帶寬 前端總線 QPI總線

頻寬對基本輸出入系統(tǒng) (BIOS ) 設(shè)備尤其重要，如快速磁盤驅(qū)動器會受低頻寬的總線所阻礙。
對于帶寬的概念，比較形象的一個比喻是高速公路。單位時間內(nèi)能夠在線路上傳送的數(shù)據(jù)量，常用的單位是bps(bit per second)。計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特。
嚴格來說，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的帶寬應(yīng)使用波特率來表示（baud），表示每秒的脈沖數(shù)。而比特是信息單位，由于數(shù)字設(shè)備使用二進制，則每位電平所承載的信息量是1(以2為底2的對數(shù)，如果是四進制，則是以2為底的4的對數(shù)，每位電平所承載的信息量為2)。因此，在數(shù)值上，波特與比特是相同的。由于人們對這兩個概念分的并不是很清楚，因此常使用比特率來表示速率，也正是用比特的人太多，所以比特率也就成了一個帶寬事實的標準叫法了。
描述帶寬時常常把“比特/秒”省略。
例如，帶寬是10M，實際上是10Mb/s。
這里的M 是10^6。
“帶寬”有以下兩種不同的意義：
1.指信號具有的頻帶寬度。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。
2.在計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。
在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率：
信號（即電磁波）在傳輸媒體上的傳播速率（米/秒，或公里/秒）
計算機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率（比特/秒）
這兩種速率的意義和單位完全不同。
在理解帶寬這個概念之前，我們首先來看一個公式：帶寬=時鐘頻率x總線位數(shù)/8，從公式中我們可以看到，帶寬和時鐘頻率、總線位數(shù)是有著非常密切的關(guān)系的。其實在一個計算機系統(tǒng)中，不僅顯示器、內(nèi)存有帶寬的概念，在一塊板卡上，帶寬的概念就更多了，完全可以說是帶寬無處不在。
那到底什么是帶寬呢？帶寬的意義又是什么？簡單的說，帶寬就是傳輸速率，是指每秒鐘傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)（MB/S），即每秒處理多少兆字節(jié)，高帶寬則意味著系統(tǒng)的高處理能力。為了更形象地理解帶寬、位寬、時鐘頻率的關(guān)系，我們舉個比較形象的例子，工人加工零件，如果一個人干，在大家單個加工速度相同的情況下，肯定不如兩個人干的多，帶寬就像是加工零件的總數(shù)量，位寬仿佛工人數(shù)量，時鐘工作頻率相當于加工單個零件的速度，位寬越寬，時鐘頻率越高則總線帶寬越大,其好處也是顯而易見的。
主板上通常會有兩塊比較大的芯片，一般將靠近CPU的那塊稱為北橋，遠離CPU的稱為南橋。北橋的作用是在CPU與內(nèi)存、顯卡之間建立通信接口，它們與北橋連接的帶寬大小很大程度上決定著內(nèi)存與顯卡效能的大小。南橋是負責(zé)計算機的I/O設(shè)備、PCI設(shè)備和硬盤，對帶寬的要求，相比較北橋而言，是要小一些的。而南北橋之間的連接帶寬一般就稱為南北橋帶寬。隨著計算機越來越向多媒體方向發(fā)展，南橋的功能也日益強大，對于南北橋間的連接總線帶寬也是提出了新的要求，在INTEL的9X5系列主板上，南北橋的帶寬將從以前一直為人所詬病的266MB/S發(fā)展到空前的2GB/S，一舉解決了南北橋間的帶寬瓶頸。
帶寬是顯示器非常重要的一個參數(shù)，能夠決定顯示器性能的好壞。所謂帶寬是顯示器視頻放大器通頻帶寬度的簡稱，一個電路的帶寬實際上是反映該電路對輸入信號的響應(yīng)速度。帶寬越寬，慣性越小，響應(yīng)速度越快，允許通過的信號頻率越高，信號失真越小，它反映了顯示器的解像能力。該數(shù)字越大越好。
帶寬是代表顯示器顯示能力的一個綜合指標，指每秒鐘所掃描的圖素個數(shù)，即單位時間內(nèi)每條掃描線上顯示的頻點數(shù)總和，以MHz為單位。帶寬越大表明顯示控制能力越強，顯示效果越佳。
帶寬的詳細計算公式如下:理論上帶寬 B=r(x) ×r(y) ×V
r(x)表示每條水平掃描線上的圖素個數(shù)
r(y)表示每楨畫面的水平掃描線數(shù)
V 表示每秒畫面刷新率（即場頻）
B 表示帶寬
再來說說顯卡，玩游戲的朋友都曉得，當玩一些大制作游戲的時候，畫面有時候會卡的比較厲害。其實這就是顯卡帶寬不足的問題，再具體點說，這是顯存帶寬不足。眾所周知，目前當?shù)赖腁GP接口是AGP 8X，而AGP總線的頻率是PCI總線的兩倍，也就是66MHz,很容易就可以換算出它的帶寬是2.1GB/S，在目前的環(huán)境下，這樣的帶寬就顯得很微不足道了，因為連最普通的ATI R9000的顯存帶寬都要達到400MHZ X 128Bit/8=6.4GB/s,其余的高端顯卡更是不用說了。正因為如此，INTEL在最新的9X5芯片組中，采用了PCI-Express總線來替代老態(tài)龍鐘的AGP總線，與傳統(tǒng)PCI以及更早期的計算機總線的共享并行架構(gòu)相比，PCI Express最大的特點是在設(shè)備間采用點對點串行連接,如此一來即允許每個設(shè)備都有自己的專用連接，不需要向整個總線請求帶寬，同時利用串行的連接特點將能輕松將數(shù)據(jù)傳輸速度提到一個很高的頻率。在傳輸速度上，由于PCI Express支持雙向傳輸模式，因此連接的每個裝置都可以使用最大帶寬。AGP所遇到的帶寬瓶頸也迎刃而解。
為了在實際使用計算機的過程中得到更多總線帶寬，根據(jù)帶寬的計算公式，一般會采取兩種辦法，一是增加總線速度，比如INTEL的P4 CPU和賽揚CPU就是最好的例子，一個是400總線，一個是533/800總線，在實際應(yīng)用的效能就有了很大的區(qū)別（當然，二級緩存也是一個重要的因素）。另外一個常用的方法是增加總線的寬度，如果當它的時鐘速度一樣時，總線的寬度增加一倍，那么盡管時鐘下降沿同未改變之前是相同而此時每次下降沿所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量卻是以前的兩倍，這一點在相同核心，但是顯存位寬卻不一樣的顯卡上表現(xiàn)特別明顯。

