帶寬 前端總線(xiàn) QPI總線(xiàn)

頻寬對基本輸出入系統 (BIOS ) 設備尤其重要，如快速磁盤(pán)驅動(dòng)器會(huì )受低頻寬的總線(xiàn)所阻礙。
對于帶寬的概念，比較形象的一個(gè)比喻是高速公路。單位時(shí)間內能夠在線(xiàn)路上傳送的數據量，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(guò)的最高數據率，即每秒多少比特。
嚴格來(lái)說(shuō)，數字網(wǎng)絡(luò )的帶寬應使用波特率來(lái)表示（baud），表示每秒的脈沖數。而比特是信息單位，由于數字設備使用二進(jìn)制，則每位電平所承載的信息量是1(以2為底2的對數，如果是四進(jìn)制，則是以2為底的4的對數，每位電平所承載的信息量為2)。因此，在數值上，波特與比特是相同的。由于人們對這兩個(gè)概念分的并不是很清楚，因此常使用比特率來(lái)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(gè)帶寬事實(shí)的標準叫法了。
描述帶寬時(shí)常常把“比特/秒”省略。
例如，帶寬是10M，實(shí)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的頻率范圍。
2.在計算機網(wǎng)絡(luò )中，帶寬用來(lái)表示網(wǎng)絡(luò )的通信線(xiàn)路所能傳送數據的能力，因此網(wǎng)絡(luò )帶寬表示在單位時(shí)間內從網(wǎng)絡(luò )中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過(guò)的“最高數據率”。
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(gè)概念之前，我們首先來(lái)看一個(gè)公式：帶寬=時(shí)鐘頻率x總線(xiàn)位數/8，從公式中我們可以看到，帶寬和時(shí)鐘頻率、總線(xiàn)位數是有著(zhù)非常密切的關(guān)系的。其實(shí)在一個(gè)計算機系統中，不僅顯示器、內存有帶寬的概念，在一塊板卡上，帶寬的概念就更多了，完全可以說(shuō)是帶寬無(wú)處不在。
那到底什么是帶寬呢？帶寬的意義又是什么？簡(jiǎn)單的說(shuō)，帶寬就是傳輸速率，是指每秒鐘傳輸的最大字節數（MB/S），即每秒處理多少兆字節，高帶寬則意味著(zhù)系統的高處理能力。為了更形象地理解帶寬、位寬、時(shí)鐘頻率的關(guān)系，我們舉個(gè)比較形象的例子，工人加工零件，如果一個(gè)人干，在大家單個(gè)加工速度相同的情況下，肯定不如兩個(gè)人干的多，帶寬就像是加工零件的總數量，位寬仿佛工人數量，時(shí)鐘工作頻率相當于加工單個(gè)零件的速度，位寬越寬，時(shí)鐘頻率越高則總線(xiàn)帶寬越大,其好處也是顯而易見(jiàn)的。
主板上通常會(huì )有兩塊比較大的芯片，一般將靠近CPU的那塊稱(chēng)為北橋，遠離CPU的稱(chēng)為南橋。北橋的作用是在CPU與內存、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(zhù)內存與顯卡效能的大小。南橋是負責計算機的I/O設備、PCI設備和硬盤(pán)，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(chēng)為南北橋帶寬。隨著(zhù)計算機越來(lái)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(xiàn)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(gè)參數，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(jiǎn)稱(chēng)，一個(gè)電路的帶寬實(shí)際上是反映該電路對輸入信號的響應速度。帶寬越寬，慣性越小，響應速度越快，允許通過(guò)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。該數字越大越好。
帶寬是代表顯示器顯示能力的一個(gè)綜合指標，指每秒鐘所掃描的圖素個(gè)數，即單位時(shí)間內每條掃描線(xiàn)上顯示的頻點(diǎn)數總和，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(xiàn)上的圖素個(gè)數
r(y)表示每楨畫(huà)面的水平掃描線(xiàn)數
V 表示每秒畫(huà)面刷新率（即場(chǎng)頻）
B 表示帶寬
再來(lái)說(shuō)說(shuō)顯卡，玩游戲的朋友都曉得，當玩一些大制作游戲的時(shí)候，畫(huà)面有時(shí)候會(huì )卡的比較厲害。其實(shí)這就是顯卡帶寬不足的問(wèn)題，再具體點(diǎn)說(shuō)，這是顯存帶寬不足。眾所周知，目前當道的AGP接口是AGP 8X，而AGP總線(xiàn)的頻率是PCI總線(xiàn)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(shuō)了。正因為如此，INTEL在最新的9X5芯片組中，采用了PCI-Express總線(xiàn)來(lái)替代老態(tài)龍鐘的AGP總線(xiàn)，與傳統PCI以及更早期的計算機總線(xiàn)的共享并行架構相比，PCI Express最大的特點(diǎn)是在設備間采用點(diǎn)對點(diǎn)串行連接,如此一來(lái)即允許每個(gè)設備都有自己的專(zhuān)用連接，不需要向整個(gè)總線(xiàn)請求帶寬，同時(shí)利用串行的連接特點(diǎn)將能輕松將數據傳輸速度提到一個(gè)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(gè)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(shí)際使用計算機的過(guò)程中得到更多總線(xiàn)帶寬，根據帶寬的計算公式，一般會(huì )采取兩種辦法，一是增加總線(xiàn)速度，比如INTEL的P4 CPU和賽揚CPU就是最好的例子，一個(gè)是400總線(xiàn)，一個(gè)是533/800總線(xiàn)，在實(shí)際應用的效能就有了很大的區別（當然，二級緩存也是一個(gè)重要的因素）。另外一個(gè)常用的方法是增加總線(xiàn)的寬度，如果當它的時(shí)鐘速度一樣時(shí)，總線(xiàn)的寬度增加一倍，那么盡管時(shí)鐘下降沿同未改變之前是相同而此時(shí)每次下降沿所傳輸的數據量卻是以前的兩倍，這一點(diǎn)在相同核心，但是顯存位寬卻不一樣的顯卡上表現特別明顯。

