Sandy_Bridge微架構

**Sandy Bridge**，或簡稱 **SNB**（英特爾官方簡稱）或**沙橋**（中國大陸的網友或玩家一般使用的簡稱），是 Intel 研發的中央處理器微架構之代號，2005 年開始研發，是為 Intel Nehalem 微架構的繼任者。2009 年 Intel 公開展示使用 Sandy Bridge 微架構的處理器樣品，2011 年 1 月正式發布，仍然使用 Intel Core 系列處理器作為首發產品。Sandy Bridge 微架構的處理器均使用 32 奈米平面雙柵極電晶體的製程。依照 Intel 的『Tick-Tock』策略，繼任的 Intel Ivy Bridge 微架構是 Intel Sandy Bridge 微架構的製程改進版。Intel Ivy Bridge 使用 22 奈米 3D 三柵極電晶體製程。2011 年第四季度 Intel 展示使用 Ivy Bridge 微架構的處理器樣品，並宣布於 2012 年中期陸續發布基於 Ivy Bridge 微架構的處理器。

## 技術特點

Intel Sandy Bridge 微架構的研發主要由 Intel 的以色列分公司的研發中心負責，原先 Sandy Bridge 代號為『Gesher』（希伯來語中意為『橋梁』）。後來為避免讓人聯想到以色列已解散政黨『Gesher political party』，遂改為現在的代號名稱。研發計劃組由 Intel 副總裁羅恩・弗里德曼領導並管理。2009 年 9 月在 Intel 開發者論壇上，Intel 展示了使用 Sandy Bridge 微架構的工程樣品處理器，展示的工程樣品處理器為 A1 步進，並運作於 2.0GHz 的時脈頻率上。

### 快取

與 Intel Nehalem 微架構的相近，L1 快取仍為每核心 64KB（32KB 資料快取 + 32KB 指令快取），L2 快取每核心獨占 256KB，內建共享式 L3 快取，最高可達 20MB。

### 多執行緒 / 超執行緒

部分型號的處理器（如 Core i3、Core i7 等）會繼續沿襲超執行緒技術，最高可達 8 核心，16 執行緒。

### 融合顯示核心

在 Intel Nehalem 的製程改進版 Intel Westmere 上分立的顯示晶片和 CPU 晶片的設計，在 Intel Sandy Bridge 上以 GPU 和 CPU 完整融合進一塊晶片上的設計所取代，而且在 Intel Sandy Bridge 上顯示核心將與 CPU 共享 L3 快取，顯示核心官方中文品牌名稱為『核芯顯卡』（僅中國大陸）。行動平台的處理器均採用這種設計，而這種設計在桌面平台僅見於 LGA1155 平台。

### 硬體視訊加速

Intel 在 Sandy Bridge 上新增了 Intel Quick Sync Video（快速視訊同步）技術，支援硬體加速視訊編碼 / 解碼。

### 北橋

延續 Intel Nehalem 的設計，記憶體控制器和 PCI Express 控制器整合於 CPU 核心中，而且在 Sandy Bridge 上，記憶體控制器的效能進一步提升，每個記憶體通道每時鐘週期支援兩次存取操作。

### 總線

仍然使用 QPI/DMI 總線，但處理器內部則改為環形總線（Ring Bus）的形式，單向傳輸位寬為 256 位元。處理器上各核心、GPU、快取、記憶體控制器、PCI Express 控制器以及各種在處理器上的輸出輸入控制器等均以環形總線連接。

### 核心

對分支預測器的設計進一步優化，擴大微碼解碼器快取。電源和效能管理方面 Turbo Boost（渦輪加速 / 睿頻）則升級為 2.0 版本。

### 指令集

提升處理器運算超越函式的效能，優化 AES 加密效能（AES 指令集）和 SHA-1 切細效能；新增 256 位元指令集 AVX 指令集，增強向量運算能力和浮點運算能力。

### 晶片組、處理器插座

Intel 為 Sandy Bridge 微架構的處理器推出了 6 系列消費級晶片組和 C200 系列企業級晶片組。處理器插座也順勢更變：桌上型平台、伺服器平台、工作站平台的為 LGA 1155、LGA 2011、LGA 1356（僅伺服器、工作站平台）；行動平台的為 BGA 1023/Socket G2、BGA 1224 以及 rPGA988B。

