走进数据总线的世界:QPI\HT和FSB关系与区别

如果你有留意过酷睿i7处理器的参数规格,就会发现其中与以前处理器的区别——除了我们熟悉的频率,核心数、缓存之外,以往我们熟悉的以MHz为单位的Front Side Bus(前端总线)参数没有了,而一个以“GT/s”为单位的名为“QPI”的数据总线。另外,在AMD处理器的参数中,HyperTransport数据总线(简写HT)也是“GT/s”为单位。

问题就来了,既然FSB,QPI和HT都是处理器的数据总线,这三个总线之间到底有什么关系和区别呢?为什么FSB采用“MHz”作单位,而QPI和HT却采用“GT/s”作单位呢?

都是数据总线,为啥单位不一样

让我们先来追根寻源一下这个问题。Intel的FSB前端总线之所以采用“MHz”作为单位,其实更多是为了借此来明确表示出总线的频率,比如,1333M4z FSB。而QPI所采用的“GT/s”则着意在表达总线的速率。

为什么会有这样的转变呢?要想清楚地解析这个问题,我们得溯源到386,486的时代。

在那个时候,总线频率和数据的传输速率是一致的,比如一个33MHz的总线的时钟频率就是33MHz。所以,从—开始FS8总线的速度就“MHz”作为单位,而不需要计算其运算的周期,因此没有“MT/s”的标示方法。

到后来,从Pentium Pro开始,英特尔对FSB进行了技术改良,启用了“Quad pumped”四倍并发技术。所谓Quad pumped,就是说在每个总线时钟周期内传送四次数据。在这种情况下,如果驱动FSB的时钟频率是100MHz的话,那么实际的数据传输速率则四倍该速率,即达到4×100MHz=400MT/S。

但是由于当时人们都习惯“MHz”来定义总线频率,为了不推翻认知的惯性,Intel也就将当时FSB定义为400MHz。然而,时至今日,F93已经发展到了1333MHz、1603M4z但是“1333MHz FSB”其实际的总线时钟频率是333MHz,而数据传输速率则是1333MT/s+或者说1.333GT/s。

随着业界的发展,数据总线也在不断地变化。而数据总线的时钟频率与实际的数据传输速率之间的比率关系也不一而足,使得以前那种单纯采用频率表示的办法显然变得有些不清楚了,所以这个时候直接标识总线速率回归到了本质,这就是为什么在这一次的酷睿i7上我们看到了GT/s的原因了。

Intel为什么要放弃FSB

FSB,全称为Front Side Bus,意为“前端总线”。它是将CPU连接到北桥芯片的系统总线,是CPU和外界交换数据的主要通道。FSB的数据传输能力对计算机整体性能影响很大,如果没有足够带宽的前端总线,即使配备再强劲的CPU,用户也不会感觉到计算机整体速度的明显提升。

●FSB的带宽瓶颈

目前市面上仍然采用FSB技术Intel处理器存在,它们的频率有800MHz,1066MHz,1333MHz、1600MHz。当CPU的FSB为1600MHz时,CPU与北桥之间的带宽理论上可以达到12.8GB/s。当然,在普通应用下,1600MHz FSB看起来已经很高,但与同时不断提升的内存频率高性能显卡(特别是双或多显卡系统)相比,CPU与芯片组存在的前端总线瓶颈仍未根本改变,

例如133MHz的FSB所提供的内存带宽是133MHz×64bit/8=10667MB/s=10.67GB/s与双通道的DDR2-667内存刚好匹配,但如果使用双通道的DDR2-800、DDR2-1056的内存,这时FSB的带宽就小于内存的带宽。更不用说与更高频率的DDR3内存搭配了(Nehalem平台三通道DDR3-1333内存的带宽可达32GB/s)。

●HT总线步步紧逼

与AMD的HyperTransport(HT总线)技术相比,FSB的带宽瓶颈也很明显。HT作为AMD CPU上广为应用的一种端到端的总线技术,它可在内存控制器,磁盘控制器以及PCI-E总线控制器之间提供更高的数据传输带宽,HT1.0在双向32bit模式的总线带宽为12.8GB/s,此时已经与1600MHz FSB的带宽相当了。

后来,AMD又对HT总线进行了多次升级,带宽优势越发地明显。比如,HT总线最大带宽又由10的12.8GB/s提升到了22.4GB/s,而最新的HT3 0又将工作频率从H T 2.0最高的1.4GHz提高到了2.6GHz,而且位宽更是达到了32bit,这样HT3.0最高可提供41.6GB/S的总线带宽(即使在16bit的位宽下也能提供20.8GB/s带宽)。

面对这种带宽上的劣势,虽然Intel通过优势技术上的弥补(如优化指令集、双核共享二级缓存互联架构等),让AMD的带宽优势并没有因此转化为胜势。但如果Intel继续沿用FSB技术,那么即便是将FSB的频率提高到2000MHz以上,也难以应付未来DDR3内存及多显卡系统所带来的带宽需求,因此,Intel推出新的总线技术势在必行。

QPI给我们带来了什么

当然,Intel也清醒地认识到,如果继续沿用FSB技术,再怎么努力也无法改变CPU与其他设备之间的带宽瓶颈。于是,QPI总线随着Intel酷睿i7一起进入我们眼界的。

QPI全称为Quick Path Interconnect,意为“快速通道互联”,是一种取代前端总线(FSB)的点到点连接技术。实际上,QPI最早应用于服务器领域,是一个用于支持多个处理器之间的互联技术,从5系列芯片组平台开始,Intel开始把QPI技术用于桌面级平台。

●QPI让通信更加方便

QPI是在处理器中集成内存控制器的体系架构,主要用于处理器之间和系统组件之间的互联通信(诸如I/O)。抛弃了沿用多年的FSB,CPU可直接通过内存控制器访问内存资源,而不是以前繁杂的“前端总线→北桥→内存控制器”模式。

●QPI处理器间峰值带宽可达96GB/s

在Intel高端的安腾处理器系统中,QPI高速互联方式使得CPU与CPU之间的峰值带宽可达96GB/s,峰值内存带宽可达34GB/s。这主要在于QPI采用了与PCI-E类似的点对点设计,包括一对线路,分别负责数据发送和接收,每一条通路可传送20bit数据。

●多核间互传资料不用经过芯片组

QPI总线可实现多核处理器内部的直接互联,而无须像以前那样还要再经过FSB进行连接。例如,针对服务器的Nehalem架构的处理器拥有至少4组QPI传输,可至少组成包括4颗处理器的4路高端服务器系统(也就是16颗运算内核至少32线程并行运作)。

QPI比FSB强多少:酷睿i7 980X VS酷睿2 QX9770

为了让大家更加清晰地了解FSB和QPI数据总线,我们把Intel新一代最顶级的酷睿i7处理器与其前一代的酷睿2顶级处理器进行对比。

根据Intel相关资料,我们知道酷睿i7的QPI总线采用的是2:1比率,意思就是实际的数据传输速率两倍于实际的总线时钟速率。因此,6.4GT/s的总线速率其实际的总线时钟频率是3.2GHz。

我们再与Intel上一代至尊处理器QX9770的FSB进行比对比,QX9770的总线频率仅为16GHz,只有酷睿i7的一半。如果再换算成大家都熟悉的GB/s,那么FSB 16EX3VHz×8Byte/T=12.8(38/s,而双向的QPI则6.4GT/s×2Byte/T×2=25.6GB/s。大家不难发现,目前的QPI比以前最宽最快的FSB,还要快上一倍。