Sandy Bridge微架构

SANDy Bridge 微架构是英特尔开发的一种微架构，基于它的第一个模型于 2011 年 1 月推出。 “Sandy Bridge”部分基于之前的架构“Core”和“Westmere”，一些元素仍然来自 Netburst 架构。 英特尔自己将 Sandy Bridge 处理器称为“第二代英特尔酷睿处理器”，将 Ivy Bridge 处理器称为“第三代英特尔酷睿处理器”。

Sandy Bridge 架构最初是在代号“Gesher”下开发的，并在 2006 年英特尔开发者论坛上首次亮相。 随后在 IDF 2007 上将名称更改为“Sandy Bridge”。

Sandy Bridge 架构由发布 Core 架构的同一个开发团队开发。 与来自另一个开发团队的 Nehalem 架构相比，流水线再次缩短，而在 Nehalem 架构中，它从 14 个流水线阶段增加到 16 个流水线阶段。

由于图形处理器（GPU）等元器件的进一步集成以及四核以上的架构设计，Intel将架构模块化构建，告别了连接末级缓存的经典crossbar . 相反，缓存通过内部环形总线连接到内核、内存控制器和 GPU。 这个环形总线由四个链路组成：一个256位的数据环、一个“请求环”、一个“确认环”和一个探听环。 环形总线在缓存上方运行，不占用任何额外的管芯面积。 对于主频为 3 GHz 的处理器，英特尔将每个连接的带宽指定为理论上的 96 GB/s。

最重要的架构变化之一是 SSE4 指令集扩展的后续版本：AVX（高级矢量扩展）。 SSE4 在 128 位宽的寄存器上计算，而 AVX 需要 256 位宽的寄存器。 由于寄存器的宽度是原来的两倍，现在最多可以将八个浮点数或整数操作数组合到一个向量中，然后可以对该向量执行正常的算术或逻辑运算。

由于引入了 256 位指令，英特尔重新引入了从 Netburst 架构中得知的“物理寄存器文件”(PRF)。 虽然操作数始终与 Core 和 Nehalem 架构一起携带，因此需要额外的缓冲区，而这些缓冲区必须使用大型 256 位指令进一步扩大，但这些额外的缓冲区可以通过 PRF 省去，因为现在有了PFR指针（指针变量）可以到达这些操作数。

256 位指令通过连接浮点和 SIMD 整数流水线来处理，这是使用额外的晶体管实现的，并且一些功能已在流水线之间交换。 这种方法避免了将流水线从 128 位寄存器扩大到 256 位寄存器，但可能的吞吐量也较小。 此外，新实现不支持带有 256 位指令的融合乘加 (FMA)。

所谓的“Dynamic Turbomode”已成为一项进一步的创新。 除了 Nehalem/Westmere 架构已知的功能外，如果处理器之前处于空闲状态，Sandy Bridge 处理器内核还可以将其时钟速率短暂地提高到超过 TDP，因此可以在短时间内承受更高的负载。 然后，处理器在连续负载下将自身调节回规定的 TDP。

虽然 Westmere 架构的移动分支“Arrandale”中的图形单元在特殊情况下使用驱动程序超频，但英特尔现在在 Sandy Bridge 中将 GPU 包含在基于硬件的 Turbo 模式中。 与 Nehalem/Westmere 架构一样，安装了一个“电源控制单元”，即监测和控制能量流的微控制器。 带有高速缓存的内核、图形单元和集成北桥（内存和 PCIe 控制器，DMI）分别连接到自己的电源，可以动态调节以适应工作负载。

部分 Sandy Bridge 型号首次提供英特尔快速同步视频功能（基于硬件的视频编码和解码支持）。 “快速同步”可以将 DVD 视频快速转换为智能手机视频格式。

运行 Sandy Bridge 处理器需要 Intel 6 系列的 Cougar Point 芯片组。 2011年1月末，这款B2-Stepping 发现了一个硬件错误，导致生产停止并最初被英特尔召回。 同时，芯片组的生产切换到无错误的 B3 步进版本。 英特尔后来决定将 B2 中的芯片组转售给 OEM，因为只有四个 SATA 3 Gb/s 端口受到问题的影响，而在使用其余两个 SATA 6 Gb/s 端口时不会出现问题。 这样的主板可以用于笔记本电脑和完整的系统，其中系统中只安装了两个驱动器。 此外，可以使用额外的芯片实现额外的 SATA 6 Gb/s 端口。

Ivy Bridge 于 2012 年 4 月 23 日推出。 基于 Ivy Bridge 的处理器采用 22 nm 制造工艺制造，不再对应于迄今为止惯用的平面技术，而是使用所谓的多栅极场效应晶体管。 然而，它在很大程度上保持相同的 Sandy Bridge 架构，至少就处理器内核而言是这样，因为那里只进行了详细的优化。 另一方面，集成显卡首次支持 DirectX 11、OpenGL 3.1和 OpenCL。 此外，它的功能明显更强大，并拥有自己的 L3 缓存。

Ivy Bridge 处理器基本兼容 Sandy Bridge 处理器的 Intel 6 系列芯片组。 借助 Ivy Bridge，英特尔还推出了具有 USB 3.0 接口等附加功能的全新英特尔 7 系列芯片组。 在 BIOS 更新后，Ivy Bridge 一代的处理器可以安装在许多主板上，这些主板具有最初为 Sandy Bridge 开发的芯片组，因为它们具有相同的插槽。 Ivy Bridge 系列处理器需要使用 PCI Express 3.0，因为只有 Ivy Bridge 处理器具有必要的控制器。