## CPUID 和步進

幾乎所有的 Sandy Bridge 微架構的單核、雙核甚至是四核的處理器都使用了同樣為 0206A7h 的 CPUID。這些資訊使得不能由 CPUID 直接識別處理器型號，但仍可以透過 PCI 組態空間來識別。後來極致效能 / 伺服器平台的 Sandy Bridge-E，最高可達八核心十六執行緒，無整合顯示核心的處理器則使用 0206D6h 和 0206D7h 的 CPUID。詳細的資訊如列表所示：

## 效能

* 平均效能表現繼續提升，根據 IXBT Labs 和 Semi Accurate 等眾多媒體的基準測試，每時鐘週期的效能比上代的 Nehalem 微架構高出平均 11.3%，包括 Nehalem 微架構家族之中代號的 Bloomfield、Clarkdale 和 Lynnfield 等一眾處理器。但相比 Intel Nehalem 與 Intel Core 巨大的效能落差，Intel Sandy Bridge 與 Intel Nehalem 的效能落差相對小得多。由於 AMD 的 Bulldozer 微架構遲遲未能推出，加之原來的 K10.5 架構日漸老舊以及 Bulldozer 微架構推出後其效能表現不佳，使 Intel Sandy Bridge 的高階型號的處理器在 x86 處理器領域幾近毫無對手，開始了 Intel 獨霸的黃金十年（但是相對於整個處理器領域，目前仍落後於不少大型精簡指令集體系的處理器，如 IBM POWER 7）。
* 整合的顯示核心升格為 Intel HD Graphics 2000/3000，執行單元為 6 個和 12 個，但其效能表現相比 Intel Westmere 的 Intel HD Graphics 1000 相比幾近翻倍，但仍不及 AMD Fusion 整合的 Radeon HD 6550D/6530D 等整合顯示核心。

## 處理器列表

## 晶片組缺陷

2011 年 1 月 31 日，Intel 突然發布關於 6 系列晶片組的召回通知，原因是 PCH 晶片組上 SATA 控制器的瑕疵。

這個 SATA 控制器的問題，在於其 SATA 3Gbps 連接埠會隨時發生故障而使主機板失去與硬碟機等裝置的連線，儘管不會造成資料丟失等嚴重後果，而且 SATA 6Gbps 連接埠並沒有這個問題。Intel 認為這個瑕疵僅會使 5% 的使用者在使用 3 年後才會出現問題，但儘管如此，重度輸出輸入負載會使這個問題更早暴露出來。

出現該問題的 6 系列晶片組批次屬於正式發售的 B2 步進版本，原來的工程樣品並沒有發現該問題的存在。Intel 事後也迅速停止了 B2 步進版本的 6 系列晶片組的生產，改為生產經過電路修正後的 B3 步進的 6 系列晶片組。對主機板廠商和 OEM 主機廠商，對於已出貨的 B2 步進批次，Intel 給予採購廠商有償退換 B3 步進批次的產品，召回和退換行動由 2011 年 2 月 14 日開始，截止至 2011 年 4 月，在 Intel 確認已回收完所有 B2 步進批次的 6 系列晶片組以後。在銷售終端方面，主機板廠商（例如華碩、技嘉等廠商）以及 OEM 品牌主機廠商（如 DELL、HP 等）則停止銷售並回收在架的產品，由於 Intel 的召回行動並沒有針對消費者，所以這些廠商有的自身出資為使用者更換問題主機板，有的則對問題主機板使用者提供技術支援（但可以選擇自行與廠商聯繫更換）等。

由於晶片組的瑕疵，使得日後 Sandy Bridge 微架構處理器的銷售受到了一定影響，畢竟要使用 Sandy Bridge 微架構處理器必須使用 6 系列 / 7 系列（2011 年第四季度推出）的晶片組，對於 Nehalem 微架構的 5 系列晶片組 Intel 則不予支援。儘管如此，新架構處理器的發布照常進行，並沒有受到影響。問題被公佈以後的兩個星期，一些問題晶片組仍有少量出貨，但主機板廠商卻要接受 Intel 的一系列條款，保證沒有使用者遇到晶片組出現問題的情況出現。

