全新英特尔至强E5 v4系列处理器解读

2016年4月1日，英特尔在北京发布了全新的至强 E5-2600 v4家族处理器（简称E5 v4），配备了全新的工艺、全新的架构、更完善的档次划分。那么这一次英特尔在发布会上带来了那些干货？相比2014年9月发布的E5 v3，E5 v4性能提升几何？对于实际的行业用户而言它又带来了哪些好处？就让我们一一为你解读！

随着互联网和移动计算的进一步发展，云以及云代表的产业链在近几年开始呈现爆发的增长态势。无论是国家层面的“互联网+”战略，还是传统产业的互联网转型，再加上各种各样的公众云、私有云、行业云的诞生，云时代下数据的处理、存储、使用成为厂商和用户直面的核心问题。也正是看到了这个变化，英特尔希望借助新的至强 E5-2600 v4，进一步提升性能，加强稳定性，细化功能，让英特尔在云计算时代继续维持绝对的统治力。

更多核心、更多特性——至强 E5-2600 v4特性解读

首先，我们先熟悉一下至强 E5-2600 v4家族产品的基本情况。至强 E5-2600 v4家族拥有三款不同的核心配置，分别是高核心数（High Core Count,HCC）、中等核心数（Medium Core Count,MCC）和低核心数（Low Core Count,LCC）。其中高核心数高可配置24个内核（但实际产品只开启了22个）、中等核心数高可配置14个内核、低核心产品高可配置8个内核。TDP等数值随着核心数量和频率等不同配置方案而略有不同。技术方面，相比上代至强 E5-2600 v3系列，至强 E5-2600 v4系列的技术改进主要在换用了全新的Broadwell架构、制造工艺进化至14nm、核心数量从上代的18个提升至大22个、超线程核心也顺理成章增加至44个、缓存容量进一步提升至大55MB、首次加入了对3D堆栈式内存技术的支持，使得大内存支持可达3TB以上。此外，诸如资源直配技术（RDT）、虚拟化增强以及TSX交易同步扩展指令集、增强的安全特性等技术也加强了新产品在新应用环境下的优势。

从工艺角度来看，至强 E5-2600 v4家族全部采用了新的14nm工艺，相比之前的22nm工艺而言，新的工艺线宽更小、能够在有限的面积内容纳更多的晶体管、驱动电压也有一定的降低，更节省电能。正是由于新工艺的使用，至强 E5-2600 v4可容纳的内核数量才从之前的多18个提升到大24个—不过由于细分市场和TDP等问题，英特尔在E5级别的处理器上多只开启了22个核心，只有E7等级的处理器上用户才能得到完整的24个核心，不过此时高TDP也会提升至165W。在应用了新工艺后，高核心数配置下，处理器面积达到了465平方毫米，晶体管数量高达72亿个；中等核心数配置的芯片面积为306平方毫米，晶体管数量为47亿个；低核心数配置的核心面积为236平方毫米，晶体管数量为34亿个。相比上一代18核的至强 E5-2600 v3核心面积高达662平方毫米而言，全新的14nm工艺带来的集成度提升有目共睹。

至强 E5-2600 v4家族基本特性概览及与前代产品的主要规格对比。

除了性能外，至强 E5-2600 v4还加强了安全功能，包括加密和安全认证方面的功能。

Tick步骤——单核心改进不多

在核心改进方面，由于本次从Haswell-EP进化至Broadwell-EP属于英特尔架构改进中的“微架构不变,制程工艺更新”的步骤，也就是传说中的“Tick”步骤，因此整体核心只是微调，架构方面的改进并不大，包括core和uncore的前端、指令解码、缓存、各种功能单元、总线、接口等，Broadwell-EP都基本维持了和Haswell-EP一样的设计。尤其是从Ivy-Bridge-EP就开始使用、在Haswell-EP上大幅度改善调整的环形总线，在Broadwell-EP上得到了全盘继承。相比之前的Haswell-EP上多挂载18个处理器核心，Broadwell-EP上高可挂载24个处理器核心，其双向、分组环形总线的设计和缓冲器方案，使得英特尔能够在更多核芯的情况下，实现核心资源的有效调配和控制。

虽然硬件架构基本相同，但这并不意味Broadwell-EP架构没有做出改进。英特尔宣称，相比Haswell-EP, Broadwell-EP的IPC性能略微提升了约5%，其中大的变化发生在调度器和缓冲器上。Broadwell-EP的乱序调度器窗口更大（从60提升至64）、允许更多的指令被重新排队，相应的提高了IPC。此外，L2 TLB也从1K增加至1.5K，减少了地址条目转换失误。在TLB方面，英特尔还增加了一个TLB页面，允许Broadwell-EP同时并行处理内存页。在计算能力方面，Broadwell-EP的浮点能力得到了加强，包括浮点乘法周期从之前的5周期降低至3周期、使用了1024（10bit）分频器等。此外，Broadwell-EP还改进了分支预测单元，从之前的8路提升至10路，在微指令优化方面加强了并行性、减少指令延迟（ADC, CMOV, PCLMULQDQ的指令延迟降低至1uop）、加入了全新指令等。

总的来看，虽然核心架构的改变不总是大幅度的，但每一代英特尔处理器产品在性能上相对于前作都具有优势；配合英特尔比较频繁的核心改进次数，从Nehalem开始，到随后的Sandy Bridge、Ivy Bridge、Haswell再到今天的Broadwell，如果每代的IPC增长都在5%左右的话，数代累积下来整体性能提升是非常可观的。这一次Broadwell-EP是Tick步骤，整体改善并不大，但依旧获得了IPC约5%的提升以及核心数量、频率方面的变化，可想而知下一次Skylake-EP,整体性能有望更进一步增强。

目前Broadwell-EP的TSX功能终于可用了，包括事务型内存等技术都能够正常的为用户提供功能。之前Haswell-EP上，TSX出现了一些BUG，英特尔不得不关闭了这个功能。

Broadwell-EP在IPC上有了一定的提升。

Broadwell-EP进一步加强了AVX性能。

Broadwell-EP在浮点性能和TLB、分支预测上的提升。