Intel Nehalem (发音：/nəˈheɪləm/[1]) ，是Intel研发的中央处理器微架构之代号，该架构取代了前代的Core微处理器架构。[2] 使用Nehalem架构的微处理器采用45纳米制程（后期改用32纳米制程），在2007年的Intel开发者论坛上Intel官方展示了一个采用两颗Nehalem微架构的处理器的系统平台。首款采用Intel Nehalem架构的处理器是2008年11月正式发售的桌面型处理器Intel Core i7。[3]
| 产品化 | 2008年11月11日 |
|---|---|
| 设计团队 | Intel |
| 生产商 | |
| 指令集架构 | MMX、SSE、SSE2、SSE3、 SSSE3、SSE4.1、SSE4.2、x86、 x86-64、EM64T、EIST、 XD bit、AES |
| 制作工艺/制程 | 45nm |
| 核心数量 | 2 个至 8 个 |
| 一级缓存 | 64KB（每核心） |
| 二级缓存 | 256KB（每核心） |
| 三级缓存 | 4MB～12MB（各核心共享） |
| CPU主频范围 | 至 3.33 GHz |
| QPI速率 | 4.8 GT/s 至 6.4 GT/s |
| DMI速率 | 2.5 GT/s 至 5.0 GT/s |
| CPU插座 | |
| 封装 | |
| 应用平台 | 服务器、工作站、台式机、笔记本电脑、超级计算机 |
| 核心代号 |
|
| 使用的处理器型号 | |
| 上代产品 | Core |
| 继任产品 | Westmere |
Intel在Pentium 4时代也使用过“Nehalem”的代号，该代号曾使用于NetBurst微架构的10Ghz版本之Pentium 4微处理器，后来改计划取消。Nehalem微架构尽管与Netburst架构不是同一个时代的产物，但是两者之间有一些共同的技术和特点，如超线程、较高的默认主频等。尽管Nehalem架构的微处理器默认主频普遍较高，但能效比依然比Core微架构的制程改进版Penryn微架构的微处理器要高。2011年1月，Intel Nehalem微架构由其下一代微架构Intel Sandy Bridge所取代。
Intel Nehalem的架构设计有不少地方与AMD K10类似（譬如每核心独立电压及主频等），但要比AMD K10的性能更佳、能耗更低。AMD后来也推出K10的改进版K10.5来与Intel的Nehalem竞争。
技术特点
全部型号的微处理器核心都集成了存储器控制器，一般支持双通道DDR3 SDRAM，消费级产品最高支持三通道DDR3 SDRAM，而服务器平台则可以支持四通道DDR3 SDRAM；除此以外还处理器核心还集成了PCI Express 2.0控制器。
从Nehalem微架构开始，Intel改用QPI/DMI直连式总线，放弃了传统的FSB。首发的Core i7使用了新的“Quick Path Interconnect”直连式总线，与AMD的HyperTransport相似。
相比FSB，每一个处理器都可以有独立的QPI通道与其他处理器连接，处理器之间不用再共享FSB带宽，并绕路到北桥才能通信。此外，QPI是双向传输[4]。
后来发布的Core i5、i3，处理器内部仍使用QPI，但与外部芯片组连接则使用与QPI类似但较QPI的带宽小的DMI（Direct Media Interface）总线。
随着FSB的‘卸任’，一般意义上的‘外频’概念由‘基准时钟频率’（BLCK）所取代。[5]
处理器采用模块化设计[6]。例如核心、存储器控制器、以至输入输出接口控制器，都能够以不同的数量配搭，而且都能做到原生多核心设计。这样使得Nehalem架构的处理器产品线可以做成双核心、四核心、六核心乃至八核心、十核心（仅见于Xeon E7）[7]，可以使到产品更容易针对不同市场。与AMD K10微架构类似，每一个模块都可以有独立的电压和独立的主频，让处理器在不同负载水平的性能最大化的同时更省电。
超线程技术回归：部分处理器型号支持超线程的技术。消费级市场发售的最高六核心，十二线程，企业级的更达到八核心，十六线程甚至到后期的十核心，二十线程。不仅多线程处理能力加强，Intel认为该技术还能最多提升处理器30%的性能。
多级缓存：每核心64KB的L1缓存（32KB指令缓存+32KB资料缓存）；每核心256KB的L2缓存，虽容量大小较Core微架构的小但拥有更低的读写延迟值；与AMD K10一样，Intel Nehalem微架构的处理器都内置L3缓存，每一个处理器共享最小4MB至最大12MB（企业级处理器更达到30MB）。
性能动态调节和电源管理：中高阶型号的处理器会支持Turbo Boost（港澳地区没有正式官方中文名称，台湾官方中文名称为‘涡轮加速’，中国大陆官方中文名称为‘睿频’。其后该技术更名为Dynamic Speed，动态主频[8]）动态主频调整技术，倘若有程序使用较多的处理器负载，处理器的频率可以按步骤提升，此外，可以自动往上提升倍频[9]该功能基本不需要操作系统的支持，完全由硬件监控[10]。除了主频管理，电源管理方面引入Power Gates技术，核心闲置的时候可被关闭。对比上一代的Core架构，的核心电阻可以被关闭，电流可以完全不通过核心。各个处理器核心可运作于不同的频率和电压[11]。Turbo Boost及Power Gates功能都是由同一个单元提供，占去大约一百万个晶体管[12]。而AMD K10及后来的改进版K10.5，核心必须手动才能关闭。
