Процессоры персональных компьютеров от Intel (стр. 3 )

По состоянию на июнь 2005 года семейство процессоров Pentium M содержало процессоры с тактовой частотой от 1 ГГц до 2,26 ГГц. Модели с низкими частотами были низковольтными (англ. low voltage) и сверхнизковольтными (англ. ultra-low voltage), что обеспечивало минимальное тепловыделение, а значит и большое время жизни от батарей. Модели 718 (1,3 ГГц), 738 (1,4 ГГц) и 758 (1,5 ГГц) были низковольтными (1,116 В) с тепловыделением 10 Вт. Модели 723 (1,0 ГГц), 733 (1,1 ГГц) и 753 (1,2 ГГц) являлись сверхнизковольтнмии (0,940 В) с тепловыделением 5 Вт.

Ревизия ядра Dothan была представлена в первом квартале 2005 года одновременно с набором системной логики Sonoma и поддерживает системную шину 533 MT/s и XD (реализации технологии NX bit от компании Intel). Эта линейка включала модели 730 (1,6 ГГц), 740 (1,73 ГГц), 750 (1,86 ГГц), 760 (2,0 ГГц) и 770 (2,13 ГГц). Эти модели имели среднее тепловыделение 27 Вт и 2 МБ кэш 2-го уровня.

В июле 2005 года Intel также представил 2 новые модели: 780 (2,26 ГГц) и низковольтную 778 (1,60 ГГц).

Core Solo и Core Duo

Следующее поколение процессоров, использующий микроархитектуру Pentium M, кодовое имя Yonah, которые представлены под новой торговой маркой Intel Core, как Core Solo и Core Duo.

Intel Core (произносится: И́нтел Ко) — это название, используемое для процессоров с кодовым именем Yonah (на иврите Yonah означает «голубка»; также, возможно, в названии содержится указание на пророка Иону), представленных 5 января 2006 года. Оно предназначено для замены торговой марки Pentium M, использовавшейся в ранних версиях мобильных процессоров такой же архитектуры. Это название является частью операции по ребрендингу, запущенной компанией Intel в январе 2006 года; следующее поколение настольных и мобильных процессоров после Intel Core получило название Intel Core 2, которое заменит торговую марку Pentium.

Yonah

Yonah — это кодовое имя первого поколения мобильных процессоров компании Intel, произведённых с использованием техпроцесса 65нм, основанных на архитектуре Banias/Dothan Pentium M, с добавленной технологией защиты LaGrande. Общая производительность была увеличена за счёт добавления поддержки SSE3 расширений и усовершенствования поддержки расширений SSE и SSE2. Но при этом общая производительность немного снижается в связи с более медленным кэшем (а точнее, в связи с его высокой латентностью). Дополнительно Yonah поддерживает технологию NX bit.

Процессор Core Duo является лучшим в мире двуядерным процессором с архитектурой x86 с точки зрения энергопотребления (меньше 25Вт), обогнав по этому показателю предыдущих чемпионов — Opteron 260 и 860 HE с их 55Вт. Core Duo был представлен 5 января 2006 года, наряду с другими компонентами платформы Napa. Это первый процессор компании Intel, который используется в компьютерах Apple Macintosh (компьютер, включённый в Apple Developer Transition Kit, использовал процессор Pentium 4, но он не поступал в широкую продажу и предназначался только для нужд разработчиков).

В противовес предыдущим заявлениям, Intel Core Duo поддерживает технологию виртуализации от компании Intel под названием Vanderpool, исключая модель T2300E, как показывают the Intel Centrino Duo Mobile Technology Performance Brief и Intel's Processor Number Feature Table. Тем не менее, кажется что многие производители предпочтут по умолчанию выключить данную технологию, благо, это возможно сделать в виде опции BIOS.

EM64T (расширения Intel x86-64) не поддерживаются Yonah. Однако, EM64T присутствует в наследнике Yonah, Core 2, имеющего кодовое имя Merom.

Intel Core Duo имеет два ядра, 2Мб кэш 2-го уровня, на оба ядра, и шину управления для контроля над кэшем 2-го уровня и системной шиной. В будущих степпингах процессоров Core Duo так же ожидается возможность отключения одного ядра для лучшего энергосбережения.

Intel Core Solo использует то же двойное ядро, что и Core Duo, но рабочим является только одно ядро. Этот стиль высоко востребован для одноядерных мобильных процессоров, и это позволяет Intel отключением одного из ядер создать новую линейку процессоров, физически выпуская лишь одно ядро. В конечном итоге это позволяет Intel без сильного ущерба для себя сбывать процессоры, у которых одно из ядер оказалось дефектным (ядро просто отключается и процессор идёт в продажу под маркой Core Solo).

