU内部带宽来利用SMT获得优势。通常，SMT能够提升内存级并行（memory level parallelism，MLP），但是对于内存带宽已经成为瓶颈的系统则是个负担。而更有可能的原因则是SMT的设计、生效等是很麻烦的，而当初设计SMT是由Intel的Hillsboro小组主持，而并非是Haifa小组（Core 2是由这个小组负责的）。这样Core 2不使用SMT就避免了冒险。

Turbo Boost，内核加速技术

Turbo Mode，故名思义，就是加速模式，它是基于Nehalem架构的电源管理技术，通过分析当前CPU的负载情况，智能地完全关闭一些用不上的核心，把能源留给正在使用的核心，并使它们运行在更高的频率，进一步提升性能；相反，需要多个核心时，动态开启相应的核心，智能调整频率。这样，在不影响CPU的TDP情况下，能把核心工作频率调得更高。

举个简单的例子，如果游戏只用到一个核心，Turbo Mode就会把其他三个核心自动关闭，把正在运行游戏的那个核心的频率提高，也就是自动超频，在不浪费能源的情况下获得更好的性能。Core 2时代，即使是运行只支持单核的程序，其他核心仍会全速运行，得不到性能提升的同时，也造成了能源的浪费。

Turbo Boost在BIOS中是默认开启的

Turbo Boost默认是开启的，通过自动调高CPU的倍频提高性能。在Intel原厂X58主板上，低负载时默认调高1-2个倍频。例如Core i7 920默认频率为2.66G，在Turbo Boost默认是开启的情况下，运行Super PI是以单核2.8G来跑，这样单线程性能也就得到提升。

超频爱好者也许会想到，Turbo Mode自动提升的那个频率可以手动调整吗？如果可以，不就能利用它进行超频吗？答案是可以的，只要是Exterme Edition CPU，就可以手动调整，好好利用，新的超频方式从此诞生诞生，这将在后面超频部分详细说明。

SSE4.1+SSE4.2组成完整的SSE4多媒体指令

完整的SSE 4(Streaming SIMD Extensions 4，流式单指令多数据流扩张)指令集共包含54条指令，其中的47条指令已在45nm的Core 2上实现，称为SSE 4.1。SSE 4.1指令的引入，进一步增强了CPU在视频编码/解码、图形处理以及游戏等多媒体应用上的性能。其余的7条指令在Core i7中也得以实现了，称为SSE 4.2。SSE 4.2是对SSE 4.1的补充，主要针对的是对XML文本的字符串操作、存储校验CRC32的处理等。

Core i7家族即将取代Core 2 Q9000系列

左图为Core i7，右图为Core 2

Core i7旧延续了LGA 775的封装方式，采用铜质顶盖保护CPU核心，同时提供更大的散热面积。从图片可以看出，Core i7面积明显要Core 2大一点。缺口位置也发生改变，从Core 2的上下缺口改为左右两侧缺口。根据Intel官方资料显示，该处理器一共集成了7.31亿个晶体管。

CPU背面

Core i7采用全新的LGA 1366接口设计，从图上可以看出，金属点更多更密集，形象为椭圆型。

侧面看Core i7和Core 2

侧面对比两颗CPU，图中左边的Core i7稍高一点。

Core 2面积与Core i7的金属盖面积差不多

与Core 2不同，Core i7正面同样有很多金属点。

零售版Core i7 920

Intel原厂X58主板，布局与LGA775主板大不相同了

全新LGA 1366底座

LGA 1366金属底座背面

X58北桥部分

支持三通道DDR3内存

采用ICH10R南桥

双16X PCI-E 2.0接口，支持交火，部分授权的X58还支持SLI

更新换代，彻底放弃PS/2键鼠接口

评测平台及评测说明

本次Core i7家族的920、940和965对比评测，我们加入了Intel Core 2中最顶级的Core 2 QX9770作为参考对象。测试项目包括CPU理论性能测试、3D渲染与视频压缩多线程测试、多媒体性能测试、内存性能测试以及3D游戏测试。

为了避免3D效能成为瓶颈，我们采用了顶级单芯显卡GeForce GTX 280作为评测显卡使用，由于是测试CPU的游戏性能，我们采用了较低的分辨率1024x768，这样才能更充分体现CPU在游戏的中性能差距。

