45nm Intel Xeon E5420全面测试

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　XeonE54XX—45nm低功耗至强处理器问世

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　2007年第四季度，Intel宣布采用45纳米工艺的Penryn处理器家族提前投入使用。Penryn处理器家族包含7款涵盖不同平台的产品：针对桌面级平台的双核心Wolfdale和四核心Yorkfield、针对移动平台的双核心Penryn、双核心Xeon DP处理器Wolfdale DP、四核心Xeon DP处理器Harpertown、双核心Xeon MP处理器Dunnington DC和四核心Xeon MP处理器Dunnington QC。

　　

　　图1

　　根据桌面级平台45nm四核心处理器的性能表现来看，无疑使得用户对于服务器平台45nm四核心Xeon处理器的性能表现充满了期待。45nm四核心Xeon系列处理器的核心代号为Harpertown，包括了从最低端的Xeon E5405到最高端的Xeon E5472等多款产品，这些产品之间的差异主要体现在主频方面，其他方面例如支持SSE4.1多媒体指令集、L2缓存等方面则是完全相同。本文将以Xeon E5420处理器为例，来对45nm四核心Xeon系列处理器进行解析，首先还是先来回顾一下45nm制程工艺所带来的全新特性。

　　作者: 评测室Sirius, 　出处:IT专家网,　责任编辑: 王娟,　 2008-05-28 14:07

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　更多的架构改进—45nm至强处理器新特性解析

　　尽管此次Intel推出的45nm至强处理器并不是采用全新架构设计的产品，不过由于采用了全新的45nm制程工艺，并且Intel此次在工艺转换的过程中还加入了一些新的元素，使得整个Penryn处理器家族在微架构方面都进行了改进，主要包括以下几个方面：

　　Radix-16除法器以及增强型英特尔虚拟化技术：

　　Radix-16除法器以及增强型英特尔虚拟化技术是Penryn基于酷睿微体系架构中宽位动态执行的改进，新增加的Radix-16相除技术与前代产品相比能将所有应用上的计算除法器速度提高约一倍。而增强型英特尔虚拟化技术则可将虚拟机的转换速度提高25-75%。上面的这些特性仅是通过Penryn架构则可实现，无须在软件应用层修改现有的程序。

　　Smart Cache将增加到6MB、12MB：

　　在之前的Conroe微体系架构中新引入了Smart Cache共享缓存技术，在65纳米工艺下的Conroe双核心产品的L2 Smart Cache最大容量为4MB，四核心产品L2 Smart Cache最大容量为8MB。但借助于45纳米工艺下晶体管尺寸的减少，Penryn家族的双核心L2 Smart Cache最大容量为6MB，四核心产品L2 Smart Cache最大容量为12MB。在缓存容量提升的同时，Penryn处理器还具备更高的关联度，能进一步提升命中率及利用率，从而显著的提高计算性能及响应速度。

　　SSE4指令集以及Shuffle引擎：

　　Penryn中包含了英特尔SSE4指令集，这是自最初SSE指令集架构ISA推出以来添加的最大指令集，其中包含了47条多媒体处理指令，进一步扩展了英特尔64指令集架构。超级Shuffle引擎是基于酷睿微体系架构高级数字媒体增强下的新特性，通过实施全宽、单通道、128位的Shuffle单元，Penryn处理器能够在单个周期内执行全宽shuffle。这可以大幅提升SSE2、SSE3和SSE4等具有类似shuffle操作的指令性能。

　　深层关机技术与增强型动态加速技术：

　　深层关机技术与增强型动态加速技术是增对之前酷睿微体系架构中智能功效管理而改进的新特性，深层关机技术是应用在移动式Penryn产品中的一种全新高级电源管理状态，该状态可以显著处理器idle状态下的功耗，从而消除内部晶体管漏电流的影响，延长了笔记本电脑电池的使用时间。增强型动态加速技术同样是针对移动式笔记本应用的改良型技术，该技术的特点是：当处理器其中一个内核处于idle状态时，该特性可以利用该内核释放的性能扩展空间来提升另一个处于激活状态下的内核性能。

　　整体来说Penryn处理器家族产品还是在沿用之前的酷睿微体系架构，对于酷睿微体系架构的五大特性——宽位动态执行、高级智能高速缓存、智能内存访问、高级数字媒体增强、智能功效管理Penryn家族产品将会完美的继承，但在在之上有所改进和完善。不过Penryn处理器上最大的亮点显然是英特尔45纳米工艺的应用，借助于英特尔High-K金属珊极晶体管技术，Penryn处理器的晶体管能以光速更高效的进行开关。同样的双核产品Penryn比英特尔65纳米产品小了25%,大约仅为普通邮票的四分之一大小。同样得益于High-K金属珊极晶体管技术，Penryn家族的产品功耗水平将会与上一代Conroe产品持平，甚至更低，但性能却有很大的提高。

