知識(shí)：全面解讀英特爾至強(qiáng)7500處理器
如果說(shuō)2010年X86服務(wù)器市場(chǎng)最大的看點(diǎn)是什么?無(wú)疑是四路以上的企業(yè)級(jí)服務(wù)器。在這個(gè)領(lǐng)域，我們會(huì)迎來(lái)一個(gè)堪稱(chēng)革命性的全新平臺(tái)：英特爾Nehalem-EX(至強(qiáng)7500/至強(qiáng)6500)，以取代2008年9月發(fā)布的六核至強(qiáng)7400系列(代號(hào)Dunnington)。
什么是Nehalem-EX?
Nehalem-EX是英特爾最新一代智能可擴(kuò)展的高端服務(wù)器處理器平臺(tái)，包括支持四路以上系統(tǒng)的至強(qiáng)7500系列與支持雙路系統(tǒng)的至強(qiáng)6500。
Nehalem-EX采用英特爾45納米高K金屬柵極制程工藝和全新酷睿微體系架構(gòu)（Nehalem）。每顆處理器集成了23億顆晶體管，最多集成 8 個(gè)內(nèi)核，每個(gè)核心支持雙線(xiàn)程，每顆處理器最多可支持16個(gè)線(xiàn)程并行處理;配合英特爾的睿頻加速技術(shù)，CPU的主頻可以動(dòng)態(tài)調(diào)整;每處理器最多帶有4條QPI高速互聯(lián)，可輕松擴(kuò)展至8路系統(tǒng)，如果加入第三方節(jié)點(diǎn)控制器則可擴(kuò)展至更多路系統(tǒng);每處理器最大共享24MB L3緩存，借助可擴(kuò)展內(nèi)存緩沖和可擴(kuò)展內(nèi)存互連技術(shù)，每個(gè)處理器可支持16個(gè)內(nèi)存插槽，四路服務(wù)器最大內(nèi)存容量可達(dá)到512GB DDR3。而且，Nehalem-EX引入了22條RAS特性，并首次在至強(qiáng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了IA64上才有的MCA恢復(fù)功能，提供更強(qiáng)的可靠性。
因此，Nehalem-EX將定位于服務(wù)器整合、虛擬化、數(shù)據(jù)處理需求龐大的企業(yè)應(yīng)用以及高性能技術(shù)計(jì)算等環(huán)境，同時(shí)吸引使用RISC小型機(jī)的用戶(hù)遷移到至強(qiáng)平臺(tái)上來(lái)。
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Nehalem-EX家族處理器有哪些型號(hào)規(guī)格?
英特爾Nehalem-EX家族分為兩個(gè)系列：支持四路以上系統(tǒng)的至強(qiáng)7500與支持雙路系統(tǒng)的至強(qiáng)6500。預(yù)計(jì)3月底將發(fā)布11款處理器，其中8款至強(qiáng)7500和3款至強(qiáng)6500，主頻在1.73-2.66GHz之間，均有4核、6核與8核的版本，L3緩存也有所不同。
Nehalem-EX完全打破了傳統(tǒng)單路、雙路、四路平臺(tái)的簡(jiǎn)單劃分。至強(qiáng)6500系列的推出主要是考慮到了部分應(yīng)用對(duì)于大容量內(nèi)存擴(kuò)展的需求——它可以擴(kuò)展到32根內(nèi)存DIMM，而至強(qiáng)5600一般最多只有18根DIMM(思科UCS和IBM eX5由于使用了獨(dú)特的內(nèi)存擴(kuò)展技術(shù)，屬例外)。比如，有一些高性能計(jì)算用戶(hù)只需要兩顆處理器，但需要極大的內(nèi)存帶寬和I/O帶寬，過(guò)去的雙路服務(wù)器提供不了那么大的內(nèi)存，無(wú)奈之舉是買(mǎi)臺(tái)配兩顆CPU的四路服務(wù)器，但由于四路服務(wù)器售價(jià)高出許多，從而造成了投資浪費(fèi)。為此，英特爾在新一代的Nehalem-EX中，提供了至強(qiáng)6500的雙路平臺(tái)，可以滿(mǎn)足這些內(nèi)存密集型用戶(hù)的需要。
另外，與同樣針對(duì)雙路平臺(tái)的至強(qiáng)5600系列(Westmere-EP)相比，至強(qiáng)6500在核心數(shù)量、主頻、L3緩存、RAS特性等方面也有不同(至強(qiáng)5600系列規(guī)格列表http://server.it168.com/a2010/0311/859/000000859434_4.shtml)，因此，這兩款產(chǎn)品的定位是完全不同的，至強(qiáng)5600無(wú)疑針對(duì)主流雙路市場(chǎng)，而至強(qiáng)6500針對(duì)的是對(duì)內(nèi)存容量有特殊需求的細(xì)分市場(chǎng)。
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八核心版本的Nehalem-EX內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的?