虽然Core i7 965 Extreme Edition支持DDR3 1333甚至是DDR3 1600（XMP）内存，但为了平台的一直性，以及更好地反映CPU在同条件下的性能差距，我们一致采用DDR3 1066内存。测试过程默认开启Turbo Boost和超线程技术，CPU会按情况自动超倍频。

Core i7 920

Core i7 940

Core i7 965

三级缓存

主板BIOS为正式版，使Core i7性能全面发挥

Triple，三通道模式

SUPER PI MOD 1.4性能测试:

SUPER PI

SuperPI是由东京大学Kanada Lab.所制作的一款通过计算圆周率的来检测处理器性能的工具，在测试里面可以有效的反映包括CPU在内的运算性能。在玩家群中，Super PI更是一个衡量CPU性能的标尺之一。

在Super PI的测试中，Core i7家族的表现较为出色，940已领先Core 2 QX9770一秒多，965更是领先两秒。在SUPER PI接近10秒关口之际，一秒的差距是不少的。

WinRAR 3.71性能测试：

　
WinRAR

WinRAR作为一款目前非常流行的压缩软件，我们使用了它内置的评测功能。评测的结果可以有效的反映CPU的性能。

在WinRAR的评测中，集成内存控制器+三通道+超线程的Core i7锋芒毕露，大幅度抛离Core 2 QX9770。

Fritz Chess性能测试：

Fritz Chess Benchmark

Fritz Chess Benchmark主要用于测试处理器的多线程处理能力。

国际象棋主要考察CPU的多线程运算能力，拥有出色多线程性能的Core i7家族，成绩非常理想。

Everest内存性能测试：

Everest

Everest作为一个系统检测软件，其前身是Aida32，它可以详细的显示出PC每一个方面的信息。支持上千种(3400+)主板，支持上百种(360+)显卡，支持对各式各样的处理器的侦测。软件自带的Memory Latency评测，可以通过对内存延时的评测，直观显示出内存子系统的效能。

自从AMD的K8处理器集成内存控制器后，内存性能便一直成了Intel CPU的弱项。今天，Core i7要给这个弱项画上句号了，集成内存控制器后，同频的Core i7比Core 2 Quad提升接近100%。

Cinebench R10多媒体性能测试：

CINEBENCH R10

CINEBENCH R10为目前最新版的Cinebench系列测试软件，它采用了3D设计软件CINEMA 4D的3D引擎，可以用来评测显示卡、处理器的效能。

在CINEBENCH R10的测试中，单线程渲染时，Core 2 QX9770处于Core i7 940与965之间。当进行多线程渲染时，Core i7以8个线程同时渲染，表现相当出色，只有4个线程的QX9770只能垫底了。

TMPGEnc视频转换测试：

TMPGEnc 是日本人堀浩行开发的一套MPEG编码/工具软件，支持VCD、SVCD、DVD等各种格式。TMPGENc 3.0 xPress相对于旧版本在MPEG编码上作了不少的优化，例如加入的超线程和多核心的优化选项，尤其是其加入了SSE3指令集的支持，能使拥有该指令集的CPU发挥出更好的性能，减少大量的编码时间。

在我们的首发评测中，Core i7在TMPGEnc这个测试项目表现异常，原因是超线程与软件存在兼容性问题。本次测试采用最新版的软件，解决了该问题，Core i7的表现较为满意。

　我们选择取了两款主流的DX9游戏，使命召唤4与半条命2：第二章，考察CPU在主流DX9游戏下的性能。

《使命召唤4》测试：

测试场景

游戏所有特效开至游戏能够支持的最高级别，同时关闭垂直同步，分辨率为1024x768 0AA/0AF。我们选择了大雨滂沱的快乐歌运输号，在直升机至船上的那段场景，用Fraps记下平均帧数。

在使命召唤4的评测中，在相对于首发评测更成熟的条件下，Core i7仍不敌Core 2 QX9770，原因可能与CPU架构有关。当然，在主流分辨率下，主要考验的是显卡性能。