指令集更新：SIMD指令SSE4的版本会提升为SSE 4.2，SSE4.2在SSE4.1（于Core架构上）的基础上新增了7条指令[13]；引入第二代Intel虚拟化技术，支持EPT（Extended Page Table，扩展标签页表）、VPIDs（virtual processor identifiers，虚拟处理器标识）以及非屏蔽中断窗口退出（non-maskable interrupt-window exiting）。[14]Intel Nehalem架构的原子操作延时降低了50%，在试图限制原子的开销上。[15]
芯片组方面，Intel推出了5系列芯片组与之搭配，桌面平台有P5*、H5*、X5*等系列型号，其中P5*、H5*系列型号采用LGA1156插座，X5*采用LGA1366插座。代号Bloomfield的Core i7和后期第二批的Intel X58芯片组（允许更变倍频）的组合再次提升Intel平台的超频极限。核心代号Lynnfield的Core i5所使用的芯片组，更名为“PCH”（Platform Controller Hub，PCH，集成了一部分北桥和整个南桥），取代以往分离的北桥芯片和南桥芯片，成为单片机组。[16]早期，处理器核心的电压与系统存储器同步。此前，Intel官方表示首批处理器产品会支持DDR3-800和DDR3-1066规格的存储器。对于DDR3-1333，由于处理器只可以接受较低的电压水平（限制在1.65V或以下），高速的存储器意味着需要较高的电压，所以此规格的官方支持仍然存在疑问[17]。后来第二批X58芯片组主机版上，处理器核心电压与系统存储器电压可以实现异步，方便用家超频[18]。另外，原先只有XE版本处理器可以调整存储器频率。后来Intel修改为所有上市的Core i7处理器，均可以修改存储器和QPI总线的频率[19]。
性能和能耗之改进
尽管核心面积比Core架构要大不少，性能较Core架构系列则仍大幅提升，并没有令市场期望失望。[20]
与Core架构的45纳米制程版本Core相比，Nehalem架构：
- 在相同的能耗下比Core架构的单线程性能高出10%至100%；
- 同样的性能下的能耗平均比Core架构的低30%；
- 每核心每时钟周期的性能平均比上代架构高12%至20%。
核心及其步进
| 核心数量（存储器通道数量、其他总线） | 制程 | 芯片面积 | CPUID | Model | 步进 | 移动平台 | 桌面平台、 UP Server | DP Server | MP Server |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 八核心（四通道） | 45 nm | 684 mm² | 206E6 | 46 | D0 | Beckton (80604) | |||
| 四核心（三通道） | 45 nm | 263 mm² | 106A4 106A5 |
26 | C0 D0 |
Bloomfield (80601) | Gainestown (80602) | ||
| 四核心（双通道、PCIe） | 45 nm | 296 mm² | 106E4 106E5 |
30 | B0 B1 |
Clarksfield (80607) | Lynnfield (80605) | Jasper Forest (80612) | |
| 双核心（双通道、PCIe、内置显示核心） | 45 nm | Auburndale （已取消） | Havendale （已取消） | ||||||
| 十核心（四通道）[21] | 32 nm | 513 mm² | 206F2 | 47 | A2 | Westmere-EX (80615) | |||
| 六核心（三通道） | 32 nm | 248 mm² | 206C2 | 44 | B1 | Gulftown (80613) | Westmere-EP (80614) | ||
| 双核心（双通道、PCIe、内置显示核心） | 32 nm 45 nm |
81+114 mm² | 20652 20655 |
37 | C2 K0 |
Arrandale (80617) | Clarkdale (80616) | ||
- 极致性能级别的处理器无倍频限制；
- 全部微处理器使用133MHz的基准时钟频率。
处理器列表
继任微架构
Intel遵循Tick-Tock策略，于2011年第一季度发布了Intel Sandy Bridge微架构，正式取代Intel Nehalem微架构以及其制程改进版Intel Westmere微架构。
参考
外部链接
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