Ядро Core Duo содержит 151 миллион транзисторов, включает в себя общий для обоих ядер, 2Мб кэш 2-го уровня. Конвейер Yonah содержит 12 стадий, предсказатель переходов работающий на частоте от 2.33 до 2.50ГГц. Обмен данными между кэшем 2-го уровня и ядрами осуществляется посредством арбитражной шины, что уменьшает нагрузку на системную шину. В результате операция обмена данными ядро-кэш 2-го уровня составляет от 10 циклов (Dothan Pentium M) до 14 тактов. С возрастанием тактовых частот начинают очень сильно расти задержки. Компоненты управления питанием ядра включают в себя блок температурного контроля, который способен управлять отдельно питанием каждого ядра, добиваясь в результате очень эффективного управления питанием.

Процессоры Intel Core осуществляют соединение с набором системной логики посредством 667 T/s системной шины (против 533MT/s системной шины, которая применялась в Pentium M).

Yonah поддерживают наборы системной логики Intel 945GM, 945PM и 945GT. Core Duo и Core Solo используют упаковку FCPGA6 (478 пин), но при этом распиновка их не совпадает с распиновкой, использовавшейся в предыдущих Pentium M, соответственно, они требуют новых материнских плат.

Во многих приложениях (с поддержкой обоих ядер), Yonah демонстрирует нехарактерно большое улучшение производительности над своими предшественниками

два вычислительных ядра без значительного увеличения потребления энергии

выдающаяся производительность

выдающийся коэффициент «производительность на ватт»

Недостатки Yonah в значительной степени наследует от предыдущей архитектуры Pentium M:

·  высокая задержка при обращении к памяти из-за отсутствия на ядре интегрированного контроллера памяти (ещё более усугубляется использованием памяти DDR2)

·  слабая производительность блока операций с плавающий точкой (FPU)

·  отсутствует поддержка 64-bit (EM64T)

·  отсутствует hyper-threading

иногда показывает худшую «производительность на ватт» в однопоточных и слабораспаралеливающихся задачах, по сравнению со своими предшественниками

Платформа Yonah устроена таким образом, что любые обращения к оперативной памяти проходят через северный мост, что увеличивает задержки по сравнению с платформой от компании AMD Turion. Эта слабость присуща всей линейке процессоров Pentium (настольным, мобильным и серверным). Однако, синтетические тесты показывают, что огромный кэш 2-го уровня вполне эффективно компенсирует задержки при обращении к оперативной памяти, что минимизирует уменьшение производительности из-за больших задержек в реальных приложениях.

Многие считают, что недостаток поддержки 64 бит в Yonah приведёт к значительным ограничениям в будущем. Однако, распространение 64 битных ОС сейчас ограничено отсутствием спроса на рынке сбыта, и ситуация начнёт меняться после 2008 года. К тому же мало каким ноутбукам требуется поддержка более 2Гб оперативной памяти, соответственно, нет необходимости в 64-битной адресации. Отсюда многие люди склонны доверять производителям и продавцам мобильных компьютеров, утверждающих, что поддержка EM64T в данный момент не востребована.

Процессор Sossaman для серверов, который базируется на ядре Yonah, также является EM64T совместимым. Для рынка серверов, являющегося более требовательным, все основные ОС уже имеют поддержку EM64T.

Исходя из этого, некоторые рассматривают Core как временную замену, которая позволила Intel закрыть переход между серией Pentium и 64-битными Intel Core 2 процессорами, которые стали доступны летом 2006 года.

В соответствии с планами Intel по выпуску мобильных процессоров на 2005 год видится, что Intel в основном собирается сфокусироваться на большом энергопотреблении своих p6+ Pentium M и намеревается уменьшить его на 50 % при помощи Yonah. Intel планирует продолжить выпуск настольной (NetBurst) архитектуры с уменьшенным энергопотреблением для производительных мобильных решений и использование процессоров Pentium M/Core для средне и низкопроизводительных решений, с низким энергопотреблением. Данная политика была изменена позже, когда стало тяжело сохранять энергопотребление и при этом наращивать производительность там, где это только возможно. Intel сменил политику и отказался от NetBurst и заменил его на p6+ Pentium M/Core. Это вывело p6+ Pentium M/Core в высокопроизводительные и низкопотребляющие решения.

Производное от Yonah, кодовое имя Sossaman, представлено 14 марта 2006 года как Dual-Core Xeon LV. Sossaman фактически является Yonah, за исключением того, что Sossaman поддерживает конфигурации с двумя процессорными разъёмами (всего 4 ядра).

Преемник Core, линейка процессоров Intel Core 2 основывается на микроархитектуре Intel Core. Выход Intel Core 2 привёл к прекращению разделения процессоров Intel на настольные и мобильные, процессоры Core 2 будут представлены как двух - так и одноядерными продуктами для настольных и мобильных компьютеров, в то время как процессоры Intel Core предназначены для ноутбуков. Среди основных отличий Core 2 стоит отметить 64-разрядность и поддержку технологии EM64T, что на практике позволяет использовать в системе более 4 Гб оперативной памяти в 64-битных системах Microsoft. Unix-совместимые системы и некоторые версии Windows NT поддерживают адресацию памяти до 64Гб и на 32-битных процессорах, за счет применения PAE.