## 限制

### 超頻

Intel 從 Sandy Bridge 微架構開始，處理器與 PCH 晶片組、晶片組與各系統總線之間統一使用 DMI 總線連接，而且還把系統總線（包括 USB、SATA、PCI、PCI-E、CPU 核心外頻、記憶體控制器等）的時脈頻率統一由 PCH 晶片組內建的時脈頻率發生器（DMICLK）產生，基準為 100MHz，不再外加時脈頻率發生器 CK505 External。在處理器的倍頻被鎖定的情況下，提升時脈頻率只能通過提升基準時脈頻率，在 Sandy Bridge 微架構上，由於一改變基準時脈頻率（DMI 總線時脈頻率）就會連帶改變所有系統總線的時脈頻率，而部分系統總線（如 SATA、PCI-E）並不能承受更高的時脈頻率，致使基準時脈頻率的提升空間被大大限制（僅能提升 5% 至 7%），儘管 DDR3 系統記憶體的時脈頻率倍率沒有限制。為照顧超頻使用者，Intel 也順勢推出了不鎖倍頻的 K/X 系列處理器，允許使用者可以調整出超過 Turbo Boost 最大倍頻的倍頻值，但最高倍頻仍限制在 57x。而在 Sandy Bridge-E 平台，限制相對放寬，Intel 在 BIOS/EFI 中提供了幾個基準頻率的值以供使用者選擇。

在 2010 年的 IDF 上，Intel 曾展示了一塊未知型號的基於 Sandy Bridge 微架構的處理器，在風冷情況下穩定運作在 4.9GHz 上。

### 晶片組

在 6 系列晶片組中，全線均採用 LGA1155 之處理器插座。H6X 系列型號的 H61 晶片組不支援 RAID，H67 和 H61 不支援超頻（即使是不鎖倍頻的 K 系列處理器），但支援核芯顯示卡顯示輸出；而 P6X 系列不支援核芯顯示卡的顯示輸出；只有 Z68 支援超頻。

2012 年中期推出的 7 系列全系列晶片組，除了供 Intel Ivy Bridge 使用以外，還可與 Intel Sandy Bridge 相容，其中的 Z7X 型號的晶片組支援超頻。而 2011 年後期發布的供 Sandy Bridge-E 處理器使用的 X79 晶片組，採用 LGA2011 插座，無顯示輸出支援。

## 繼任微架構

Intel 依照 Tick-Tock 策略，於 2012 年發布 Sandy Bridge 微架構的製程改進版 Ivy Bridge；而 2013 年 Intel 將會發布全新的 Haswell 微架構，取代現行的 Sandy Bridge 以及 Ivy Bridge。

## 參見

* x86
* x86-64
* Intel P5
* Intel P6
* Intel NetBurst
* Intel Core
* Intel Nehalem
* Intel Westmere
* Intel Ivy Bridge
* Intel Haswell
* AMD Fusion
* AMD Bulldozer

## 參考資料

## 外部連結

* Intel's AVX page
* Marco Chiappetta. Intel Core i7-2600K and i5-2500K Processors Debut. HotHardware.com. 2011-01-02 [2011-01-02]. （原始內容存檔於 2011-01-06）.
* David Kanter. Intel's Sandy Bridge Microarchitecture. realworldtech.com. 2010-09-25 [2010-12-16]. （原始內容存檔於 2010-12-03）.
* David Kanter. Intel's Sandy Bridge Graphics Architecture. realworldtech.com. 2011-08-08 [2011-11-04]. （原始內容存檔於 2011-11-19）.
* Gabriel Torres. Inside the Intel Sandy Bridge Microarchitecture. hardwaresecrets.com. 2010-12-30 [2011-01-16]. （原始內容存檔於 2011-09-28）.
* Andrew Van Til. Intel Sandy Bridge: Core i5-2500K and DH67BL Motherboard. www.missingremote.com. 2011-01-03 [2011-01-03]. （原始內容存檔於 2011-01-04）.
* SNB 系列第八彈，Sandy Bridge 處理器同步評測（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）