Nehalem-EX是x86架構(gòu)中第一款具有8個(gè)核心的產(chǎn)品，配置了24MB的共享L3緩存?；緲?gòu)成是處理器核心分布在四個(gè)角落，所有核心共享的L3緩存則居于內(nèi)核中部，在內(nèi)核正中央則具有兩個(gè)Hub集線(xiàn)器和一個(gè)Router路由器來(lái)負(fù)責(zé)所有核心的數(shù)據(jù)共享，管理內(nèi)存、QPI以及L3緩存之間的數(shù)據(jù)流向。Nehalem-EX在核心正上面具有4個(gè)QPI——QuickPath Interconnect總線(xiàn)，核心正下方則是兩個(gè)內(nèi)存界面，總共有4個(gè)DDR3內(nèi)存通道。
8核心版本Nehalem-EX處理器結(jié)構(gòu)圖
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Nehalem-EX平臺(tái)的內(nèi)存擴(kuò)展性如何?
一顆Nehalem-EX處理器可以支持16根DIMM內(nèi)存條。如使用8GB容量的內(nèi)存條，雙路Nehalem-EX平臺(tái)最多32個(gè)DIMM，內(nèi)存容量可達(dá)256GB;4路Nehalem-EX平臺(tái)最多64個(gè)DIMM，內(nèi)存容量可達(dá)512GB;8路Nehalem-EX平臺(tái)，最多128個(gè)DIMM，內(nèi)存容量可達(dá)1TB。
4路Nehalem-EX平臺(tái)，64個(gè)線(xiàn)程，最多64個(gè)DIMM，內(nèi)存容量可達(dá)512GB
值得一提的是，Nehalem-EX在CPU內(nèi)存控制器和內(nèi)存之間設(shè)置了一個(gè)芯片，起到緩沖的作用。其實(shí)就相當(dāng)于把過(guò)去FB-DIMM內(nèi)存上的緩沖芯片集中起來(lái)放到一個(gè)橋接芯片中，達(dá)到一種平衡，既要節(jié)省一部分能耗，又要保證過(guò)去FB-DIMM帶來(lái)的好處，提高內(nèi)存容量，保證內(nèi)存工作主頻和帶寬不降低。
不過(guò)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，目前Nehalem-EX平臺(tái)的內(nèi)存速率最高只有1066MHz，預(yù)計(jì)以后會(huì)升級(jí)到1333MHz。
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與上一代六核至強(qiáng)7400相比，至強(qiáng)7500有什么不同?
與至強(qiáng)7400相比，雖然至強(qiáng)7500仍然使用45納米工藝，但架構(gòu)發(fā)生了重大變革，從傳統(tǒng)的前端總線(xiàn)結(jié)構(gòu)變成了全新的Nehalem直聯(lián)架構(gòu)(了解Nehalem架構(gòu))，具體體現(xiàn)在：
1)使用QPI總線(xiàn)，取代前端總線(xiàn)架構(gòu)，最多擁有4條QPI Link;
2)集成DDR3內(nèi)存控制器，有4個(gè)內(nèi)存通道接口，通過(guò)設(shè)置外置緩沖芯片，每處理器最多支持16條內(nèi)存;
3)最多擁有8個(gè)內(nèi)核，支持睿頻技術(shù)，可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)工作核心主頻;
4)采用超線(xiàn)程技術(shù)，每CPU可實(shí)現(xiàn)16個(gè)線(xiàn)程并行;
5)23億個(gè)晶體管，L3緩存由16MB提升到24MB;
6)RAS特性更多，增加了原來(lái)只在安騰處理器上才有的MCA(Machine Check Architecture)機(jī)器校驗(yàn)恢復(fù)功能，檢測(cè)CPU、內(nèi)存、I/O的錯(cuò)誤，并和OS協(xié)作糾正，并可以從嚴(yán)重錯(cuò)誤中恢復(fù)。
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與上一代至強(qiáng)7400相比，至強(qiáng)7500的性能提升幅度有多大?