什么是前端總線：“前端總線”這個名稱是由AMD在推出K7 CPU時提出的概念，但是一直以來都被大家誤認為這個名詞不過是外頻的另一個名稱。我們所說的外頻指的是CPU與主板連接的速度，這個概念是建立在數(shù)字脈沖信號震蕩速度基礎(chǔ)之上的，而前端總線的速度指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，由于?shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8。目前PC機上所能達到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz幾種，前端總線頻率越大，代表著CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸量越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能?，F(xiàn)在的CPU技術(shù)發(fā)展很快，運算速度提高很快，而足夠大的前端總線可以保障有足夠的數(shù)據(jù)供給給CPU。較低的前端總線將無法供給足夠的數(shù)據(jù)給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統(tǒng)瓶頸。

前端總線的英文名字是Front Side Bus，通常用FSB表示，是將CPU連接到北橋芯片的總線。選購主板和CPU時，要注意兩者搭配問題，一般來說，如果CPU不超頻，那么前端總線是由CPU決定的，如果主板不支持CPU所需要的前端總線，系統(tǒng)就無法工作。也就是說，需要主板和CPU都支持某個前端總線，系統(tǒng)才能工作，只不過一個CPU默認的前端總線是唯一的，因此看一個系統(tǒng)的前端總線主要看CPU就可以。

北橋芯片負責(zé)聯(lián)系內(nèi)存、顯卡等數(shù)據(jù)吞吐量最大的部件，并和南橋芯片連接。CPU就是通過前端總線（FSB）連接到北橋芯片，進而通過北橋芯片和內(nèi)存、顯卡交換數(shù)據(jù)。前端總線是CPU和外界交換數(shù)據(jù)的最主要通道，因此前端總線的數(shù)據(jù)傳輸能力對計算機整體性能作用很大，如果沒足夠快的前端總線，再強的CPU也不能明顯提高計算機整體速度。數(shù)據(jù)傳輸最大帶寬取決于所有同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的寬度和傳輸頻率，即數(shù)據(jù)帶寬＝（總線頻率×數(shù)據(jù)位寬）÷8。目前PC機上所能達到的前端總線頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種，前端總線頻率越大，代表著CPU與北橋芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸能力越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能?，F(xiàn)在的CPU技術(shù)發(fā)展很快，運算速度提高很快，而足夠大的前端總線可以保障有足夠的數(shù)據(jù)供給給CPU，較低的前端總線將無法供給足夠的數(shù)據(jù)給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統(tǒng)瓶頸。顯然同等條件下，前端總線越快，系統(tǒng)性能越好。

QPI
intel的全新架構(gòu)，Bloomfield將采用全新的LGA 1366 Socket，Package Size為42.5 x 45mm，散熱器設(shè)計雖然和LGA 775類似，但Mounting Holes為80mm，相較LGA775的72mm2更大，因此散熱器不能另相兼容，VRM采用全新的11.1版本，最高TDP為130W 。
利用雙向串聯(lián)點對點傳輸，它可提供與FSB相近的Latency，可讓軟件及操作系統(tǒng)管理，并且針對部份Streams(Threading、ISOC、LT/VT)及out of order requests作出了優(yōu)化，單向最高速度暫 定為6.4GT/s，雙向最高速合共10.8GT/s，相比AMD采用的Hyper-Transport 3.0的速度更高。