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。　　

45nm Intel Xeon E5420处理器介绍

　　

　　图2

　　以上是Intel Xeon E5420和Intel Xeon E5335的正面图，左边的是E5420，右边的是E5335，二者均采用的是LGA771的封装，单从正面来看的话看不出有多大差异。

　　

　　图3

　　以上是Intel Xeon E5420和Intel Xeon E5335的背面图，左边的是E5420，右边的是E5335。E5420和E5335同属四核心产品，虽然E5420的二级缓存增大到了12M，但由于其采用了45nm制程工艺，使得其功耗并没有因二级缓存增大而增加，从处理器背面的电路设计便可以体现出来。

　　

　　图4

　　Intel Xeon E5420的CPU-Z截图，由上图我们可以看到，最新的1.45版CPU-Z已经能够正确识别出Intel Xeon E5420处理器的各项参数信息。Intel Xeon E5420采用45nm制程工艺，核心代号为Harpertown，支持最新的SSE4.1多媒体指令集，主频为2.50G，拥有12M的二级缓存，L2 Cache的关联数为24-way。

　　

　　图5

　　Intel Xeon E5335的CPU-Z截图。Intel Xeon E5335采用65nm制程工艺，核心代号为Clovertown，不支持最新的SSE4.1多媒体指令集，主频为2.0G，拥有8M的二级缓存，L2 Cache的关联数为16-way。

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　测试平台介绍、测试软件说明

　　测试平台介绍：

　　

　　图6

45nm制程工艺为Xeon E5420带来的优势主要体现在两个方面：性能得到提升、功耗得以降低。因此我们除了测试Xeon E5420的性能表现之外，也会测试Xeon E5420在功耗方面的表现。性能测试软件主要选择了SPECjbb2005和SPEC CPU2006两款。

　　

　　图7

　　主板方面，我们选择的是Intel原厂品牌的S5000PSL Server Board，基于Intel 5000P芯片组设计，可以对最新的45nm Xeon DP处理器提供良好的支持。

　　

　　图8

　　内存方面，我们为整套平台搭配了8条单条容量2GB的NANYA FB-DIMM DDR2 667内存，一共组成了16GB的系统内存容量，能够满足SPEC CPU2006的测试需求。

　　SPECjbb2005：

　　SPEC服务器应用性能基准测试是一个全面衡量Web应用中Java企业应用服务器性能的基准测试，该测试是目前业界标准的、权威的基准测试之一，得到众多国际软硬件厂商的支持和参与。

　　SPECjbb2005(Java服务器基准)是评估服务器端Java性能的SPEC测试工具，也是一种被广泛使用的工业标准基准测试。SPECjbb2005通过提供面向对象方式运行的、新的增强的工作负载，来反映真实应用系统的情况。在测试中我们采用了BEA的最新64位 Jrockit JVM(jrockit-jdk1.6.0_02-windows_x86_64)。

　　SPEC CPU2006：

　　CPU2006以SunUltra Enterpirse 2工作站作为基准参考系统，以此为参考，其他测试系统与之相比即可得出相对性能指数。Sun的这套系统使用了一颗296MHz的UltraSPARC II处理器。

　　对于一个高性能计算机来说，用户最关注的就是它的整体运算能力，而对于单个CPU性能及作业吞吐能力的测试，就要靠基准测试SPEC CPU2006来完成。也就是对于计算密集类型的工作负荷来说，SPEC CPU2006是一个非常重要的基准测试。SPEC CPU2006能分别测量计算机系统的整数和浮点性能。

　　需要说明的是，虽然Xeon E5420处理器的主频为2.50G(333x7.5)，然而我们手中的这两颗Xeon E5420处理器为工程样品，只能够最大运行在2.33G(333x7)的频率之上。

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　Intel Xeon E5420测试—SPECjbb2005

　　Intel Xeon E5420：

　　

　　图9

　　

　　图10

　　Intel Xeon E5335：

　　

　　图11

　　

