Intel? Nehalem/Westmere架構(gòu)/微架構(gòu)/流水線 (1) - 特性概述

Intel? Nehalem/Westmere Microarchitecture

Intel Nehalem微架構(gòu)的全稱是Intel Microarchitecture code name Nehalem，這代微架構(gòu)是基于45nm的Enhanced Intel Core微架構(gòu)改進(jìn)而來的，提供了許多增強(qiáng)特性：

• 增強(qiáng)的處理器核

• 提升分支預(yù)測(cè)成功率以及分支預(yù)測(cè)失敗時(shí)的快速恢復(fù)

• 增強(qiáng)的循環(huán)流偵測(cè)，提升流水線前端性能，降低能耗

• 亂序引擎中更深的緩存，增強(qiáng)并行性

• 增強(qiáng)的執(zhí)行單元，加速CRC，字符串/文本處理，data shuffle的執(zhí)行

• 超線程技術(shù)（注：由于前代Core微架構(gòu)本質(zhì)上基于P6微架構(gòu)，所以沒有超線程技術(shù)）

• 每個(gè)處理器核兩個(gè)硬件線程（邏輯處理器）

• 充分利用4寬度執(zhí)行引擎、大容量三級(jí)緩存和高存儲(chǔ)器帶寬的優(yōu)勢(shì)

• 智能存儲(chǔ)器訪問

• 處理器集成內(nèi)存控制器，提供對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存的低延遲訪問，以及可擴(kuò)展的存儲(chǔ)器帶寬

• 新的高速緩存層級(jí)組織，共享的包含式三級(jí)緩存降低緩存嗅探流量(snoop traffic)

• 兩級(jí)地址轉(zhuǎn)換旁查緩沖區(qū)TLB，增加的TLB容量

• 快速非對(duì)齊存儲(chǔ)器訪問

• 專用的功耗管理創(chuàng)新特性

• 處理器集成微控制器以及優(yōu)化的嵌入式固件，管理處理器功耗

• 嵌入式實(shí)時(shí)傳感器：溫度，電壓，和功耗

• 集成電力門，可以打開/關(guān)閉針對(duì)單個(gè)處理器核的功耗管理

• 降低存儲(chǔ)器和連接子系統(tǒng)功耗的多種選擇方式

Intel Westmere微架構(gòu)是32nm版本的Intel Nehalem微架構(gòu)，故所有Nehalem微架構(gòu)上的特性都適用于Westmere微架構(gòu)。

采用Nehalem微架構(gòu)的典型代表處理器包括Intel? Core? i7 Extreme 975， i7 960，和Intel? Xeon? X3480, E5540, E7540等處理器。

采用Westmere微架構(gòu)的典型代表處理器包括Intel? Xeon? E5640 ， Intel Xeon E7-8870，和Intel Core i7 980, Intel Core i7 Extreme 980X，i5 680, i3 560等處理器。

Intel? Nehalem/Westmere架構(gòu)/微架構(gòu)/流水線 (2) - 流水線概述

Microarchitecture Pipeline

Intel Nehalem微架構(gòu)延續(xù)了65nm制程的Intel Core微架構(gòu)上的4寬度流水線。下圖是在Intel Core i7處理器上采用的Nehalem微架構(gòu)的功能框圖，注意圖中只顯示了4個(gè)處理器核中的兩個(gè)（黃色部分）。被所有處理器核共享的三級(jí)緩存用綠色框標(biāo)出。

如果用分支預(yù)測(cè)失敗后的延遲來度量，Intel Nehalem微架構(gòu)的流水線長(zhǎng)度比它的前代45納米的Intel Core 2處理器要多2個(gè)周期。前端可以每個(gè)周期譯碼4條x86指令，也支持兩個(gè)硬件線程，在交替的周期中為兩個(gè)邏輯處理器分別譯碼指令流，即一個(gè)周期為邏輯處理器0譯碼，下一個(gè)周期為邏輯處理器1譯碼，再下一個(gè)周期切換回為邏輯處理器0譯碼，如此循環(huán)往復(fù)。Nehalem微架構(gòu)前端包括了對(duì)分支處理，循環(huán)偵測(cè)，MSROM吞吐量等的系列增強(qiáng)。后續(xù)子章節(jié)中會(huì)詳細(xì)介紹。

調(diào)度器（即預(yù)約站RS）可以每周期透過6個(gè)發(fā)射口分發(fā)6條微指令（上圖中顯示了5個(gè)發(fā)射口；Store操作實(shí)際上涉及到兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)射口：存儲(chǔ)地址口和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)口，圖中合并成為一個(gè)）。

亂序引擎包括多個(gè)執(zhí)行單元；這些執(zhí)行單元被三個(gè)執(zhí)行單元簇中顯示在圖中(即圖中EXE Unit Cluster 0/1/5 )。正如Intel Core微架構(gòu)，Nehalem也可以每周期退役4條微指令。