《半条命2：第二章》测试：

测试场景

游戏所有特效开到最高，分辨率设置为1024x768 0AA/0AF。我们选择了崖边的场景，测试过程中，我们跑到崖边等待游戏画面的闪光至震荡完毕，用FRAPS记录平均帧数。

同样为DX9游戏，Core i7 QX9770成绩处于Core i7 965与940之间。半条命2作为一个单线程游戏，高频的CPU优势更为明显，因此已不能真实反映现在多核CPU的性能，在默认启动Turbo Boost技术的情况下，频率达到3.33G的Core i7 965领先于QX9770。

3DMark Vantage测试：

3DMARK Vantage

3DMark Vantage主要包括了Graphics Test和CPU Test两个测试部分，它们各自带有两个测试场景，其中Graphic Test包括Jane Nash、New Calico，主要针对显卡的3D图形渲染性能。而CPU Test就包括AI和Physics两个部分，分别测试处理器的AI运算和物理加速性能，在现在的游戏发展中，除了图形3D性能以外AI和物理运算都是游戏中极其重要的部分，在新的3DMark中对这四项目都进行了测试，无疑更能反映整个平台的游戏性能。

《冲突世界》测试：

画面选项设定为非常高（DX10），分辨率为1024x768 0AA/0AF，以自带BenchMark工具测试。

在冲突世界的测试中，Core i7系列全面领先。

《英雄连》测试：

画质设定：Shadow Quality设置为DirecetX 10模式、全部特效都开启至最高，分辨率为1024x768 0AA/0AF。

在英雄连的测试中，与首测Core i7 940落后于QX9770不同，本次评测则是940稍微领先。出现这种情况的原因是Core i7平台更为成熟了，CPU的步进从B0更新为C0，主板BIOS为正式版以及开启了Turbo Mode。

《失落的星球》测试：

失落的星球《Lost Planet:Extreme Condition》的画质设定：HDR效果、Shadow Quality等所有特效均打开至最高，同时关闭全屏抗锯齿以及各向异性过滤，测试分辨率采用1024x768。CAVE场景支持多线程运算，能更好反映多核CPU之间的性能差距，也是未来游戏的趋势。

失落的星球是一款对多核优化较好的游戏，拥有高频+更强多线程处理能力的Core i7 965大幅领先QX9770。

VISTA上，认出了8个逻辑处理器

前面提到了，由于Core i7采用了超线程技术，使得逻辑核心数翻倍，拥有更强大的多任务能力。下面我们来测试一下，超线程技术为我们带来了多大性能的提升。

关闭超线程后，恢复到4核状态

开启超线程，系统显示8个逻辑核心

为验证超线程带来的性能提升，下面我们进行开启关闭超线程进行对比测试。

从上面的多线程测试中可以看出，超线程技术带来了20-30%的性能提升，而功耗只是增加很小。这项出色的技术并没有因Pentium 4推出历史舞台而被埋没，通过优化修改后在Core i7得以运行，使其锦上添花。

Core i7 920/940的Turbo Boost选项

前面介绍Turbo Mode已提到，Turbo Boost默认是开启的，通过自动调高CPU的倍频提高性能。在Intel原厂X58主板上，是自动调高1-2个倍频，以在相同TDP下获得更好的性能，下面我们来实测一下。（下面图片可点击放大）

默认开启动Turbo Boost，看CPU-Z

Turbo Boost是默认开启的，Core i7 940默认频率为2.93G，通过Turbo Boost，CPU频率达到了3.06G。

关闭Turbo Boost后，看CPU-Z

关闭Turbo Boost后，Core i7 940频率恢复到默认的2.93G。接下来我们来看开启与关闭Turbo Boost技术后的性能对比。

我们可以看到，Turbo Boost自动超频模式带来了一定的性能提升，在不影响TDP的情况下提供免费性能提升，何乐而不为呢？前面的章节已提到，Core i7 965 Extreme Edition具有更丰富的Turbo Boost选项，如何利用它进行超频呢？马上进入下一章节。