什么是前端總線(xiàn)：“前端總線(xiàn)”這個(gè)名稱(chēng)是由AMD在推出K7 CPU時(shí)提出的概念，但是一直以來(lái)都被大家誤認為這個(gè)名詞不過(guò)是外頻的另一個(gè)名稱(chēng)。我們所說(shuō)的外頻指的是CPU與主板連接的速度，這個(gè)概念是建立在數字脈沖信號震蕩速度基礎之上的，而前端總線(xiàn)的速度指的是數據傳輸的速度，由于數據傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸的數據的寬度和傳輸頻率，即數據帶寬＝（總線(xiàn)頻率×數據位寬）÷8。目前PC機上所能達到的前端總線(xiàn)頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz、1066MHz、1333MHz幾種，前端總線(xiàn)頻率越大，代表著(zhù)CPU與內存之間的數據傳輸量越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能?，F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(xiàn)可以保障有足夠的數據供給給CPU。較低的前端總線(xiàn)將無(wú)法供給足夠的數據給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統瓶頸。

前端總線(xiàn)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(xiàn)。選購主板和CPU時(shí)，要注意兩者搭配問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)，如果CPU不超頻，那么前端總線(xiàn)是由CPU決定的，如果主板不支持CPU所需要的前端總線(xiàn)，系統就無(wú)法工作。也就是說(shuō)，需要主板和CPU都支持某個(gè)前端總線(xiàn)，系統才能工作，只不過(guò)一個(gè)CPU默認的前端總線(xiàn)是唯一的，因此看一個(gè)系統的前端總線(xiàn)主要看CPU就可以。

北橋芯片負責聯(lián)系內存、顯卡等數據吞吐量最大的部件，并和南橋芯片連接。CPU就是通過(guò)前端總線(xiàn)（FSB）連接到北橋芯片，進(jìn)而通過(guò)北橋芯片和內存、顯卡交換數據。前端總線(xiàn)是CPU和外界交換數據的最主要通道，因此前端總線(xiàn)的數據傳輸能力對計算機整體性能作用很大，如果沒(méi)足夠快的前端總線(xiàn)，再強的CPU也不能明顯提高計算機整體速度。數據傳輸最大帶寬取決于所有同時(shí)傳輸的數據的寬度和傳輸頻率，即數據帶寬＝（總線(xiàn)頻率×數據位寬）÷8。目前PC機上所能達到的前端總線(xiàn)頻率有266MHz、333MHz、400MHz、533MHz、800MHz幾種，前端總線(xiàn)頻率越大，代表著(zhù)CPU與北橋芯片之間的數據傳輸能力越大，更能充分發(fā)揮出CPU的功能?，F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(xiàn)可以保障有足夠的數據供給給CPU，較低的前端總線(xiàn)將無(wú)法供給足夠的數據給CPU，這樣就限制了CPU性能得發(fā)揮，成為系統瓶頸。顯然同等條件下，前端總線(xiàn)越快，系統性能越好。

QPI
intel的全新架構，Bloomfield將采用全新的LGA 1366 Socket，Package Size為42.5 x 45mm，散熱器設計雖然和LGA 775類(lèi)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(diǎn)對點(diǎn)傳輸，它可提供與FSB相近的Latency，可讓軟件及操作系統管理，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(xiě)為QPI，譯為快速通道互聯(lián)。事實(shí)上它的官方名字叫做CSI，Common System Interface公共系統界面，用來(lái)實(shí)現芯片之間的直接互聯(lián)，而不是在通過(guò)FSB連接到北橋，矛頭直指AMD的HT總線(xiàn)。無(wú)論是速度、帶寬、每個(gè)針腳的帶寬、功耗等一切規格都要超越HT總線(xiàn)。

