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【卖萌科普】CPU总线进化 - 知乎 #216

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CPU 到现在发展已经经过了 40 个年头,而牙膏厂也在今年推出了 8086K 牙膏厂 40 周年 cpu 纪念版,用来纪念第一颗 8086CPU。而 CPU 总线也经历了好多代的更迭,以牙膏厂为例,CPU 的总线从 FSB 进化到 QPI,而 AMD 则是 FSB 进化为 HT LINK,一直到现在的 GMI 总线。那么今天就让我们来看看这些总线吧。

1:FSB(Front side bus)

熟悉电脑的老朋友都知道,老的主板是分南北桥的。而 CPU 想要和内存通信的话,就要通过北桥来进行,即 CPU - 北桥 - 内存。而这个通信总线就是 FSB。在早期的时候,CPU 的外频和 FSB 的频率保持同步。即外频频率 = FSB 频率,举例赛扬 300A 的外频为 66MHz,那么它的 FSB 频率也是 66MHz。而到了奔腾 4 时代,FSB 总线速度已经无法满足 CPU 的带宽需求,于是牙膏厂引入了 Quad Pumped Bus 技术,让 FSB 在一个周期内可以传输四倍的数据。这就是我们最熟悉的计算方式了:FSB 频率 = 外频频率 x4,比如 333MHz 的外频的 CPU,其 FSB 频率为 1333MHz。大大扩展了 CPU 与北桥的传输速度。而 FSB 早期不仅仅用于 CPU 和北桥通信,牙膏厂早期的胶水双核也是通过 FSB 总线来进行数据交换的。因为牙膏厂只是简单的把两个 die 封装到了一个 chip 上,所以 CPU 之间想要通信必须经过北桥来进行。早期的 AMD 也是使用 FSB 总线。

2:HT LINK

这是 AMD 在 K8 处理器上首次提出的总线结构,也叫 HyperTransport。AMD 提出的最早时间是 1999 年,后来这个阵营里有 NV,ATI,IBM 等大佬支持。HT 总线技术对外开放,而改进则由联盟内的大佬进行。而 HT 总线具有恐怖的传输速率。最早的 1.0 版本推出时间是 2001 年,它的双向传输速率最大就达到了 12.8GB/s,虽然 AMD 用的单路 16 位远远没有达到这个速度。而同时期的牙膏厂还在使用 FSB 总线,533MHz 下只有 4.3GB/s 的传输带宽。而 HT 总线有多个版本,最后的 HT3.1 总线发布于 2008 年,最大带宽为 51.2GB/s。这个数据即便放到今天也是很可怕的。而 HT 总线同样不仅仅用于和内存通信,AMD 的多路 CPU 之间也在使用,而思科更是把 HT 总线丢到了路由器和交换机上,大大提升了交换机的多路传输性能,而 AMD 也是最早把内存控制器集成在 CPU 内的厂家。

3:QPI LINK

QPI 的全称是快速通道互联,其实 QPI 总线在早期已经用于安腾以及至强平台上,用于取代老旧的 FSB。而下放到桌面级则是从第一代 Nehalem 处理器上。一直到今天我们用的 8700K,全部是基于 QPI 总线来进行通信。和 HT LINK 一样,QPI 总线一样是点对点通信,用于 CPU,北桥,南桥之间的点对点连接。而它的速度也已经远远超越了 FSB 总线,以末代的 1600MHz 的 FSB 为例,它的传输速度为 12.8GB/s,而初版的 QPI 总线就达到了 25.6GB/s,相比上一代直接翻了一倍,而到了 SNB 上,内置 CPU 内存控制器的总线依旧是由 QPI 总线衍生而来,只不过由于是环形总线,不仅大大提升了速度,也保持了缓存的一致性。而和南桥之间的通信一直用的都是 DMI 总线。

4:Infinity Fabric

其实第一次听说这个新总线的时候,新闻上把它叫做 GMI 总线,而正式定名则是在 AMD 的 ZEN 处理器发布的 PPT 上,命名为 Infinity Fabric,而我们更多的时候叫它 CCX 总线。其实 Infinity Fabric 并不是什么深奥的东西,它由 HT 总线衍生而来,但是相比 HT 总线技术对外开放,Infinity Fabric 总线则是 AMD 的专利技术,你想用,先交授权费。Infinity Fabric 可以说是 AMD 这个时代的基石,它的传速速率从 30GB/s 到 512GB/s,并且不和 HT 总线兼容。Infinity Fabric 分为 SCF 和 SDF。SDF 负责数据传输,而 SCF 则负责控制传输命令。SDF 部分就是 HT 总线衍生的产物了。而 Infinity Fabric 和 HT 总线一样,也不仅仅限制于 CPU 上进行使用,包括 CPU,GPU,APU 这些都可以使用,只不过它们的 SDF 层是不一样的。不过在最新的 APU 上,CPU 和 GPU 之间仍旧使用的 PCI-E 总线互联,并没有见到 CCX 总线,也许这一代 APU 仅仅只是 AMD 赶工的产物,希望下一代可以看到完全体的 APU。

不得不说,随着计算机的发展,计算机的总线技术也在不断进化。从陈旧的 FSB 到 HT,QPI 这些高速总线,未来我们又能看到怎样的怪兽总线呢?毕竟相比 AMD 的 Infinity Fabric,QPI 的速度确实有点没法看了,不过真要进行总线的更换迭代也只能等新架构了。期待明年 AMD 和 intel 能给我们新的惊喜。

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