Intel第六代处理器 Skylake CPU、GPU、主板完全解析

CPU 篇

时光飞逝。对于老玩家来说，今年已经迎来了第六代 Intel 当然，处理器不是古代早期的 Intel 产品。第六代处理器架构命名为 Skylake，根据 Intel 的 TIck-Tock 战略，这次是来改变架构的 Tock 时程。与更换工艺相比 TIck，变换架构的 Tock 通常会带来更大的效率提升，以及新功能、新技术的实装，这次我们来看看 Skylake 处理器，新添加的地方 4 大特色。

特色 1:工艺和架构双重升级

等等，你做错了什么吗？为什么 Skylake 工艺和架构都会升级，刚才不是说的 Skylake 属于更新架构 Tock 时程吗？从策略面来说，Skylake 的确是延续 Broadwell 的 14nm 工艺。对于消费者而言，Haswell 然后就是紧接着 Skylake，所以可以说所有的工艺和架构都升级了。现实的朋友可能会问，从 Haswell 到 Skylake 有什么变化？

过去工艺升级最明显的优势是 TDP 降低。TDP 减少意味着你可以使用更小的散热风扇，TDP 虽然不等于耗电，但是 TDP 基本上与功耗成正比。 Haswell 与 Skylake 主流四核心处理器 TDP，可看到从 84W 降低到了 65W，节能减少废热自然是一个很强的优势。

▲根据 TIck-Tock 策略，Skylake 已经是第六代产品了，从先到后顺序 Nehalem、Sandy Bridge、Ivy Bridge、Haswell、Broadwell。

14nm 工艺 FinFET 缩小到 78%

刚才提到了工艺升级的实际好处，你可能会反过来问工艺。 Intel 改变了什么？Skylake 用的是第二代 FinFET 晶体管技术，14nm 与 22nm 与工艺相比，Skylake 晶体管缩小到原来 78%、FinFET 片间距缩小到 70%、SRAM 面积缩小到 54%。在单位面积内反复显示数字，Skylake 的晶体管数量远高于 Haswell，晶体管密度较高。

工艺升级要解决的大问题是漏电，尽管 Intel 未明确公布 Skylake 但是 Intel 曾说明 14nm 每瓦的效率是 22nm 工艺的 2 倍，同为 14nm 工艺的 Skylake 可预测的功耗性能将优于 Haswell 才是。

▲这是 Intel 的 22nm 工艺 FinFET 图片，第二代设计密度高于此。

特色 2：DDR3、DDR4 无缝接轨

虽然是以前推出的 Haswell-E 可以支持平台 DDR4 内存。然而 Haswell-E 毕竟是消费级产品的高级平台 Skylake 平台搭载更有指标意义。特别是，这次 Skylake 平台并非完全向 DDR4 靠拢，而是 DDR3、DDR4 双规格并行，主板制造商可以行选择搭配 DDR3 或 DDR4。

如果你行对消费者的好处是显而易见的。 Haswell 升级的人不必抛弃你 DDR3 内存，买张支持 DDR3 的 Skylake 可以使用平台主机版。如果你是从 DDR2 升级平台或组建新的计算机，然后直接上升 DDR4 对未来的支持度更高。给消费者选择权，这种设计是由衷喜欢的。

▲图为 DDR4-2133 的 8GB 内存模块，DDR3 与 DDR4 防呆插槽不同，不能混用。

DDR3、DDR4 选哪个好？

很多人会问，我们应该选择吗？ DDR3 或 DDR4 更好？就我个人而言，如果你没有预算或平台负担，你当然会选择 DDR4 比较好。DDR4 规范早在 2012 年 9 月底大致确定，规格不会突然改变。

DDR4 与前代相比，内存具有高频、低功耗、高带宽、易超频的特点。普遍来说，DDR4 都是 DDR4-2133 起跳，最高约 DDR4-4000，且多数为 8GB 大容量模块，4GB 只是过渡产品。但如果你只是想建立一个基本的平台，选择 DDR4 可以预见，成本会更高，内存实际上很难感受到效率差异。这几百到几千元的价差是否划算取决于你的选择。

特色 3：取消 FIVR，设计归还主板

FIVR 的全名是 Full Integrated Voltage Regulator，全集成电压调节模块。FIVR 从 Haswell 开始搭载，Broadwell 直到 Skylake 取消处理器。Intel 早就透露取消 FIVR 我们不知道取消的主要原因，但大多数猜测 FIVR 设计方向没错，但目前技术会导致部分效率不彰，因而 Intel 选择在 Skylake 然而，这种设计在未来可能会被取消。