QPI最大的改進(jìn)是采用單條點(diǎn)對點(diǎn)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(gè)連接的每個(gè)方向的位寬可以是5、10、20bit。因此每一個(gè)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(gè)QPI鏈接的帶寬為24至32GB/s。(不過(guò)，這仍是遜色于A(yíng)MD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(lái)英特爾仍會(huì )對QPI進(jìn)行進(jìn)一步提速改進(jìn)。)在早期的Nehalem處理器中，Intel預計使用20bit的鏈接位寬，大約能提供25.6GB/s的數據傳輸能力。這個(gè)數字是Intel在上一季IDF中公布的。舉例來(lái)說(shuō)，在X48芯片組中，FSB的速度為1600MHz，這是目前為止規格最高的FSB總線(xiàn)了。不過(guò)最初的QPI總線(xiàn)具備25.6GB/s的吞吐量，這個(gè)值相當于1600MHz FSB帶寬的2倍。

QPI技術(shù)特點(diǎn)——效率更高

此外，QPI另一個(gè)亮點(diǎn)就是支持多條系統總線(xiàn)連接，Intel稱(chēng)之為multi-FSB。系統總線(xiàn)將會(huì )被分成多條連接，并且頻率不再是單一固定的，也無(wú)須如以前那樣還要再經(jīng)過(guò)FSB進(jìn)行連接。根據系統各個(gè)子系統對數據吞吐量的需求，每條系統總線(xiàn)連接的速度也可不同，這種特性無(wú)疑要比AMD目前的Hypertransport總線(xiàn)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(也就是16枚運算內核至少32線(xiàn)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(guò)芯片組，從而大幅提升整體系統性能。隨著(zhù)未來(lái)Nehalem架構的處理器集成內存控制器、PCI-E 2.0圖形接口乃至圖形核心，QPI架構的優(yōu)勢將進(jìn)一步發(fā)揮出來(lái)。

為了降低QPI總線(xiàn)的延遲，Intel打算在4路處理器以上的系統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(lái)存儲南橋和北橋的數據，使處理器不必反復通過(guò)QPI總線(xiàn)來(lái)讀取南北橋信息。同時(shí)，為了更高提升數據處理效率，英特爾還將在處理器內部集成內存控制器(IMC)。QPI和IMC結合，可以讓Intel更輕松地擴展多路系統和高性能計算(HPC)應用，而Intel現有的處理器架構更關(guān)注于指令執行引擎和緩存架構，以便在單線(xiàn)程應用中提高性能，導致雙路服務(wù)器平臺性能受限，也無(wú)法在對內存帶寬需求甚高的HPC中發(fā)揮作用。對于第一代采用QPI總線(xiàn)的Nehalem Xeon來(lái)說(shuō)，集成了3通道的DDR3內存控制器，這樣在搭配DDR3 1066的情況下，每個(gè)處理器自己就能得到25.6GB/s的內存帶寬，大概是現在Tigerton系統的5倍，并且這個(gè)帶寬數量隨著(zhù)處理器插座的增長(cháng)而增長(cháng)，對于四插座系統，總的帶寬將增長(cháng)到恐怖的102.4GB/s。強大的內存性能將保證即使每個(gè)插座上邊采用8核心的處理器，內存帶寬也不會(huì )成為性能發(fā)揮的瓶頸。需要說(shuō)明的是在QPI中，對于四路系統來(lái)說(shuō)，任何兩個(gè)處理器之間都可以直接通信，這樣，一個(gè)處理器可以很方便的訪(fǎng)問(wèn)到其他處理器控制的內存，這可以大大提升效率。另外，由于在QPI系統下不同處理器可以直接通信，同步緩存稱(chēng)為很方便的事情，再也不用通過(guò)北橋的內存讀寫(xiě)來(lái)進(jìn)行了。

結語(yǔ)：

隨著(zhù)QPI的正式推出，英特爾主導的QPI及AMD的HT 兩大未來(lái)總線(xiàn)系統將會(huì )正面沖突。為了讓多核心的系統更高效的工作，我們相信今后的芯片組會(huì )更加復雜，多條系統總線(xiàn)連接才是今后系統總線(xiàn)發(fā)展的王道。需要說(shuō)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(gè)采用QPI互聯(lián)架構的Nehalem平臺。我們有理由相信，QPI將沖破內存性能帶來(lái)的樊籬，實(shí)現性能的新飛躍。