Sandy Bridge微架构

Sandy Bridge，或简称SNB（英特尔官方简称）或沙桥（中国大陆的网友或玩家一般使用的简称），是Intel研发的中央处理器微架构之代号，2005年开始研发，是为Intel Nehalem微架构的继任者。2009年Intel公开展示使用Sandy Bridge微架构的处理器样品，2011年1月正式发布，仍然使用Intel Core系列处理器作为首发产品。Sandy Bridge微架构的处理器均使用32纳米平面双栅极晶体管的制程。依照Intel的‘Tick-Tock’策略，继任的Intel Ivy Bridge微架构是Intel Sandy Bridge微架构的制程改进版。Intel Ivy Bridge使用22纳米3D三栅极晶体管制程。2011年第四季度Intel展示使用Ivy Bridge微架构的处理器样品，并宣布于2012年中期陆续发布基于Ivy Bridge微架构的处理器。

## 技术特点

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Intel Sandy Bridge微架构的研发主要由Intel的以色列分公司的研发中心负责，原先Sandy Bridge代号为‘Gesher’（希伯来语中意为‘桥梁’）。后来为避免让人联想到以色列已解散政党‘Gesher political party’，遂改为现在的代号名称。研发计划组由Intel副总裁罗恩·弗里德曼领导并管理。2009年9月在Intel开发者论坛上，Intel展示了使用Sandy Bridge微架构的工程样品处理器，展示的工程样品处理器为A1步进，并运作于2.0GHz的时钟频率上。

### 快取

与Intel Nehalem微架构的相近，L1快取仍为每核心64KB（32KB资料快取+32KB指令快取），L2快取每核心独占256KB，内建共用式L3快取，最高可达20MB。

### 多执行绪/超执行绪

部分型号的处理器（如Core i3、Core i7等）会继续沿袭超执行绪技术，最高可达8核心，16执行绪。

### 融合显示核心

在Intel Nehalem的制程改进版Intel Westmere上分立的显示芯片和CPU芯片的设计，在Intel Sandy Bridge上以GPU和CPU完整融合进一块芯片上的设计所取代，而且在Intel Sandy Bridge上显示核心将与CPU共用L3快取，显示核心官方中文品牌名称为‘核芯显卡’（仅中国大陆）。流动平台的处理器均采用这种设计，而这种设计在桌面平台仅见于LGA1155平台。

### 硬件视讯加速

Intel在Sandy Bridge上新增了Intel Quick Sync Video（快速视讯同步）技术，支援硬件加速视讯编码/解码。

### 北桥

延续Intel Nehalem的设计，内存控制器和PCI Express控制器整合于CPU核心中，而且在Sandy Bridge上，内存控制器的效能进一步提升，每个内存通道每时钟周期支援两次存取操作。

### 总线

仍然使用QPI/DMI总线，但处理器内部则改为环形总线（Ring Bus）的形式，单向传输位宽为256位元。处理器上各核心、GPU、快取、内存控制器、PCI Express控制器以及各种在处理器上的输出输入控制器等均以环形总线连接。

### 核心

对分支预测器的设计进一步优化，扩大微码解码器快取。电源和效能管理方面Turbo Boost（涡轮加速/睿频）则升级为2.0版本。

### 指令集

提升处理器运算超越函数的效能，优化AES加密效能（AES指令集）和SHA-1切细效能；新增256位元指令集AVX指令集，增强矢量运算能力和浮点运算能力。

### 芯片组、处理器插座

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Intel为Sandy Bridge微架构的处理器推出了6系列消费级芯片组和C200系列企业级芯片组。处理器插座也顺势更变：桌上型平台、服务器平台、工作站平台的为LGA 1155、LGA 2011、LGA 1356（仅服务器、工作站平台）；行动平台的为BGA 1023/Socket G2、BGA 1224以及rPGA988B。

## CPUID和步进

几乎所有的Sandy Bridge微架构的单核、双核甚至是四核的处理器都使用了同样为 0206A7h 的CPUID。这些资讯使得不能由CPUID直接识别处理器型号，但仍可以透过PCI配置空间来识别。后来极致效能/服务器平台的Sandy Bridge-E，最高可达八核心十六执行绪，无整合显示核心的处理器则使用 0206D6h 和 0206D7h 的CPUID。详细的资讯如列表所示：