说了这么多 FIVR 是什么？在 Haswell 为了提高处理器的供电效率，过去必须设计主板 Core VR、Graphics VR、PLL VR、System Agent VR 通过这些模块，并通过这些电源模块向处理器提供不同的电压。Intel 当然，如果设计一个全方位的电压调节模块并建在处理器中，供电会更有效吗？这就是 FIVR 设计起源。

事实上，FIVR 准确控制电压确实有效，可以提高供电效率。主板厂家不需要设计一堆供电模块，简化了设计的复杂性。所以你可以看到 Haswell 在平台上，主板电源相数 4 相可以用，但是中高级版也不过 8 至 12 相。过往 24 甚至 36 相的供电不再存在，但取消了 FIVR 是否会再次恢复值得观察。

▲FIVR 是 Haswell 平台开始使用。从图中可以看出，它集成了原始 Ivy Bridge 大量主板供电模块。单一供电后，有助于提高供电效率，但也因为 FIVR 内部建在处理器中，导致处理器 TDP 因而提升。

FIVR 隐忧与缺陷

然而 FIVR 被取消肯定有它的缺点，有人认为 FIVR 它增加了处理器设计的复杂性复杂性 FIVR 集成在处理器中。其次，主流处理器 TDP(Thermal Design Power)，从 Ivy Bridge 时期的 77W 提升到 84W，据称也是 FIVR 的影响。

另外，以前在 IDF 2015 会上有提到 FIVR 在 TDP 仅 4.5W 的 Skylake-Y 表现不佳，可能是 Intel 决定删除整个架构 FIVR 的主因。

特色 4：BCLK 独立，超频更容易

先前 3 一些玩家可能对项特征没有感觉，但是 Skylake 让 BCLK 独立，不像过去 PCI-E 频率连动导致超频瓶颈。虽然处理器的倍频仍然被锁定，但 BCLK 可从 100MHz 超到 133MHz，与过去相比，只有 5 至 10% 形成强烈对比的超频幅度。

Skylake 这不仅仅是设计创新

Skylake 除了以上容易理解的内容外， 4 除了项目特在 GPU、架构上有很多新的设计，比如普通 EU 增加数量，提高供电设计效率，加强分支预测器等。 Skylake 但由于篇幅有限，CPU 到此为止。

整体而言，Skylake 对我们来说，不仅有结构上的变化，还有工艺上的提升，对消费者来说，DDR3 与 DDR4 并存提供了更多的选择。对玩家而言，BCLK 独立强化超频也是一个值得期待的特点。但新设计可能会带来额外的副作用，就像当年一样 FIVR 一般，新的设计会不会有其他问题，过阵子应该就会知道。但目前，Skylake 还是值得期待的新产品。

▲Skylake 不仅如此 4 点，在 GPU、PCH 即使在功能方面也有新的功能或改进。就我个人而言，尽管近年来处理器的规格和效率都像挤压牙膏一样，但 Skylake 值得一试。毕竟前面的产品。 Haswell Refresh 与 Broadwell 太令人失望了，你是吗？

GPU 篇

前文提到了Intel新处理器 Skylake 的 4 大特点，包括工艺提升、支持 DDR3 与 DDR4、取消 FIVR、BCLK 独立等功能。当然，这只是处理器层面的变化，Skylake 还有绘图核心的变化，以及主板芯片组的改进。这次我们来看看，Skylake 绘图核心有哪些变化？

Intel 近年来，处理器的效率增长像挤牙膏一样被挤压，绝大多数的增长都显示出核心水平，而不是处理器本身的计算效率。 HD Graphics 时代开始，Intel 核心地位逐渐提高，近年来甚至可以达到中低水平 NVIDIA 与 AMD 独立显卡的效率性能。

试想，当每颗处理器都有内建不亚于低阶独立显卡的显示效能，何必选择独立显卡呢？一方面可减少耗电量，再者也能释放计算机的可用空间。这次 Skylake 绘图的核心主要是提高架构规模，给它一个新的命名原则。