據(jù)稱(chēng)Nehalem-EX會(huì)為四路以上服務(wù)器帶來(lái)“革命性”的性能提升，內(nèi)存帶寬比至強(qiáng)7400高9倍，運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)程序時(shí)的性能則是后者的2.5倍，整數(shù)運(yùn)算性能為至強(qiáng)7400的1.7倍，浮點(diǎn)運(yùn)算性能則是至強(qiáng)7400的2.2倍，實(shí)現(xiàn)英特爾多路服務(wù)器處理器兩代產(chǎn)品間前所未有的性能飛躍。
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至強(qiáng)7500對(duì)八路服務(wù)器市場(chǎng)會(huì)帶來(lái)什么樣的影響?
得益于至強(qiáng)7500處理器中的四條高帶寬快速通道互聯(lián)(QPI)鏈接，今天服務(wù)器廠商可以非常容易地通過(guò)QPI構(gòu)建出一套八路系統(tǒng)出來(lái)，有些廠商還可以通過(guò)自身的節(jié)點(diǎn)控制器技術(shù)擴(kuò)展到32路。預(yù)計(jì)至強(qiáng)7500發(fā)布時(shí)全球會(huì)有8個(gè)OEM廠商推出15款八路和八路以上的系統(tǒng)。2007年，8路以上的IA架構(gòu)服務(wù)器還只有IBM、NEC和Unisys在提供，而到了今年，這一陣營(yíng)將擴(kuò)大到十來(lái)家，除了上述三家，還包括SGI、惠普、富士通、浪潮、布爾、Sun等。因此，過(guò)去，由于八路服務(wù)器的設(shè)計(jì)和制造困難，售價(jià)往往比普通四路服務(wù)器高出幾倍，技術(shù)也只掌握在少數(shù)幾個(gè)廠商手中，從而限制了八路系統(tǒng)的需求。而隨著至強(qiáng)7500的到來(lái)，預(yù)計(jì)未來(lái)八路與四路的售價(jià)比例的格局會(huì)被打破。
8路Nehalem-EX平臺(tái)，128個(gè)線(xiàn)程，最多128個(gè)DIMM，內(nèi)存容量可達(dá)1TB
值得注意的是，在構(gòu)建八路以上服務(wù)器系統(tǒng)時(shí)，至強(qiáng)7500仍然給服務(wù)器廠商提供了較大的創(chuàng)新空間，各廠商可以根據(jù)自身能力和市場(chǎng)策略來(lái)選擇。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是在架構(gòu)創(chuàng)新方面，可以直接使用QPI來(lái)連接構(gòu)建一個(gè)成本適中的八路系統(tǒng)，也有的廠商使用自己的節(jié)點(diǎn)控制器，用到的協(xié)議和最終效率都會(huì)不同。二是雖然至強(qiáng)7500提供了二三十個(gè)RAS功能，但并不是所有廠商都需要或者有能力去實(shí)現(xiàn)這些功能，比如硬件分區(qū)、CPU熱添加/熱刪除、內(nèi)存板的熱添加/熱刪除，不同廠商會(huì)有各自的考慮。
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Nehalem-EX/至強(qiáng)7500在RAS特性方面能否與RSIC小型機(jī)抗衡?