核心代号｜CPUID｜步进｜处理器插座｜芯片面积｜晶体管数量｜最大核心数量｜最大显示核心执行单元数量｜最大L3快取容量

Sandy Bridge-HE-4｜0206A7h｜D2｜LGA 1155, rPGA988B, BGA-1224, BGA-1023｜216 mm²｜11.6亿｜4｜12｜8 MB

Sandy Bridge-H-2｜J1｜LGA 1155, rPGA988B, BGA-1023｜149 mm²｜6.24亿｜2｜4 MB

Sandy Bridge-M-2｜Q0｜131 mm²｜5.04亿｜6｜3 MB

Sandy Bridge-EP-8｜0206D6h｜C1｜LGA 2011｜435 mm²｜22.7亿｜8｜0（无整合显示核心）｜20 MB

0206D7h｜C2

Sandy Bridge-EP-4｜0206D6h｜M0｜LGA 2011｜294 mm²｜12.7亿｜4｜0（无整合显示核心）｜10 MB

0206D7h｜M1

## 效能

- 平均效能表现继续提升，根据IXBT Labs和Semi Accurate等众多媒体的基准测试，每时钟周期的效能比上代的Nehalem微架构高出平均11.3%，包括Nehalem微架构家族之中代号的Bloomfield、Clarkdale和Lynnfield等一众处理器。但相比Intel Nehalem与Intel Core巨大的效能落差，Intel Sandy Bridge与Intel Nehalem的效能落差相对小得多。由于AMD的Bulldozer微架构迟迟未能推出，加之原来的K10.5架构日渐老旧以及Bulldozer微架构推出后其效能表现不佳，使Intel Sandy Bridge的高阶型号的处理器在x86处理器领域几近毫无对手，开始了Intel独霸的黄金十年（但是相对于整个处理器领域，目前仍落后于不少大型精简指令集体系的处理器，如 IBM POWER 7）。
- 整合的显示核心升格为Intel HD Graphics 2000/3000，执行单元为6个和12个，但其效能表现相比Intel Westmere的Intel HD Graphics 1000相比几近翻倍，但仍不及AMD Fusion整合的Radeon HD 6550D/6530D等整合显示核心。

## 芯片组缺陷

2011年1月31日，Intel突然发布关于6系列芯片组的召回通知，原因是PCH芯片组上SATA控制器的瑕疵。

这个SATA控制器的问题，在于其SATA 3Gbps连接埠会随时发生故障而使主板失去与硬盘机等设备的连线，尽管不会造成资料丢失等严重后果，而且SATA 6Gbps连接埠并没有这个问题。Intel认为这个瑕疵仅会使5%的使用者在使用3年后才会出现问题，但尽管如此，重度输出输入负载会使这个问题更早暴露出来。

出现该问题的6系列芯片组批次属于正式发售的B2步进版本，原来的工程样品并没有发现该问题的存在。Intel事后也迅速停止了B2步进版本的6系列芯片组的生产，改为生产经过电路修正后的B3步进的6系列芯片组。对主板厂商和OEM主机厂商，对于已出货的B2步进批次，Intel给予采购厂商有偿退换B3步进批次的产品，召回和退换行动由2011年2月14日开始，截止至2011年4月，在Intel确认已回收完所有B2步进批次的6系列芯片组以后。在销售终端方面，主板厂商（例如华硕、技嘉等厂商）以及OEM品牌主机厂商（如DELL、HP等）则停止销售并回收在架的产品，由于Intel的召回行动并没有针对消费者，所以这些厂商有的自身出资为使用者更换问题主板，有的则对问题主板使用者提供技术支援（但可以选择自行与厂商联系更换）等。

由于芯片组的瑕疵，使得日后Sandy Bridge微架构处理器的销售受到了一定影响，毕竟要使用Sandy Bridge微架构处理器必须使用6系列/7系列（2011年第四季度推出）的芯片组，对于Nehalem微架构的5系列芯片组Intel则不予支援。尽管如此，新架构处理器的发布照常进行，并没有受到影响。问题被公布以后的两个星期，一些问题芯片组仍有少量出货，但主板厂商却要接受Intel的一系列条款，保证没有使用者遇到芯片组出现问题的情况出现。