▲Skylake 处理器分布如上图所示，最左侧为绘图核心。

GPU 特色 1：EU 规模暴增

EU 是什么？EU(EexecuTIon Uunit) 是 Intel 绘图核心基本运算单位的地位等于 NVIDIA 的 CUDA Core，以及 AMD 的 ALU(Arithmetic Logic Unit)。过去在 Haswell 上使用的架构为 Gen 7.5，是将 10 个 EU、Thread Dispatch(线程调度器)，Sampler(采样器) 等组件，一起组成 1 组 Subslice。

若将 2 组 Subslice、Fixed function units，加上 L3 Data Cache，成为一个完整的运算单元 Slice。因此 Slice 内有 20 个 EU，这就是为什么 Haswell 上图核心规格完整 20 或 40 个 EU，例如 Core i7-4770K 的 GT2 有 20 个 EU，Core i7-4770R 的 GT3e 是 40 个 EU。至于低级产品，核心结构肯定会被删除，所以只有 组 Subslice 构成 Slice，像是低阶的绘图核心 GT1 就只有 10 个 EU。

▲EU 是基本的运算单位，即便如此，内部还是有许多次层级的组件。

Gen 9 架构换汤不换药

Broadwell 时代进化到了 Gen 8 架构，此时 Slice 内的架构设计略有变化，每组 Subslice 内仅存 8 个 EU。你可能会问，这样效能不就更差了吗？的确，若 Slice 内仅有 2 组 Subslice 的话确实会让效能降低，但 Intel 让 Slice 内增为 3 组 Subslice，让整体的运作效率提升。

▲Gen 7.5 架构内 Subslice 有 10 个 EU，后来到了 Gen 8 时期为了效率，删减为8 个 EU。

为何 Broadwell 重新排列组合后效率会增加？从架构图中我们可以看到，每组 Subslice 内只有 8 个 EU，也就是说每个 Thread Dispatch(线程调度器)、Sampler(采样器) 可以更有效率分配。而运算效能的部分，可以藉由堆栈更多的 Subslice 来达成(也就是更多的 EU)，让 Broadwell 运算效能更高。因而在 Broadwell 上，看到的 EU 数量大多是 24 或 48 等等 8 的倍数。

▲Gen 8 与 Gen 9 皆采用 8 个 EU 的配置，并且由增加 Subslice 的总数，来达到提升整体效能的目的。简单来说，就是靠一堆运算单位来堆出效能。

到了 Skylake 时期，绘图核心架构被称为 Gen 8.5 或 Gen 9，从已知的架构来看，设计与 Broadwell 的 Gen 8 相同，差别仅在于显示核心内 Slice 数量最多增加到 3 组，EU 从原本的 24、48 个，增加到最多 72 个。

▲Skylake 时期 Slice 内有 3 组 Subslice，每个绘图核心内又有 3 组 Slice，因此EU总计有 8x3x3=72 个。

GPU 特色 2：型号新命名原则

刚刚说过，EU 从原本的 24 增加到最多 72 个，因此绘图核心的型号增加最高的 GT4 等级，再往下依序是 GT3、GT2、GT1。当然这是给厂商以及内部使用的型号，对消费者 Intel 仍保留了 Iris Pro、Iris、HD Graphics 等品牌营销代号。

且为了精简型号代码，型号从原本的 4 码变更为3码，像是 Iris 540、HD Graphics 515 等型号。你可以从型号中得知绘图效能高低，Iris Pro 优于 Iris 优于 HD Graphics。内建 72 个 EU 最高级的 GT4e 就是 Iris Pro，48 个 EU 的 GT3 与 GT3e 就是 Iris，再往下就是 HD Graphics。

重生的 GPU 效能

过往 Intel 的绘图效能都只有被嘲笑的份，但从 HD Graphics 时代开始已经有明显的进步，到了近几年，Iris 系列更是能与中低阶独立显示适配器抗衡。内建就能有不错的效能，何必多花钱买独立显卡。但仍有许多消费者认为独立显示芯片还是比较好，这造成了部分笔电上，搭配的独立显示芯片，竟然比内建的 Intel 显示效能还要差的怪现象。目前最高级的 Iris Pro，也就是 GT4e 等级，约莫等同 GTX 740、HD 7750。

