第二章：拥抱爱妻：X58芯片组介绍

了解X58芯片组

　　X58是Intel为Core i7搭配的桌面芯片组，属于高端桌面平台，由X58 IOH和ICH10系列南桥组成。

　　首先简单解释一下“IOH”这个容易让读者联想到“ICH”的名字。在以往的Intel芯片组如P45、X38中，北桥芯片包含了内存控制器，被称为MCH（Memory Controller Hub）。到了Nehalem推出以后，平台架构发生了翻天覆地的变化，内存控制器从北桥移到了CPU内部，因而北桥不再称为MCH，而是改名为IOH（I/O Hub）。IOH被定义为各种I/O设备连接到具备QPI总线的CPU的桥梁，它同时提供了很多PCI-E 2.0总线连接作为标准的I/O接口。从CPU到IOH的连接界面是QPI总线，从IOH到南桥的连接是从915芯片组一直沿用下来的基于PCI-E Gen1 x4的DMI总线。

　　在上面的X58高端桌面平台架构图中我们可以看到，X58和CPU连接的QPI总线具备最高可达25.6GB/s的带宽，可以给数张PCI-E高端显卡提供充裕的带宽。而DMI总线万年不变的2GB/s带宽也尚堪用。计划于明年面世的下一代南桥“Ibexpeak” PCH也会通过这条DMI总线与CPU相连。这一代X58继续使用ICH10系列南桥，基本规格和性能仍然是令人满意的，只是期待下代接口SATA 6G和USB3.0的用户要失望了。

　　X58 IOH提供的36个PCI-E 2.0连接可以配置为2*16x、4*8x等组合（此外还剩下一个4x连接），可以支持最多四张显卡的系统，比如四路CrossFire X、三路SLI、双路SLI及CrossFire等。如果主板要将1个16x连接无跳线切换为2个8x连接，需要放置1组共4颗PCI-E 2.0 Mux芯片，每1颗芯片控制2个PCI-E通道。

　　上图是X58的2个16x连接重配置成4个8x连接的示意图（点击放大）。因为要拆分2个16x连接，所以用了2组共8颗Mux芯片。底下是华硕P6T Deluxe主板上型号为ASM1440的Mux芯片实物。

　　我们已经知道，X58主板通过NVIDIA的授权可以直接支持SLI。另外和双CPU的Skulltrail平台类似，X58也可以板载nForce 200（BR04）桥接芯片将一条PCI-E 2.0 x16连转换为两条x16连接，从而实现3路SLI，但这样在成本和功耗上都很高。

　　在单路的桌面Core i7平台中，如果我们将QPI换成HT，DMI换成同样基于PCI-E总线的A-Link，那么X58+ICH10R的组合就很像AMD K10平台的790FX+SB750组合。见下图。

　　但在核心尺寸和功耗方面X58就有很大劣势。X58的核心尺寸是10.6mm*13.8mm=146.3平方毫米，略小于一颗RV730 GPU，功耗虽然没有和RV730看齐，在芯片组中也十分可观。

　　上表是我们从各种文档和消息中收集到的几颗芯片组北桥的功耗数据。X58、790FX和X48/X38都提供了两个16x PCI-E 2.0界面连接显卡，P45提供了一个16x PCI-E 2.0。制程方面X58、790FX、P45都基于65nm工艺而X48/X38基于相对老一些的90nm工艺。空闲功耗的部分，Intel给出的空闲功耗为最大空闲功耗值，而AMD 790FX的3W可能是典型值、最小值或最大值，故没法直接相比，但满载功耗（或TDP值）仍然是可以拿来比较的。X58的功耗介于P45和老制程的X38之间，但两倍于790FX。从芯片组散热器尺寸上我们也能直观地体会到功耗的差距。AMD-ATI芯片组部门设计低功耗PCI-E桥的能力是令人惊叹的，我们也只有期望Intel尽快将IOH切换到45nm工艺生产以减少发热量，同时为全球的节能减碳做贡献。

真身是服务器芯片组——Tylersburg IOH

　　Core i7+X58 IOH的平台虽然被称为高端桌面（HEDT）平台，实际上CPU和芯片组都是面向服务器应用的芯片。Nehalem架构面向单CPU高端桌面平台的芯片代号为Bloomfield，就是我们所知道的i7；面向双CPU服务器平台的芯片代号为Gainestown（Nehalem-EP）。它们都使用LGA1366接口，唯一的区别就是支持的QPI连接数：Bloomfield仅支持1个QPI连接作为CPU到IOH的专用连接，而Gainestown支持2个QPI连接，一个QPI用作两颗CPU之间的直接互联，另一个QPI连接CPU与IOH。可以说i7这个桌面产品是Intel将服务器版的产品直接下放到高端桌面领域，类似地还可以联想到将Xeon的Prestonia核心用于高端桌面的P4 Extreme Edition。