　　图12

SPECjbb2005的测试中，两款处理器我们都是运行四个JVM来进行测试。由以上两款处理器的测试结果我们可以看到，四核心至强处理器在SPECjbb2005中均有十分出色的性能表现。Xeon E5420的SPECjbb2005测试成绩为243502，领先Xeon E5335的幅度达18%，除了Xeon E5420的主频要比Xeon E5335高出333MHz这一因素之外，45nm制程工艺带来的更高执行效率和超大的12M二级缓存也起到了十分重要的作用。

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　Intel Xeon E5420测试—SPEC CPU2006

　　SPECfp(R)_rate_base2006：

　　

　　图13

　　SPEC CPU2006主要包括浮点性能和整数性能两大部分，其中浮点性能的测试项目几乎都与科学计算有十分密切的关系。由以上测试结果我们可以看到，尽管Xeon E5420在主频和二级缓存方面均相对Xeon E5335有较大的优势，不过在各个子项目中的性能提升幅度也不尽相同。其中Xeon E5420在465.tonto和482.sphinx3两个子项目中的性能提升幅度最大，均达到了35%以上，令人十分满意;在416.gamess、434.zeusmp、435.gromacs、436.cactusADM、450.soplex、454.calculix、459.GemsFDTD、481.wrf八个子项目中的性能提升幅度也均达到了11%以上。总体而言，Xeon E5420相对Xeon E5335的性能提升幅度达到了12.43%。

　　SPECint(R)_rate_base2006：

　　

　　图14

　　SPEC CPU2006的整数性能测试项目和编程、压缩、编码等息息相关，支持SSE4.1多媒体指令集使得Xeon E5420拥有比在浮点性能测试项目中更为出色的性能表现。在以上十二个测试子项中，Xeon E5420在十个子项中的性能提升幅度均达到了11%以上，其中在401.bzip2、429.mcf两个子项中的性能提升幅度最大，最高达到了35.71%。总体而言，Xeon E5420相对Xeon E5335的性能提升幅度达到了15.42%，说明了Xeon E5420的整数性能提升幅度要比浮点的高。

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　Intel Xeon E5420测试—功耗测试

　　之前天极评测室对桌面级的45nm Intel QX9650和Intel QX9770进行测试时，这两颗45nm的桌面级处理器在功耗控制方面的优异表现十分令人满意，想必同样是采用45nm制程工艺的Xeon E5420处理器的功耗表现也不会令人失望。

　　

　　图15

　　测试的仪器就是上面这台Extech公司的功耗测试仪，这台设备可以准确的纪律下当前负载的电流、电压、功率、PF转换值，并可以智能的把这些值自动记录排列，做成表格形势的文件上穿到电脑上。

　　Xeon E5420处理器平台功耗曲线图：

　　

　　图16

　　Xeon E5335处理器平台功耗曲线图：

　　

　　图17

　　SPEC CPU2006 Performance per Watt：

　　

　　图18

　　在SPEC CPU2006的整个测试过程中，测试浮点性能的项目时整个平台的功耗最大，因此我们选取的是这一段时间，取其平均功耗，然后依据处理器的浮点性能测试成绩来考察该款处理器的每瓦性能表现。由以上测试成绩的对比柱状图我们可以看到，Xeon E5420平台的每瓦性能表现相对Xeon E5335平台提升了近18%之多。

　　提升性能、降低功耗几乎是每个芯片厂商长期以来一直坚持努力的目标。多年来Intel也一直在奉行制程更新与处理器架构体系改变的交叉更替，以确保在制程没有改变的情况下可以借由处理器体系架构的更新来提升产品性能，又或是处理器架构没有改变的情况下借由制程的更新来提升产品性能，无论在桌面级平台还是在服务器平台均是如此。

　　总结

　　由以上测试我们可以很清楚的了解到，作为采用45nm制程生产的处理器，Intel Xeon E5420在所有测试软件中的表现相当令人满意。更为难得的是，尽管Intel Xeon E5420的二级还缓存增大到了12M，并且实际运行频率要比Intel Xeon E5335高出333MHz，但Xeon E5420在功耗方面的表现却要相对Xeon E5335更为出色，当然这都要归功于45nm制程工艺带来的好处。

　　支持SSE4多媒体指令集也是Intel Xeon E5420最大的亮点之一，不过由于受限于目前支持SSE4应用程序不多的限制，目前还无法完全体会到SSE4多媒体指令集所带来的优越性，用户只能耐心等待。

　　

　　图19

　　总而言之，尽管Intel Xeon E5420并不是一款具有革命性架构的产品，但其在架构方面所做的改进，使得Xeon E5420在功耗降低的情况下性能得到了一定程度的提升，对于用户来说，具有十分积极的意义，可以完美取代之前Xeon E5300系列在市场中的地位。