▲Skylake 基本的 Gen 9 架构配置如上，可视情况再增加 Slice 以提升效能。

GPU 特色 3：eDRAM 运作改变

eDRAM 是 Haswell 开始搭载的硬件设计，简单来说它的作用为 L4 Cache。会增加这功能，主要是因为 IGP(整合型绘图芯片) 经常面临内存带宽不足的问题，Intel 提供的解决方式就是在处理器内，有个独立的内存区块也就是 eDRAM，频率最高 1.6GHz。

之所以位于独立区块，原因是这区块工艺不同于其他区域，且独立的好处是能随市场增加或减少内存容量，操作弹性较高。有意思的是，这 eDRAM 并非完全隶属于 GPU，而是可随状况动态调整支持 CPU(处理核心) 或 GPU(绘图核心)。这意味着，当安装独显的时候，eDRAM 就会完全替 CPU 工作，因为此时 GPU 是关闭的。

在Skylake时期，绘图核心可与处理核心共享 LLC(L3快取)，但跟 Haswell 时期相比，差异在于 eDRAM 运作方式改变。现在 eDRAM 控制器位于 System Agent，此时 LLC 能空出 512KB 的空间，让 eDRAM 被视为 LLC 与系统主存储器之间的快取机制。

然而，并非所有 Skylake 处理器都有 eDRAM 设计，像是 Core i7-6700K 就没有 eDRAM。一般而言 eDRAM 容量约 64 至 128MB 不等，最高频率 1.6GHz，读写的总线采分离设计，各有 32byte 的传输量。

▲eDRAM 可动态服务 CPU 或 GPU，但并非所有产品都有配制 eDARM。

GPU 特色 4：设计小改效率提升

虽说 Gen 9 跟 Gen 8 的架构设计大同小异，但深层仍有些变动，在此一并解说差异。基本的运算单位 EU，现在可将当下执行的线程中断，改执行其他线程，也就是 EU 可支持多任务的运作。此外，支持列表还有 round-robin，以及执行途中不中断的 32bit 浮点数原子式操作。

先前说过 LLC 空出多余的空间，这让 Shared Virtual Memory 的写入效能提升。材质样本现在可支持 NV12 YUV 格式。

此外，单一 Slice 内 L3 Cache 容量从先前的 384 至 576KB，增加到 768KB。并有共享内存，用以存放各 EU 间互通的数据。Skylake 的绘图核心靠的是 Graphics Technology Interface 与其他硬件沟通，它位于架构图最底下的位置，即为绘图核心的沟通接口，意义上与 LLC 连接。

Gen 9 架构的规格、效能，大多与 Gen 8 相同，但靠着比较多的 EU 总数，效能面还是可以胜过自家前代产品。且靠着已经成熟的 Slice 架构配置，可增减需要的 Subslice 数量，藉此作出产品区隔与效能差异。

▲中央橘黄色即为 Intel 这几年很重视的 Ring，用以连接处理器内各原件的信息，简单来看可视为数据的交换、传输管道。

靠堆量取胜的小改款

整体而言，Skylake 的绘图核心设计与 Haswell 相比变化不大，这让我们看到了当年 AMD 与 NVIDIA 的影子。靠着堆栈与切割运算单位，藉此达到效能增减的效果。以 Intel 目前的架构规模来说，这方式仍可运作一段时间，但仍有几点值得关注。

第一，绘图核心规模增加后，是否会影响到处理核心原本的表现，像是 TDP 的问题。其二，处理器内，能够容纳的绘图核心有多大的区块，虽然工艺精进晶体管密度更高，但总会有物理极限的问题，以及 Die 可用面积有限。

Skylake 的 Gen 9 架构，没带给我们太多的惊喜，但效能差距摆在眼前，对于消费者来说，关心的永远不会是架构上的改变。而是效能增加的多少，价格又便宜了多少。以这点来说，Skylake 应该还算相当成功的产品。

主板篇

前面介绍了 Skylake 处理器架构，以及 Gen 9 的 GPU 特色，大家对于 Skylake 平台应该有了基本的了解。但计算机并非有处理器就能运作，还得搭配主板支持才行。Intel 针对 Skylake 平台，推出了 100 系列的芯片组 (PCH)。部分读者表示，对于这次芯片组实在不知道该怎么挑才好，接下来我们除了介绍芯片组特色外，还带大家了解 Z170、H170、B150、H110 等主板有什么以及少了什么。