Intel的QuickPath Interconnect技術(shù)縮寫為QPI，譯為快速通道互聯(lián)。事實上它的官方名字叫做CSI，Common System Interface公共系統(tǒng)界面，用來實現(xiàn)芯片之間的直接互聯(lián)，而不是在通過FSB連接到北橋，矛頭直指AMD的HT總線。無論是速度、帶寬、每個針腳的帶寬、功耗等一切規(guī)格都要超越HT總線。

QPI最大的改進是采用單條點對點模式下，QPI的輸出傳輸能力非常驚人，在4.8至6.4GT/s之間。一個連接的每個方向的位寬可以是5、10、20bit。因此每一個方向的QPI全寬度鏈接可以提供12至16BG/s的帶寬，那么每一個QPI鏈接的帶寬為24至32GB/s。(不過，這仍是遜色于AMD的Hypertransport3---單條連接最大傳輸帶寬可以達到45GB/s，但我們相信未來英特爾仍會對QPI進行進一步提速改進。)在早期的Nehalem處理器中，Intel預(yù)計使用20bit的鏈接位寬，大約能提供25.6GB/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。這個數(shù)字是Intel在上一季IDF中公布的。舉例來說，在X48芯片組中，F(xiàn)SB的速度為1600MHz，這是目前為止規(guī)格最高的FSB總線了。不過最初的QPI總線具備25.6GB/s的吞吐量，這個值相當于1600MHz FSB帶寬的2倍。

QPI技術(shù)特點——效率更高

此外，QPI另一個亮點就是支持多條系統(tǒng)總線連接，Intel稱之為multi-FSB。系統(tǒng)總線將會被分成多條連接，并且頻率不再是單一固定的，也無須如以前那樣還要再經(jīng)過FSB進行連接。根據(jù)系統(tǒng)各個子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)吞吐量的需求，每條系統(tǒng)總線連接的速度也可不同，這種特性無疑要比AMD目前的Hypertransport總線更具彈性。

例如，針對服務(wù)器的Nehalem處理器將擁有至少4組QPI傳輸，可至少組成包括4枚處理器的4路高端服務(wù)器系統(tǒng)(也就是16枚運算內(nèi)核至少32線程并行運作)。而且在多處理器作業(yè)下，每顆處理器可以互相傳送資料，并不需經(jīng)過芯片組，從而大幅提升整體系統(tǒng)性能。隨著未來Nehalem架構(gòu)的處理器集成內(nèi)存控制器、PCI-E 2.0圖形接口乃至圖形核心，QPI架構(gòu)的優(yōu)勢將進一步發(fā)揮出來。

為了降低QPI總線的延遲，Intel打算在4路處理器以上的系統(tǒng)中使用一種叫做粘貼緩存的技術(shù)。它主要是倚靠更大容量的二級高速緩存來存儲南橋和北橋的數(shù)據(jù)，使處理器不必反復(fù)通過QPI總線來讀取南北橋信息。同時，為了更高提升數(shù)據(jù)處理效率，英特爾還將在處理器內(nèi)部集成內(nèi)存控制器(IMC)。QPI和IMC結(jié)合，可以讓Intel更輕松地擴展多路系統(tǒng)和高性能計算(HPC)應(yīng)用，而Intel現(xiàn)有的處理器架構(gòu)更關(guān)注于指令執(zhí)行引擎和緩存架構(gòu)，以便在單線程應(yīng)用中提高性能，導(dǎo)致雙路服務(wù)器平臺性能受限，也無法在對內(nèi)存帶寬需求甚高的HPC中發(fā)揮作用。對于第一代采用QPI總線的Nehalem Xeon來說，集成了3通道的DDR3內(nèi)存控制器，這樣在搭配DDR3 1066的情況下，每個處理器自己就能得到25.6GB/s的內(nèi)存帶寬，大概是現(xiàn)在Tigerton系統(tǒng)的5倍，并且這個帶寬數(shù)量隨著處理器插座的增長而增長，對于四插座系統(tǒng)，總的帶寬將增長到恐怖的102.4GB/s。強大的內(nèi)存性能將保證即使每個插座上邊采用8核心的處理器，內(nèi)存帶寬也不會成為性能發(fā)揮的瓶頸。需要說明的是在QPI中，對于四路系統(tǒng)來說，任何兩個處理器之間都可以直接通信，這樣，一個處理器可以很方便的訪問到其他處理器控制的內(nèi)存，這可以大大提升效率。另外，由于在QPI系統(tǒng)下不同處理器可以直接通信，同步緩存稱為很方便的事情，再也不用通過北橋的內(nèi)存讀寫來進行了。

結(jié)語：

隨著QPI的正式推出，英特爾主導(dǎo)的QPI及AMD的HT 兩大未來總線系統(tǒng)將會正面沖突。為了讓多核心的系統(tǒng)更高效的工作，我們相信今后的芯片組會更加復(fù)雜，多條系統(tǒng)總線連接才是今后系統(tǒng)總線發(fā)展的王道。需要說明的是，英特爾在季秋IDF是已經(jīng)在展示了可以工作的、首個采用QPI互聯(lián)架構(gòu)的Nehalem平臺。我們有理由相信，QPI將沖破內(nèi)存性能帶來的樊籬，實現(xiàn)性能的新飛躍。