## 限制

### 超频

Intel从Sandy Bridge微架构开始，处理器与PCH芯片组、芯片组与各系统总线之间统一使用DMI总线连接，而且还把系统总线（包括USB、SATA、PCI、PCI-E、CPU核心外频、内存控制器等）的时钟频率统一由PCH芯片组内建的时钟频率发生器（DMICLK）产生，基准为100MHz，不再外加时钟频率发生器CK505 External。在处理器的倍频被锁定的情况下，提升时钟频率只能通过提升基准时钟频率，在Sandy Bridge微架构上，由于一改变基准时钟频率（DMI总线时钟频率）就会连带改变所有系统总线的时钟频率，而部分系统总线（如SATA、PCI-E）并不能承受更高的时钟频率，致使基准时钟频率的提升空间被大大限制（仅能提升5%至7%），尽管DDR3系统内存的时钟频率倍率没有限制。为照顾超频使用者，Intel也顺势推出了不锁倍频的K/X系列处理器，允许使用者可以调整出超过Turbo Boost最大倍频的倍频值，但最高倍频仍限制在57x。而在Sandy Bridge-E平台，限制相对放宽，Intel在BIOS/EFI中提供了几个基准频率的值以供使用者选择。

在2010年的IDF上，Intel曾展示了一块未知型号的基于Sandy Bridge微架构的处理器，在风冷情况下稳定运作在4.9GHz上。

### 芯片组

在6系列芯片组中，全线均采用LGA1155之处理器插座。H6X系列型号的H61芯片组不支援RAID，H67和H61不支援超频（即使是不锁倍频的K系列处理器），但支援核芯显卡显示输出；而P6X系列不支援核芯显卡的显示输出；只有Z68支援超频。

2012年中期推出的7系列全系列芯片组，除了供Intel Ivy Bridge使用以外，还可与Intel Sandy Bridge相容，其中的Z7X型号的芯片组支援超频。而2011年后期发布的供Sandy Bridge-E处理器使用的X79芯片组，采用LGA2011插座，无显示输出支援。

## 继任微架构

Intel依照Tick-Tock策略，于2012年发布Sandy Bridge微架构的制程改进版Ivy Bridge；而2013年Intel将会发布全新的Haswell微架构，取代现行的Sandy Bridge以及Ivy Bridge。

## 外部链接

- Intel's AVX page
- SNB系列第八弹，Sandy Bridge处理器同步评测

## 基本资料

- 日语原文：Sandy Bridge
- manuf1：Intel
- 应用平台：服务器、工作站、台式电脑、笔记型电脑、超级计算机
- 设计团队：Intel
- 产品化：2011年
- 产品化：现今
- 指令集架构：MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3、SSE4.1、SSE4.2、x86、x86-64、EM64T、EIST、XD bit、AES、AVX、Intel-VT
- 一级快取：64KB（每核心）
- 二级快取：256KB（每核心）
- 三级快取：1MB～20MB（各核心共享）
- 制作工艺/制程：32nm
- 继任：Ivy Bridge
- 前任：Westmere
- sock1：LGA 2011/Socket R（桌面平台、服务器平台）
- sock2：LGA 1155/Socket H2（桌面平台、服务器平台）
- sock3：LGA 1356/Socket B2（服务器平台）
- sock4：BGA 1023/Socket G2（流动平台）
- sock5：BGA 1224/Socket G2（流动平台）
- sock6：rPGA988B（流动平台）
- pack1：LGA（桌面平台、服务器平台）
- pack2：BGA（流动平台）
- pack3：PGA（流动平台）
- 品牌：Intel Core
- 品牌：Intel Pentium
- 品牌：Intel Celeron
- 品牌：Intel Xeon
- core1：Sandy Bridge
- core2：Sandy Bridge-E
- core3：Sandy Bridge-EN
- core4：Sandy Bridge-EP
- core5：Sandy Bridge-H
- core6：Sandy Bridge-HE
- core7：Sandy Bridge-M
- CPU主频范围：3.6
- QPI速率：4.8
- QPI速率：GT/s
- QPI速率：8.0
- DMI速率：2.5
- DMI速率：GT/s
- DMI速率：5.0
- 核心数量：1 个至 8 个