特色 1：插槽换新不相容

这次 100 系列有 Z170、Q170、H170、Q150、B150、H110 多种 PCH 型号，皆采用 Skylake 专属的 LGA 1151 插槽，虽然与 Haswell 相比只差了1个针脚，但很可惜地并未能向下兼容。更换脚位已经是 Intel 与 AMD 近年常用的手法，可促使消费者转移至新平台，且现在 2 年才换脚位，已经比之前好了一些。

▲虽然只差了 1 根针脚，但 Skylake 与 Haswell 平台并不相容。图片来源：legitreviews

特色 2：支持 DDR4 内存

在 CPU 篇我们曾经提到 Skylake 可支持 DDR3 或 DDR4 内存，Intel这次终于在主流平台上导入 DDR4。如果你有很大量的 DDR3 内存，那么你可以选择 100 系列支持 DDR3 内存的主板，但个人还是建议，DDR4 拥有高速、低功耗等优势，若没内存包袱还是直上新内存比较好。

如果你跟笔者一样三心二意，没关系！因处理器支持 DDR3 与 DDR4 控制器，在实务上的确可以做出Combo 也就是同时支持 DDR3 与 DDR4 内存的主板，让你保留未来的内存升级空间。

▲有不少厂商推出 DDR3、DDR4 双栖的主板，仔细看可发现内存插槽的防呆位置不同。

特色 3：DMI 3.0 带宽、速度暴增

Intel 在处理器与 PCH 之间沟通使用的是 DMI 通道，先前 DMI 2.0 通道仅有 PCI-E 2.0 x 4，带宽为双向 4GB/s，这次 100 系列主板将 DMI 升级为 3.0 版本，通道变为 PCI-E 3.0 x 4，带宽提升为 8GB/s。以往南桥芯片只提供 8 条的 PCI-E 通道，这次南桥竟然让规格提升到 PCI-E 3.0，且最多有 20 条可供使用。

PCH 需要运用大量的 PCI-E 通道给显示适配器、M.2 等第三方 SATA控制芯片，过去在 Z97 上经常会出现捉襟见肘的状况。100 系列主板提供大量高速的 PCI-E 3.0 通道，可望解除外接装置的限制，也让主板制造商能有更多的选择性。不再需要像过去安装大量高速装置，需要共享 PCI-E 带宽。现在USB 3.1 Gen 1 数量从 6 个变 10 个，也是大带宽带来的优势。

▲归功于 DMI 3.0 的大带宽，得以让主板拥有更快且更多的界面。

特色 4：Flexible I/O 最多 26 埠

Flexible I/O 是 Intel 为了弹性调配接口种类的设计，简单来说，100 系列上有 26 个埠位可供使用，像第一个就是给 USB 3.0 使用，第十二个就是给 PCI-E 使用，这些是固定只能定义给这类接口使用。但像是第十五个埠位，主板厂商就能选择要用于 PCI-E、Lan 或是 SATA，增加了调动的弹性，而不是Intel 说了算。

然而并非所有 100 系列主板都有 26 个埠位可供使用，会依照芯片等级进行屏蔽。高阶的 Z170 等主板自然有较多的埠位，而 H110 这类低阶产品，自然就只剩几个可用。因此 Flexible I/O 主要是针对中高阶产品而生，毕竟低阶产品都被屏蔽光了，自然也就相对少用到这功能。

▲Flexible I/O 可让厂商调配接口的种类，不再受限于Intel的接口配制设定。

主板到底差在哪？

以 Intel 公板设计来说，各 PCH 的最大差别在于接口的多寡，从规格比较表中，不难看出各主板间的差别在哪。对于一般消费者来说，挑张 B150 甚至 H110 就够用了，给你再多的界面你不去用它也只是浪费。

除 PCH 功能外，主板制造商常在中高阶主板上多些特殊功能，像是特殊的网卡、第三方控制器等硬件设计，或是更炫的外观。在这薄利时代，高阶产品已经不能代表用料用的好，碰到有良心的厂商大多会用相对好的用料。但低阶产品方面，常为了价格竞争在一些看不到的地方偷工减料，已经是很常见的状况。

对笔者来说，会宁愿挑张中低阶的主板当免洗的用，就算坏了也不心疼。毕竟高阶主板的价位常常高达中低阶产品的数倍以上，但事实上提供的功能设计，似乎不值得花这么大的价差去取得。至于这样买对不对，就真的是见仁见智了。

▲主板差在哪？从表格中应该不难看出就是接口的排列组合差异。