使用Core i7 965，Turbo Boost选项更丰富

Core i7 920/940则无丰富的Turbo Boost选项

Intel传统的顶级CPU相比其他CPU的最大优势是不锁倍频，给方便用户超频。而Core i7 965 Extreme Edition则是把旗舰CPU的优势扩大到新增的Turbo Boost选项上，Core i7 965具有丰富的调节选项目，可以调节每个核心的最大倍频、CPU最大TDP等。运行中Core i7会分析负载情况，智能调整频率，这是无疑增加了旗舰CPU的优势与可玩性，也是一种全新的超频方式。

当然也可以调整外频来超频

传统的超外频提升主频的超频方式仍然保留。

调整Turbo Boost选项，超频到4G

我们这个Core i7 965的体质不错，核心只加了150mV的电压，TDP调整到140，核心1、2倍频为30，核心3、4为28。跑Super PI是以单核轻载来跑，自动超频到4G，也就是133*30=4G。此时成绩相当不错。

功耗测试部分我们进行的是整个平台的功耗测试，通过对比来考察Core i7和Core 2 QX9770平台空载/满载的功耗差距。我们选取的软件是CINEBENCH R10，用多线程模式进行渲染，使多核CPU能尽量满载，而此时显卡不满载。（空载测试开启Intel的EIST节能技术）

功耗评测方法

从测试结果来看，出现比较有趣的情况，Core i7 920与940，居然是频率更低的920功耗更高，我们经过反复测试均是此结果。Core i7 965比Core 2 QX9770高出10%左右的耗电量，而性能提升是达到了30%，也就是说Core i7能提供更好的能耗比/每瓦特性能。

Core i7即将取代顶级Core 2处理器

Core i7评测性能总结：

从测试结果可以看到，更新步进、平台成熟后的Core i7，性能比我们首发评测中的早期工程样板又有了一定提升。集成内存控制器、支持三通道技术、超线程技术以及Turbo Boost加速等先进技术，把Core i7系列的性能提升到前所未有的高度。其中在多线程性能测试部分，目前i7家族最低端的Core i7 920也比上代顶级的Core 2 QX9770强不少，旗舰级的对决，Core i7 965更是把QX9770远抛在后面，当然，超线程技术是重要的功臣。使人感到激动的是内存测试部分，集成内存控制器的Core i7，在WinRAR、Everest Memory Benchmark测试中，性能提升50%-100%。更新步进后的Core i7在游戏中表现还算理想，Core i7965只在《使命召唤4》中落后于QX9770，更多的是i7 965大幅领先，尤其是支持多线程的DX10游戏，这也是未来游戏的发展趋势，拥有强大多线程性能的Core i7在将来的游戏中会有更大优势。综合来说，同频的Core i7比Core 2 Quad至少有20-30%的性能提升，提供更好的每瓦特性能。

Turbo Boost加速技术是一个重要的技术，它能根据CPU负载来管理核心数目的使用与自动超频，多核CPU运行单线程软件/游戏不再浪费能源，同时也改变了传统的超频方式。

Core i7对市场的影响：

Intel在将在11月中先推出三款Core i7处理器，分别是Core i7 920、Core i7 940和Core i7 965 Extreme Edition，用于取代当前的Core 2 QX9770、Q9650等高端CPU，因此i7的消费对象主要是高端用户群体，对当前主流级市场不会造成太大影响。由于购买Core i7必须搭配昂贵的X58主板和高价的DDR3内存，整套平台价值不菲，普通用户还是持观望态度吧。根据Intel最新的路线图，面向主流级的Core i7要到09年第三季度才会上市，45nm Core 2还会占据主流市场相当长的时间。

未来发展的预测：

Core i7即将发布，届时将正式取代当前顶级的Core 2 Quad QX9770与Q9650，把高端CPU的性能带到前所未有的高度，更把对手AMD当前顶级的Phenom X4 9950远远抛离。虽然AMD的45nm Phenom X4 20000系列也将在09年1月发布，但反观现在Phenom系列与Core 2系列的性能差距、Core i7领先Core 2的幅度，45nm Phenom X4 20000要重新夺回性能皇座可能性不大。尽管Core i7系列性能非常强大，但平台昂贵的价钱是它普及的瓶颈，平民化LGA 1156的Core i7和P55主板要到明年第三季度才发布，未来一年内，Core 2仍然是主流产品。

作者：Hero Fan