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據英特爾位於以色列Haifa設計中心工程師Ernest Knoll在ISSCC上所提出的文件顯示，32nm的 Sandy Bridge 處理器在單顆晶片上整合了4個x86核心、功耗/性能最佳化的繪圖處理單元(GPU)、DDR3記憶體和PCI Express控制器。 Sandy Bridge在216mm²的晶片面積上整合了11.6億個電晶體，Knoll說。

Sandy Bridge的IA核心進行了幾項改良，在不增加功耗的條件下提高了性能，這些改善包括改良其分支預測演算法、微運算碼(micro-operation)快取和浮點強化的向量擴展。此外，該元件的CPU和GPU共享相同的8MB三級快取記憶體。

雖然四片L3快取分別與四個x86核心相結合，每核心2MB，但它們完全能與GPU共享，Knoll說。

Sandy Bridge的環互連結構可連接晶上的所有元素，包括微處理器、繪圖處理器、L3快取和系統代理。據Knoll介紹，由於環互連是模組化的，因此可以輕易地透過將四核心晶片‘砍’(chopping)成2個核心和2個快取模組，來轉換成雙核心晶片。Sandy Bridge最先推出的產品可提供雙核心或四核心版本。

“只要簡單地將晶片‘砍’成兩片，我們就可以得到另一種版本的產品，”Knoll說。

英特爾在去年9月的開發者論壇上首次提供了有關Sandy Bridge系列異質處理器的細節。今年一月，英特爾推出首款Sandy Bridge產品，這也是該公司第一代的Core處理器系列。一月初以來已經有部份晶片出貨，英特爾希望今年能有超過500款筆記型和桌上型電腦採用該晶片。

功耗最小化

該文件指出，由於Sandy Bridge的x86核心和L3快取共用同一個電源層(power plane)，因此，英特爾所面臨的挑戰，是維持L3快取資料所需的最低電壓可能會限制核心的最低操作電壓，從而增加系統功耗。而英特爾透過開發數種電路和邏輯設計技術，最小化了L3快取和晶片上暫存器檔案的操作電壓，以實現較核心邏輯更低的水準。

“我們的設計目標之一，就是盡可能減少電力消耗，”Knoll說。

英特爾所使用的其中一種技術是共享的P通道MOSFET，它削弱了記憶體單元舉升(pull up)元件效應的強度，從而解決了在低電壓下的射頻寫入能力退化問題，Knoll表示，這可透過製程的變化來達成。

“有了這樣的技術，我們能夠為絕大多數的晶片改良最小操作電壓，”Knoll說。

該文件顯示，多虧採用這些技術，Sandy Bridge的功耗範圍涵蓋了從高階桌上型電腦用的四核心元件的95W，一直到可用於行動產品的17W雙核心Sandy Bridge都包含在內。

Sandy Bridge還導入了一個除錯匯流排，可用於監控該處理器環形架構中的x86核心、繪圖處理器、快取和系統代理的流量情況。這個匯流排也稱之為通用除錯外部連接(GDXC)，能讓晶片、系統或軟體除錯器對環形架構的資訊流量和協議控制訊號進行採樣，並將之驅動到一個外部邏輯分析儀，以回復並分析這些資料。

“GDXC對系統和軟體除錯器來說是極有價值的工具，”Knoll說。

Sandy Bridge還包含兩個不同類型的溫度感測器，以用於監控晶片溫度。其中之一是位於每核心上、基於二極體的熱感測器，主要用來比較二極體電壓到輸出的溫度，以提供溫度調節資訊、災難性失敗訊息，以及風扇調節等功能。第二個是尺寸更小的CMOS熱感測器，其溫度範圍限制較大，但可放置在核心中的數個不同地方，以提供精確的核心熱點影像。

今年稍早，英特爾在1月9日開始出貨的首款四核心版本Sandy Bridge晶片中，發現了一個輔助晶片的設計缺陷。該公司快速修復了該問題，並暫停出貨該輔助晶片。稍後英特爾已恢復出貨該晶片給PC供應商。

編譯： Joy Teng

(參考原文： Intel details Sandy Bridge at ISSCC，by Dylan McGrath)