昂貴的至強E5比同代i7貴在哪裡？

有個有趣的問題經常被提起:至強E5和E7 CPU比同代高端i7貴數倍乃至幾十倍，但單核主頻卻相對持平甚至落後，難道多餘的錢都用來增加內核了嗎？E5憑什麼這麼貴？更進一步的問題是如果有錢任性，像Apple的Mac Pro一樣搭一個E5單路workstation划得來嗎（Refurbished Mac Pro 3.7GHz Quad-Core Intel Xeon E5）？

i7和E5型號眾多，為了檢驗該命題的真偽，我們選取型號較老的Broadwell架構三款同代至強cpu和酷睿CPU來進行比較。它們是

1. i7 5775R Intel? Core? i7-5775R Processor (6M Cache, up to 3.80 GHz) Product Specifications
2. Xeon E5-2667 Intel? Xeon? Processor E5-2667 v4 (25M Cache, 3.20 GHz) Product Specifications
3. Xeon E5-4669 Intel? Xeon? Processor E5-4669 v4 (55M Cache, 2.20 GHz) Product Specifications

先來個全家福：

這裡推薦Intel的官網：Intel? Product Specifications，在它上面可以很方便的選出各種CPU型號進行比較。我們先來看一下他們的基本情況和價格：

它們都是14nm工藝。但i7的價格只有E5-2667價格的1/6，只有E5-4669價格的1/20。我們再看一下他們的基本配置情況：

這頁有很多需要重點關注的內容：核心數從4，一路上升到22。主頻i7-5775和E5-2667很接近，在3.2GHz左右，但E5-4669就降低到了2.2GHz。這是為了在TDP相對E5-2667不變的情況下塞入更多的核心和cache而做的犧牲。Cache數目相差巨大，從i7的6MB上升到55MB，幾乎上升10倍。

同樣的，這一頁亮點也很多。內存i7只支持雙通道，最大32GB，且不支持ECC內存。而E5則支持高達1.54TB內存，支持4通道和ECC內存。

其他方面E5沒有內置GPU，i7不支持TXT等功能。感興趣的同學可以詳見我做好的比較表:Intel? Product Specification Comparison

性能比較

我用Cinebench簡單地對i7-5775和E5-2667做了Benchmark，單核性能比較：

多核性能：

CineBench是很有說服力的一套CPU和顯卡測試系統。這裡用的是最新的是R15版。相比R11.5版本的最多16個核心來說，R15版本最多能夠支持256個邏輯核心，此外新版本還加強了著色器、抗鋸齒、陰影、燈光以及反射模糊等的考察，對CPU性能的檢測更加準確，也比較符合我們日常的遊戲和工作行為。

GeekBeach的數據如下是，單核：

多核：

性能分析

從Cinebench結果來看E5-2667的單核性能因為頻率的略微差距而落後與i7，而多出了1倍的內核也帶來了不到1倍多核性能的提高，多出的Cache完全沒有發揮作用。而E5-4669的單核性能更是遠遠落在了後面。Geekbench的結果略有不同但也沒有根本區別。這些數據和6倍到20倍的價格形成鮮明反差，那麼買E5的人是不是人傻錢多呢？

E5的優點

i7系列對於一般用戶使用場景進行了優化。因為多數應用對應多線程沒有優化，太多線程往往沒有什麼意義，還不如睿頻高一些。

而至強系列，尤其是E5和E7系列，一般用於伺服器和高級工作站，內核數最多的HCC版的架構如下:

內核數次之的MCC和最少的LCC架構：

它們除了內核數不同外，都對伺服器場景做了特殊優化：

1. 在TDP極限下，盡量加入更多核而不是提高單核性能。因為伺服器往往運行伺服器操作系統，任務也多為多任務而優化，甚至大部分都安裝虛擬機，IaaS可以讓每個核都各盡其用。對於Big data等系統，24個2.2G的核比4個3.3G的核更加重要。
2. 對ECC內存和RDIMM的支持。伺服器對於關鍵性數據錯誤極其敏感，尤其是金融領域。ECC和RDIMM對運算速度沒有幫助，但對數據安全提高很大。
3. 對超大內存的支持。32G的內存也許對於一般用戶足夠用了，但對於伺服器卻遠遠不夠。現在內存資料庫發展很快，至強1.5TB的內存變得十分必要。
4. 極大的LLC(Last Level Cache)。進一步減少了對內存帶寬的壓力，提高了效能。
5. 多達40個Lane的PCIe。伺服器往往需要外插GPU擴展浮點計算能力，尤其是機器學習大行其道的今天，每個CPU後面往往要插兩個N卡或者Xeon Phi的PCIe卡。16 lane * 2 = 32個lane是必備需求，再加上高速的網口也需要連接在CPU後面，40個lane有時都捉襟見肘。
6. 更多內存通道。Xeon支持4通道，雙路支持8通道。極大的擴展了內存帶寬，對高吞吐的伺服器十分重要。
7. 更多了RAS特性。現在很多關鍵性領域，如銀行等，要求可靠性達到n個9，RAS中的熱插拔內存和CPU使之成為可能。內存花樣繁多的可靠性擴展功能，更有Mirror特性，可以組成類似RAID的內存庸余陣列，極大地提高了內存的可靠性。
8. 極大的擴展性。E5的兩條QPI/UPI匯流排，可以搭建雙路甚至四路伺服器（2跳）；E7的三條QPI/UPI可以搭建只要1跳的4路伺服器和最大2跳的八路伺服器，極大的擴展了伺服器的最大內核數和內存容量：

那麼為什麼Mac Pro選擇E5呢？我們來看一下它的組成框架圖：

Apple正是看中了E5的四路ECC DIMM的支持，以及對40 Lane的PCIe的支持，可以讓它同時插入兩個16 lane的AMD GPU和8 lane的PEX，佔滿了所有PCIe的通道。同時Apple聰明的選擇了核心少而主頻高的E5 SKU，就像例子中的E5-2667，而沒有選擇E5-4669，既保證了單線程應用的需要，又讓工作站的整體性能十分彪悍。

結論

E5/E7貴有貴的理由，它對於伺服器和高級工作站來說十分合適。對於普通用戶來講，就顯得不那麼必要了，要知道，別看E5 CPU貴，支持它的主板和ECC內存也很貴，比較新的一般便宜的5萬RMB，不是一般消費者可以企及的。實在是看著至強眼饞，也可以選擇E3過過癮。

接下來計劃增加以下文章，敬請期待：

1. 為什麼沒有16路乃至32路的伺服器？
2. 為什麼Intel的CPU核心數絕大多數都是偶數？
3. 從Ring Bus到mesh，為什麼需要更新片內匯流排？
4. 為什麼Apple的筆記本和MAC上沒有Intel inside？

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參考資料：

[1]: https://promotions.newegg.com/b2b/microsoft/11-4345/images/imgs/why_choose_intel_xeon.pdf

[2]: Intel? Product Specification Comparison

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