菜鳥必讀篇：GT/s MHz QPI的來龍去脈

    [泡泡網CPU頻道 3月2日] 酷睿i7這個名字在剛剛過去的08年底可謂出盡了風頭，不管是媒體上鋪天蓋地的評測還是電腦城里的海報、演示。買的、賣的、評的無不以將“愛妻”掛在嘴上，儼然一派萬象更新的趨勢。而這個最新的i7平臺也被視作為玩家準備的圣誕新年禮物，各方面的介紹，橫評什么的，可謂事無巨細。超線程，智能加速這樣的技術所帶來的性能提升在被各種使用方式、應用環境之下被反復地做著論證。當然，還有很多專業的玩家還正在對i7在其相應領域中的性能提升在做進一步的探討。不過這些特性并不是我們今天要討論的，我們今天想談論的是另外一個特性參數——QPI。

    什么是QPI，其實如果留意一下酷睿i7處理器的參數規格寫法的時候，你就會發現其中與以前處理器的區別，除了我們熟悉的頻率、核心數、緩存之外，以往我們熟悉的以MHz為單位的Front Side Bus(前端總線)參數沒有了，而一個新的以GT/s為單位的參數叫做QPI出現在了產品介紹上。那么這個QPI跟FSB之間是什么關系，GT/s與我們習慣的MHz之間有什么不一樣？這樣的改進又有什么樣的意義？另外，似乎這個參數在前段時間的i7臺式機平臺上并沒有得到大篇幅的關注呢？

    FSB也好，QPI也好，其性質都是數據總線，但同樣作為數據總線，為什么FSB采用MHz而QPI采用的是GT/s作為單位。讓我們先來追根尋源一下這個問題。Intel 的FSB前端總線之所以采用"MHz" 作為單位，更多其實是為了籍此來明確表示出總線的頻率，(舉例而言1333MHz FSB)。而QPI所采用的"GT/s" 則著意在表達總線的速率上。那為什么會有這樣的轉變呢？讓我們溯源到386，486的時代，那個時候，總線頻率和數據的傳輸速率是一樣的，一個33MHz的總線的時鐘頻率就是33MHz，而那個時候，大部分的人都懂得頻率的意思，所以，總線的速度就被定義為MHz了而不是MT/s。到后來，從Pentium Pro開始,  FSB采用"quad pumped"四倍并發技術做了改良，所謂quad pumped 就是說在每個總線時鐘周期內傳送四次數據，在這種情況下，如果驅動FSB的時鐘頻率是100MHz的話，那么實際的數據傳輸速率則四倍該速率，達到4 x 100MHz = 400MT/s。但既然每個人都習慣MHz來定義總線頻率，估計是為了不推翻認知的慣性，Intel也就將當時FSB定義做了400MHz，而時值今日，今天的FSB已經發展到了1333MHz，1600MHz，同理我們也可以知道1333MHz FSB，其實際的總線時鐘頻率是333MHz，而其數據傳輸速率則是 1333MT/s，或者說1.333GT/s。

    隨著業界的發展，總線也在不斷的發生著變化，最明顯的變化就是串行高速總線不斷出現在各種連接當中，從AGP到PCIe，從PATA到SATA，而數據總線的時鐘頻率與實際的數據傳輸速率之間的比率關系也不一而足，所以以前那種單純采用頻率表示的辦法顯然變得有些不清楚了，所以這個時候，直接標識總線速率可謂是回歸到了本質，這就是為什么在這一次的酷睿i7上我們看到了GT/s，它正是明確地表明了QPI總線實際的數據傳輸速率而不是時鐘頻率。(參考說明：Intel’s的 QPI總線采用的是2:1比率，意思就是實際的數據傳輸速率兩倍于實際的總線時鐘速率。所以6.4GT/s的總線速率其實際的總線時鐘頻率是3.2GHz。其實從這一點上，我們也能夠發現另外一個事實，就是QPI生來的高速能力。為你做個比較，用你Intel上一代至尊處理器QX9770的1600MHz的前端總線來比較，換算成大家都熟悉的GB/s，FSB 1600MHz * 8 Byte/T = 12.8GB/s，而雙向的QPI則6.4GT/s * 2 Byte/T * 2 = 25.6GB/s，我們不難發現，目前的QPI比以前最寬最快的FSB，還要快上一倍。

    看完了單位的不同，我們再從平臺的架構來比較比較QPI與FSB職責的不同，首先相同的是，我們前面也提到過，是它們都是數據總線，用來實現芯片與芯片之間連接用的數據總線。FSB擔當的是連接CPU與北橋芯片的任務，不過在新的Nehalem微架構中，北橋的功能被大大地減負了，由于不再集成內存控制器，所以名字也從MCH –Memory Controller Hub變成了IOH，而連接CPU和IOH的數據總線正是這個新生的QPI。從這一點上，可能會有很多人產生疑惑，QPI似乎沒什么用處，或者說，沒有原來的FSB承載的多，因為如果說前端總線曾經是Intel平臺上重要的數據運輸通道的話，特別是承擔了內存實現數據交換的話，而集成了內存控制器的i7平臺性能似乎并不太倚仗這個新的QPI連接，所以從這個角度上看，顯然這個QPI并不能夠被簡單地看作是FSB的替代。帶著這樣的問題，我們做了進一步的研究，終于得到我們的答案，如下圖所示，圖中藍色的鏈路就是QPI鏈路。

   我們不難看出，QPI不僅僅連接著CPU與IOH，而且在接下來即將登場的多路服務器與工作站平臺上，QPI則是CPU與CPU之間，CPU與IOH之間乃至CPU與遠端內存之間數據交換的重要高速通道，即多處理器平臺。

    寫到這里，我想我們已經不難了解到這個全新微架構的改動除了核心計算部分的那些超線程、智能加速以外，QPI應當是其在多路平臺上性能提升的另一個亮點了，這也說明了為什么在單顆處理器的臺式機上這個功能并沒有被大大的宣揚出來。QPI在新架構中的意義最重要來自于兩點，一是從整體架構而言的，就是完全點對點直接連接的“專線”方式，這樣的結構就避免了兩點之間因為以前共享總線方式帶來的延遲。其次就是上文所提到的QPI本身高速的傳輸速率了，而且還有非常好的提速和擴展能力。基于QPI這樣的架構，我們可以預計它將在未來的服務器及工作站領域憑借這樣的特性為數據密集型的應用，比如科學計算、多媒體內容創建、高新能運算等領域帶來性能的飛躍。 ■