英特尔至强E5 v2:22nm制程带来的改变

    早在2007年英特尔正式提出Tick-Tock芯片设计制造业务的战略模式，即每一次处理器微架构的更新和每一次芯片制程的更新遵循“Tick-Tock”规律。对于至强系列处理器而言，遵循“Tick-Tock”规律，09年发布代号“Nehalem-EP”的至强5500处理器可以说是一个战略重点，该处理器首度集成内容控制器、全新QPI总线架构以及超线程等一系列全新技术。

    而在此后的产品更替换代中，英特尔陆续发布了至强5600和至强E5-2600、2400产品，而最新一代至强E5新产品：英特尔至强E5-2600 v2也在今年9月份正式登台亮相。而英特尔将至强E5-2600 v2产品家族（代号为"Ivy Bridge-EP"）定位在重新定义数据中心的服务器、存储与网络基础设施上，宣称较前代提升45%电源、使用效率及最高50%的性能。

相比较上一代至强E5-2600产品的变化

    新处理器代号为Ivy Bridge-EP，采用22纳米制程，共推出18款型号，最多内建12个核心，适用于高密度运算应用，每颗处理器报价从202到2614美元；英特尔还推出三款用于工作站的单插槽Xeon E5-1600，从294美元到1080美元。

E5-2600 v2系列处理器

    就产品而言，英特尔至强E5-2600 v2产品家族22nm工艺制造可以说是一个提升，比上代SNB-EP架构E5-2600性能提升最多50％，能效改进最多45％，并支持数据保护等高级安全技术。Intel还宣称该系列处理器在企业计算、虚拟化、能效、Web、技术计算、数据库等方面提供全面的创新价值。

    据了解，对于Ivy Bridge-EP架构的主要参数变化来说，最主要就是核心数从8核16线程提升到12核24线程，内存频率也从DDR3-1600提升到了DDR3-1866，三级缓存也从20MB提升到30MB，在22nm制造工艺下处理器的TDP依然维持在原有水平上。之前在《意外曝光！英特尔Ivy Bridge处理器揭秘》详细探讨过，这里更多是从技术改变方面进行进一步解析。

　　每一次“Tock”代表着在上一次“Tick”的芯片制程的基础上，更新微处理器架构提升性能。Ivy Bridge属于英特尔Tick-Tock战略中的Tick+，相比Sandy Bridge其制程工艺提升至22nm，而且架构也得到进一步优化。考虑到制程的提升，因此在单线程性能方面的提升幅度并不会很大，内核在IPC方面的提升还是较为有限。

Romley EP平台的特点

　　IVB提升还是较为有限，根据英特尔官方的性能提升数据，至强E5-2600 V2与前一代产品相比，能效提高多达45%，能够快速运行多种计算密集型工作负载，最高可将性能提升50%。

    对于产品技术方面，之前的32nm Sandy Bridge就实现了处理器、图形核心、视频引擎的单芯片封装，其中图形核心拥有最多12个执行单元，支持DX10.1、OpenGL 2.1。而22nm Ivy Bridge将执行单元的数量翻一番，达到最多24个，自然会带来性能上变化。

Ivy Bridge-EP与Sandy Bridge-EP对比

　　新一代的Ivy Bridge-EP提供了更多的核心，有4-12个多种偶数核心规格供选择。而在最多的12核心处理器中，我们可以看到几个明显的特点：更多的环形总线、双内存控制器和更大的L3缓存。

　　10-12核心处理器上看到3条环形总线、2个三级缓存和2个内存控制器。增加了更多的缓存和内存控制器，英特尔让每个核心到达缓存的距离一致，降低延迟。而在环形总线方面，通过一条巨大的总线实现了所有核心部件之间的连接，这主要是实现核心之间通信的便捷。

　　尽管内核架构带来的性能提升有限，但并不意味E5-2600 V2在E5-2600基础上的性能提升不显著。大部分提升当然主要来自P1270处理器：22nm的3D立体晶体管技术（取代32nm平面晶体管技术）。具体的性能提升可以参考如下示意图：

SNB和IVB的能耗、性能对比

　　从以上可以看出，IVB至强能提升25%的性能，同时消耗的能耗也更低。另一方面，P1270处理器支持英特尔采用更多内核和更高主频。这些可以体现在高端至强E5-2600平台上。比如上一代的高配版至强E5-2680，主频高达2.7GHz，TDP为130W，但同样主频的至强E5-2697 V2在同样TDP的情况下，其内核多4个。

　　虚拟化性能有效改善

　　随着x86服务器成为云计算基础设施部署的主要产品，其中虚拟化技术是对新一代x86产品最重要的考验。每一代新至强芯片都会减少虚拟机的进入(VMentry)和退出 (VMexit)操作周期，但还有一种降低硬件虚拟化资源代价的方法就是尽量避免VMexits。客户OS需要检查中断享有优先权，并通过检查APIC Task Priority Register（TPR）来实现。

APIC.TPR虚拟化

　　早在08年时英特尔就在至强7400上引入了一种外部中断的优化方案，它主要是借助英特尔的VT FlexPriority来实现。通过确认虚拟化APIC TPR推出虚拟备份，客户OS无需VMexit即可读取寄存器。

