史上最强Intel Nehalem架构超详解析(1)(5)

有新玩意：功耗管理的增强

在今年的秋季IDF上，最热门的焦点就是Nehalem处理器的功耗管理技术。
在这方面Nehalem处理器的设计彻底颠覆了以往的微处理器。在传统的处理器中，一般都是用动态多米诺逻辑电路来进行功耗管理，诸如Pentium 4处理器和IBM的Cell处理器，都是用这种方式驱动时钟速度。而在Nehalem处理器中，Intel移除了动态多米诺逻辑电路，转而使用完全静态的CMOS设计。

在Nehalem处理器中，为了实现功耗管理电路就花费了超过1百万个晶体管。在这里，处理器内部的功耗管理电路被称作PCU功耗控制单元。这1百万颗晶体管，相当于1颗486处理器的级数。同时PCU自身带有固件，并且它带有温度、电流、功耗管理，还有具备操作系统调用功能。

在Nehalem处理器中，每一个处理核心都带有自己的PLL同步逻辑单元。每一个核心的时钟频率都是独立的。这一点与AMD的Phenom处理器相类似。另外还有更相似的地方，每一个处理核心都是有自己独特的核心电压。而Nehalem和Phenom之间最大的差别就是Intel使用了完整的功耗门电路。

在此期间，Intel的架构工程师与制造商进行了非常紧密的合作。Intel说服了制造商，采用一种非常独特的材料，这种功耗门电路连接着电压电源与处理器核心，同时它自己也在处理核心之中。

这样的好处是Intel仍然使用一个单一的核心电压，而在深度睡眠的时候，个别的处理核心几乎可以完全被关闭。目前在Intel和AMD的多核心处理器中，所有的处理核心都具备相同的核心电压。这就意味着活跃的处理核心与不活跃的处理核心都要消耗相同的功耗。

在Nehalem处理器中，功耗门电路总能保持一个以上的核心处于被激活的工作状态，它的电压将维持正常的水平。其他的处理核心会根据任务量的大小，或开启或完全关闭。

功耗管理另一项突破就是超快的切换速度。集成在处理器内部的功耗管理单元可以快速的发出“开启核心/关闭核心”的信号。一旦处理核心处于空闲，功耗管理单元就会立刻将之关闭。其开启和关闭的切换速度在百万分之一秒。

上文中我们提到了PCU单元可以监控操作系统的性能，并且向其发出命令请求。因此它可以非常智能的决定系统的运行状态，是在高性能模式，还是在节电模式。

在一般的情况下，诸如Vista这样的操作系统在运行一个应用程序的时候，都会采用高等级节电模式，由此来保证CPU具备较低的功耗状态。无视操作系统的决断，PCU都可以控制处理器工作的形态。

自动超频：Turbo模式

这项新的特性，事实上已经应用在移动版本的Penryn处理器上了。当时Intel的设想是一个双核心的Penryn处理器运行一个单线程的程序，一颗核心就可以搞定，另一颗核心就会完全闲置。而整个芯片的功耗就会降低。Intel最善于做的事情，就是提升芯片的时钟速度。当只有一个核心在运行的时候，它的时钟频率就会被提升。不幸的是，Penryn处理器中的Turbo mode模式很少有用武之地。现在的电脑使用时，很少有人会只开启一个应用程序，一般我们在上网的时候，都会开QQ，开浏览器，P2P下载。在Vista这样的操作系统中，更有大量的进程在前后台运行着。很多任务都会交替着在两个处理核心之间运行。

Turbo模式还存在着另一个问题，当你的计算机只运行了一个单一线程的程序，那么Vista会产生额外的线程，保持你的移动版Penryn处理器不进入到Turbo模式。

所有的Nehalem处理器在以Turbo模式运行的时候，如果所有核心都处在激活状态时，每个时钟提升步进是133MHz。同时PCU功耗控制单元还要进行侦测，保证TDP不会超过额定的范围。如果侦测到的TDP数值足够低，或者有其他的核心处在空闲的状态。那么Nehalem事实上还会将处理器的时钟频率提升到一个更高的步进。那么这就意味着它会将时钟频率提升256MHz。很显然，这次Intel对自家的Turbo模式非常有信心。

在未来Intel还将发布具备更为高级的“Turbo模式”Nehalem处理器。并且你可以期盼时钟频率会自动提升到一个新的高度。这个Turbo模式的点子，想必是Intel受到了超频爱好者的启发，给那些希望提高处理器性能，同时又不肯自己动手超频的消费者的绝佳礼物。不过如果消费者不喜欢Turbo模式，也不必担心，完全可以通过软件设置来禁用该模式。