和雙路平臺(tái)不同，多路平臺(tái)不僅要求更高的性能，也要有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。一直以來(lái)，X86服務(wù)器在同RISC小型機(jī)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，在RAS(Reliability可靠性、Availability 可用性和Serviceability可服務(wù)性)方面往往處于下風(fēng)，這也是一些關(guān)鍵領(lǐng)域的小型機(jī)用戶(hù)遲遲不敢向X86/Linux開(kāi)放平臺(tái)遷移的重要原因之一。
Nehalem-EX的出現(xiàn)，將X86系統(tǒng)的RAS特性提高到了一個(gè)全新的水平，這些技術(shù)多達(dá)22條，集中解決三個(gè)方面的問(wèn)題：一是數(shù)據(jù)保護(hù)，可以診斷哪些數(shù)據(jù)出錯(cuò)，利用CRC、ECC校驗(yàn)來(lái)糾正錯(cuò)誤，如果不能糾正，可以把這些壞的數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離，以保證不影響其他數(shù)據(jù)，避免系統(tǒng)的重啟和宕機(jī)。二是高可用設(shè)計(jì)，包括QPI Link之間的互備和熱切換，內(nèi)存和CPU的熱切換、故障預(yù)警機(jī)制等等，以保證系統(tǒng)的高可用。三是降低系統(tǒng)計(jì)劃內(nèi)的宕機(jī)時(shí)間，包括系統(tǒng)分區(qū)管理技術(shù)、CPU和內(nèi)存的熱添加和熱移除等。
這里特別值得一提的就是，Nehalem-EX增加了原來(lái)只在安騰處理器上才有的MCA(Machine Check Architecture)機(jī)器校驗(yàn)恢復(fù)功能。這個(gè)功能可以在不關(guān)機(jī)的情況下檢查和糾正處理器、內(nèi)存或者IO中的錯(cuò)誤，這對(duì)于虛擬化環(huán)境非常重要。在虛擬化環(huán)境中，要關(guān)機(jī)查找和修復(fù)故障意味著必須遷移所有的虛擬機(jī)，如采用機(jī)器檢查恢復(fù)功能，這個(gè)故障可以隔離，不必遷移所有的虛擬機(jī)。目前，包括微軟Windows Server、Redhat、SuseLinux以及VMware都已經(jīng)支持這一功能。
可以說(shuō)，Nehalem-EX已經(jīng)擁有X86系統(tǒng)里最高級(jí)別的RAS特性，而且與小型機(jī)相比，差距也已經(jīng)不大。但需要注意的是，這些RAS特性的最終實(shí)現(xiàn)需要系統(tǒng)廠商和軟件廠商的支持。目前，在操作系統(tǒng)和虛擬化方面，Novell、Redhat、微軟和VMware都已經(jīng)做好準(zhǔn)備，為至強(qiáng)7500中的高級(jí)RAS特性提供支持，以保證可以將這些功能提供給上層的應(yīng)用軟件使用。另一方面，雖然至強(qiáng)7500提供了20多個(gè)RAS功能，但并不是所有服務(wù)器廠商都需要或者有能力去實(shí)現(xiàn)這些功能，比如硬件分區(qū)、CPU熱添加/熱刪除、內(nèi)存板的熱添加/熱移除，不同廠商會(huì)有各自的考慮。這些都需要用戶(hù)在方案選型時(shí)加以考慮。
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與英特爾的非X86平臺(tái)安騰(Tukwila)系列如何區(qū)隔?
在性能、可靠性和擴(kuò)展性方面，至強(qiáng)7500和安騰都具備在關(guān)鍵業(yè)務(wù)計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)的能力，兩者的關(guān)鍵不同在于客戶(hù)對(duì)操作系統(tǒng)和可用應(yīng)用軟件的選擇，甚至包含對(duì)OEM廠商的選擇。用戶(hù)可以從這三個(gè)方面來(lái)選擇安騰或者至強(qiáng)7500，比如要用HP-UX或者一些大機(jī)操作系統(tǒng)的用戶(hù)，當(dāng)然選安騰，而對(duì)于Windows和LINUX應(yīng)用則推薦至強(qiáng)7500。另外，雖然Nehalem-EX中引入了原來(lái)安騰上才有的MCA功能，但還有一些RAS特性是至強(qiáng)所沒(méi)有的，比如智能鎖步的功能。
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