APICv技术

　　Ivy Bridge内核通过“内部”中断可以减少VMexits。虚拟化处理器需要访问APIC寄存器，而寄存器是要求VMexit的。解决出路是APICv，新的至强处理器通过微代码可以被客户OS读取到，而无需VMexit。与此相关的，Sandy Bridge引入了对更大页面VT-d的支持，但实际上仍然会分成4KB的页面大小。Ivy Bridge在VT-d中完全能够支持大页面。

　　在虚拟化特性上，至强E5-2600 v2对服务器虚拟化的CPU占有率更少，性能方面接近于物理性能。此外，至强E5-2600 v2还对一些特殊的应用做了优化，比如在高性能计算方面和至强Phi之间更好的结合和应用，新扩展的指令集对于高性能计算相关的应用也特别有帮助。

　　另外一个很重要的改进是“FS和GS基址寄存器快速访问”，寄存器在当代的64位OS寻址系统中不需要使用（除了二进制VMM）这一点已经令我们印象颇受，但对于大批量线程的服务器工作负载的“关键优化”的承诺，使得至强E5-2600 V2更具诱惑。

　　对于PCI-E方面扩展支持方面，不但延续支持PCI-E 2.0 x4，还会迎来新一代的PCI-E 3.0标准规范，而且是完整的全速x16，因此独立显卡方面可搭配单路PCI-E 3.0 x16或者双路PCI-E 3.0 x8。

　　在技术特性上，Ivy Bridge变化并不十分明显，之前vPro商业管理、Turbo Boost智能加速(动态频率)、Hyper-Threading超线程、AVX 1.0和AES指令集统统继承下来，只是主动管理技术会升级到AMT 8.0，并加入一些新的AES指令。

Ivy Bridge处理器

　　Ivy Bridge处理器延续了DMI+FDI总线设计，这也让Ivy Bridge可以良好的兼容Sandy Bridge平台。代号方面之前有人说2013年的22nm Haswell后边是应该是Rockwell，按惯例架构不变、工艺升级。其实真正迈入后20nm时代将是“Broadwell”，再往后工艺不变、架构革新的将是“SkyLake”。

　　更为先进的制造工艺，让Intel Ivy Bridge拥有更为强劲的性能。根据测试表明Ivy Bridge相对于Sandy Bridge同频性能能够提升10%左右。其次，Ivy Bridge带来了更加强悍的内存控制器。

可配置的TDP和低功耗模式

　　不过，制造工艺的提升将会缩小CPU的核心面积，这也就缩小了CPU核心与顶盖之间的接触面积，CPU温度控制反而不如现在的SNB了。但IVB通过电源管理方面的改进，比如DDR I/O嵌入式电源门控，可在深度休眠状态完全关闭，可配置的TDP和低功耗模式。

　　可配置TDP(热设计功耗)将是Ivy Bridge的一大特色，能让同一颗处理器拥有多个不同的TDP，针对不同业务应用性能进行功耗的调整，并且会根据运行时触发器进行动态转换，从而提供更大的性能/功耗选择空间。

   为存储提供技术改进

　　英特尔至强处理器E5-2600 v2产品家族还被设计用于支持高性价比的、可扩展的、分布式的和软件定义的存储。至强E5-2600 v2的变化明显体现在：内核与高速缓存增加50%、支持更快的DDR3 1866MTS内存、在双路系统上支持高达1.5TB的内存、改进的iPCIe 3.0充分发挥10GbE性能以及虚拟化和安全性方面创新。

　　新的至强E5-2600 v2发布之后，对存储市场的影响也是巨大的，英特尔将为更进一步的高性能在线重复数据删除、在线实时压缩、自动精简配置、集成IO支持10GbE和SSD、存储扩展(如NTB、ADR)、多种加速器（如AES-NI）等带来显着的改进。

内存延迟

　　在内存延迟与内存带宽方面，Ivy Bridge-EP相比上一代的Sandy Bridge-EP架构来说可以提供更快的内存速度，更好能效比和近似的延迟性能。可以看到，使用上一代Sandy Bridge-EP平台最高可以达到80GB内存带宽，而Ivy Bridge-EP处理器其带宽可以达到近90GB，若使用DDR3-1866的内存带宽可以达到100GB。

对比上一代在内存速度提升

    各大厂商也纷纷更新产品，英特尔至强处理器E5 v2产品家族为诸如PowerEdge VRTX及智能分层Compellent存储解决方案等戴尔高性能创新解决方案提供了坚实的硬件基础。而企业级存储系统从中低端到高端，主流产品都采用了英特尔处理器：IBM Storwize V5000\V7000系列、EMC VNX和VMAX存储系统、NetApp FAS系列存储，尽管有些更新还处于上一代，但是足见英特尔至强处理器家族对存储市场的影响。

    在英特尔至强x86处理器架构下，技术不断得到加强前提下进一步提高存储系统的性价比，而对于分布式的、可扩展的存储系统来说，企业级存储市场中软件定义存储更是英特尔至强x86处理器架构的强项。对于整个数据中心的架构，全新英特尔至强处理器将让数据中心的服务器、网络、存储中的软硬件更好的兼容，帮助企业推动数据中心转型。