　　Tylersburg是X58的代号，也是第一代IOH芯片的代号，该芯片面向单路桌面与双路服务器平台，未来面向四路以上系统的IOH代号为Boxboro。如前所述，IOH是各种I/O设备与支持QPI的CPU连接的桥梁。根据支持的PCI-E通道数（24条、36条）与QPI连接数（Single、Dual），Tylersburg IOH有以下四个版本：

　　Tylersburg-24S：24条PCI-E通道，1条QPI连接；
　　Tylersburg-24D：24条PCI-E通道，2条QPI连接；
　　Tylersburg-36S：36条PCI-E通道，1条QPI连接；
　　Tylersburg-36D：36条PCI-E通道，2条QPI连接。

　　Tylersburg-36S即X58，和36D是同一颗芯片，它们的区别在于36S版关闭了2条QPI连接中的1条，在Intel一篇Roadmap当中也把36D版称作X58 IOH。而24S和24D是仅提供24条PCI-E通道的低端版本。双路服务器的平台可以用一颗或两颗Tylersburg来组成芯片组，平台架构如以下两图所示（点击放大）。

图片作者：Impress Watch后藤弘茂

　　如上图，在一颗IOH的双路平台中，IOH通过两个QPI直接连接到两颗Gainestown CPU；在两颗IOH的双路平台中，两颗IOH分别通过QPI连接一颗CPU，相互之间通过另一条QPI连接，一共提供4条PCI-E 2.0 16x连接。如果Intel计划将双路服务器平台搬上桌面，搞出类似上一代Skulltrail的平台，候选方案就会在上面两种中产生了。

VCC与VTT，主板供电的新面孔

　　Core i7的四颗CPU内核与Uncore部分有分离的电源层，工作在不同的电压下，在主板的供电电路部分，内核和Uncore的供电是分开的。四个内核共用的电压被称为VCC，Uncore的电压被称为VTT。这里要注意，Core i7供电的VTT与Core 2超频时FSB的VTT概念是不同的，前者是给Uncore部分大量数字和模拟电路供电的电压，而后者是AGTL+总线的终结电压。

技嘉EX58-Extreme主板的供电部分

　　以技嘉EX58-Extreme主板为例，CPU VCC供电分布在CPU插座的左侧和上方，为加强型6相供电（虚拟12相）设计，由符合VRD11.1规范、支持动态相数控制的ISL6336A芯片控制。左下角贴着一小块散热片的两相供电就是CPU VTT供电，由符合VRD11规范的ISL6312控制。此外北桥散热片下方还遮盖着两相X58 IOH供电，控制器为ISL6322G。

　　通过官方资料我们可以知道，供电规范要求VCC供电能达到145A的输出电流，VTT供电的模拟和数字两部分加在一起要达到28A。X58的TDP是24.1W，VCC电压1.1V，电流要求也在20~30A之间。由此我们进行一点估算，一般来讲每相供电能提供30A左右的稳定输出。按照每相供电能提供30A的稳定输出来推算，145A电流就需要5相供电来提供，而VTT部分和X58的供电各需要至少1相，也就是说合理配置至少是5+1+1相，考虑到超频情况，6+2+2相就是合理的选择。华硕P6T Deluxe是16+2+2相，技嘉EX58 Extreme是"12"+2+2相。通过加强散热和合理布线、用料可以让每相供电能力上到40A，每相元件数量和规格不同，供电能力可能不到30A，也可能上到40~60A，因此这里只是对“普通配置”的一点推算。

　　Core i7 CPU的VCC供电基于VRD 11.1规范，目前露面的VRD 11.1规范PWM控制器包括Intersil ISL6336、ON Semi ADP4000等型号，其中以ISL6336/6336A最为常见。VTT供电基于VRD11规范，使用常见的VRD11单相或2~4相控制器即可控制。i7 CPU会发出两组8bit VID信号分别发给VCC和VTT供电的控制芯片，指示供电电路分别产生VCC、VTT电压。对VRD 11.1的详细内容我们暂时还不得而知，只知道CPU提供了PSI#信号，CPU进入C4 “Deeper Sleep”睡眠状态时就会通过PSI#告知PWM控制器，PWM控制器以逐步逼近的方式大幅降低VCC电压，同时将供电相数关闭到最低1相，从而节约电力。