GT/s MHz？——解密QPI的来龙去脉

http://www.enet.com.cn 2009年02月21日01：04 eNet硅谷动力 eNet CPU频道

【导读】：酷睿i7这个名字在刚刚过去的08年底可谓出尽了风头，不管是媒体上铺天盖地的评测还是电脑城里的海报、演示。买的、卖的、评的无不以将“爱妻”挂在嘴上，俨然一派万象更新的趋势。而这个最新的i7平台也被视作为玩家准备的圣诞新年礼物，各方面的介绍，横评什么的，可谓事无巨细。超线……

　　酷睿i7这个名字在刚刚过去的08年底可谓出尽了风头，不管是媒体上铺天盖地的评测还是电脑城里的海报、演示。买的、卖的、评的无不以将“爱妻”挂在嘴上，俨然一派万象更新的趋势。而这个最新的i7平台也被视作为玩家准备的圣诞新年礼物，各方面的介绍，横评什么的，可谓事无巨细。超线程，智能加速这样的技术所带来的性能提升在被各种使用方式、应用环境之下被反复地做着论证。当然，还有很多专业的玩家还正在对i7在其相应领域中的性能提升在做进一步的探讨。不过这些特性并不是我们今天要讨论的，我们今天想谈论的是另外一个特性参数——QPI。 

　　什么是QPI，其实如果留意一下酷睿i7处理器的参数规格写法的时候，你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，而一个新的以GT/s为单位的参数叫做QPI出现在了产品介绍上。那么这个QPI跟FSB之间是什么关系，GT/s与我们习惯的MHz之间有什么不一样？这样的改进又有什么样的意义？另外，似乎这个参数在前段时间的i7台式机平台上并没有得到大篇幅的关注呢？ 

　　FSB也好，QPI也好，其性质都是数据总线，但同样作为数据总线，为什么FSB采用MHz而QPI采用的是GT/s作为单位。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，更多其实是为了籍此来明确表示出总线的频率，(举例而言1333MHz FSB)。而QPI所采用的"GT/s" 则着意在表达总线的速率上。那为什么会有这样的转变呢？让我们溯源到386，486的时代，那个时候，总线频率和数据的传输速率是一样的，一个33MHz的总线的时钟频率就是33MHz，而那个时候，大部分的人都懂得频率的意思，所以，总线的速度就被定义为MHz了而不是MT/s。到后来，从Pentium Pro开始, FSB采用"quad pumped"四倍并发技术做了改良，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，达到4 x 100MHz = 400MT/s。但既然每个人都习惯MHz来定义总线频率，估计是为了不推翻认知的惯性，Intel也就将当时FSB定义做了400MHz，而时值今日，今天的FSB已经发展到了1333MHz，1600MHz，同理我们也可以知道1333MHz FSB，其实际的总线时钟频率是333MHz，而其数据传输速率则是 1333MT/s，或者说1.333GT/s。 

　　随着业界的发展，总线也在不断的发生着变化，最明显的变化就是串行高速总线不断出现在各种连接当中，从AGP到PCIe，从PATA到SATA，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，所以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，直接标识总线速率可谓是回归到了本质，这就是为什么在这一次的酷睿i7上我们看到了GT/s，它正是明确地表明了QPI总线实际的数据传输速率而不是时钟频率。(参考说明：Intel’s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。所以6.4GT/s的总线速率其实际的总线时钟频率是3.2GHz。其实从这一点上，我们也能够发现另外一个事实，就是QPI生来的高速能力。为你做个比较，用你Intel上一代至尊处理器QX9770的1600MHz的前端总线来比较，换算成大家都熟悉的GB/s，FSB 1600MHz * 8 Byte/T = 12.8GB/s，而双向的QPI则6.4GT/s * 2 Byte/T * 2 = 25.6GB/s，我们不难发现，目前的QPI比以前最宽最快的FSB，还要快上一倍。 

　　看完了单位的不同，我们再从平台的架构来比较比较QPI与FSB职责的不同，首先相同的是，我们前面也提到过，是它们都是数据总线，用来实现芯片与芯片之间连接用的数据总线。FSB担当的是连接CPU与北桥芯片的任务，不过在新的Nehalem微架构中，北桥的功能被大大地减负了，由于不再集成内存控制器，所以名字也从MCH –Memory Controller Hub变成了IOH，而连接CPU和IOH的数据总线正是这个新生的QPI。从这一点上，可能会有很多人产生疑惑，QPI似乎没什么用处，或者说，没有原来的FSB承载的多，因为如果说前端总线曾经是Intel平台上重要的数据运输通道的话，特别是承担了内存实现数据交换的话，而集成了内存控制器的i7平台性能似乎并不太倚仗这个新的QPI连接，所以从这个角度上看，显然这个QPI并不能够被简单地看作是FSB的替代。带着这样的问题，我们做了进一步的研究，终于得到我们的答案，如下图所示，图中蓝色的链路就是QPI链路。

　　我们不难看出，QPI不仅仅连接着CPU与IOH，而且在接下来即将登场的多路服务器与工作站平台上，QPI则是CPU与CPU之间，CPU与IOH之间乃至CPU与远端内存之间数据交换的重要高速通道，即多处理器平台。 

　　写到这里，我想我们已经不难了解到这个全新微架构的改动除了核心计算部分的那些超线程、智能加速以外，QPI应当是其在多路平台上性能提升的另一个亮点了，这也说明了为什么在单颗处理器的台式机上这个功能并没有被大大的宣扬出来。QPI在新架构中的意义最重要来自于两点，一是从整体架构而言的，就是完全点对点直接连接的“专线”方式，这样的结构就避免了两点之间因为以前共享总线方式带来的延迟。其次就是上文所提到的QPI本身高速的传输速率了，而且还有非常好的提速和扩展能力。基于QPI这样的架构，我们可以预计它将在未来的服务器及工作站领域凭借这样的特性为数据密集型的应用，比如科学计算、多媒体内容创建、高新能运算等领域带来性能的飞跃。