Intel's Leading Microprocessors	Mobile Intel® Pentium® III processor - M	Mobile Intel® Pentium® 4 processor - M	Intel® Pentium® M processor	Intel® Celeron® M processor	Intel® Celeron® M processor 6	Intel® Core™ Duo  processor	Intel® Core™ Solo  processor	Intel® Core™ 2 Duo  mobile processor
Single or Dual Core	Single	Single	Single	Single	Single	Dual-Core	Single	Dual-Core
On-die L2 cache	512 KB	512 KB or 1MB	1 MB or 2 MB	512 KB or 1MB	1MB	2MB	2MB	2MB or 4MB
Processor system bus	133 MHz	400 MHz or 533 MHz	400 MHz or 533 MHz	400 MHz	533 MHz	667 MHz	667 MHz	667 MHz
Processor frequency up to	1.33 GHz	3.33 GHz	2.26 GHz	1.60 GHz	1.73 GHz	2.33GHz	1.83 GHz	2.33 GHz
Power-optimized processor system bus	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Intel® Advanced Thermal Manager with per-core Digital Temperature Sensors	No	No	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Intel® Mobile Voltage Positioning (Intel® MVP IV)	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Intel's Recommended Chipsets	Intel® 830 Chipset Family	Intel® 845 Chipset Family	Intel® 855 Chipset Family or Mobile Intel® 915 Express Chipset Family	Intel® 855 Chipset Family or Mobile Intel® 915 Express Chipset Family	Mobile Intel® 945 Express Chipset Family	Mobile Intel® 945 Express Chipset Family	Mobile Intel® 945 Express Chipset Family	Mobile Intel® 945 Express Chipset Family
Support up to 2GB of DDR24	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
USB 2.0 support	No	No3	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Discrete and integrated graphics chipset solutions	Yes	No3	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Dynamic Cache Sizing	No	No	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Intel's Verified Wireless Solution	N/A	N/A	Intel® PRO/Wireless Network Connection	Intel® PRO/Wireless Network Connection	Intel® PRO/Wireless Network Connection	Intel® PRO/Wireless Network Connection	Intel® PRO/Wireless Network Connection	Intel® PRO/Wireless Network Connection
Single & dual band support (802.11b, 802.11a/b, 802.11b/g, 802.11 a/b/g)	N/A	N/A	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Industry standard and extended wireless security support (LEAP, WPA, 802.1x, WEP)5	N/A	N/A	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Intel® PROSet with advanced profile management support5	N/A	N/A	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
Power Saving Technology	N/A	N/A	PSP2	PSP	NCPA	NCPA	NCPA	NCPA

Представленные летом 2006 года х86-процессоры Intel с новой микроархитектурой Сore впервые за последние годы резко опередили процессоры AMD по производительности, обладая при этом более низкоим энергопотреблением.

Основные вехи в истории создания двухъядерных процессоров таковы:

1999 год – анонс первого двухъядерного процессора в мире (IBM Power4 для серверов)

2001 год – начало продаж двухъядерного IBM Power4

2002 год – почти одновременно AMD и Intel объявляют о перспективах создания своих двухъядерных процессоров

2002 год – выход процессоров Intel Xeon и Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading, обеспечивающей виртуальную двухпроцессорность на одном кристалле

2004 год – свой двухъядерный процессор выпустила Sun (UltraSPARC IV)

2004 год – IBM выпустила второе поколение своих двухъядерных процессоров (IBM Power5). Каждое процессорное ядро Power5 поддерживает аналог технологии Hyper-Threading

2005 год, 18 марта – Intel выпустила первый в мире двухъядерный процессор архитектуры x86

2005 год, 21 марта – AMD анонсировала полную линейку серверных двухъядерных процессоров Opteron, анонсировала десктопные двухъядерные процессоры Athlon 64 X2 и начала поставки двухъядерных Opteron 8xx

2005 год, 20-25 мая – AMD начинает поставки двухядерных Opteron 2xx

2005 год, 26 мая – Intel выпускает двухъядерные Pentium D для массовых ПК

2005 год, 31 мая – AMD начинает поставки Athlon 64 X2

С момента выхода первых процессоров Intel на архитектуре предыдущего поколения (NetBurst), старые приверженцы (кто сказал «фанаты»?) компании пребывали в состоянии постоянной встревоженности: или по поводу того, что процессоры AMD демонстрировали в среднем более хорошие результаты, или по поводу того, что Intel удавалось AMD обогнать — но всё же не настолько, чтобы можно было успокоиться. В результате, к 2006 году большинство было настроено успокоиться окончательно. Либо одним способом (увидев превосходные результаты новой архитектуры), либо другим (увидев результаты «не превосходные», и окончательно разочаровавшись). Третьего дано не было, и Intel сама это отлично понимала

2006-й год в процессорной отрасли, по-видимому, так навсегда и останется «годом, в который вышел Conroe»-Меrоm-

Микроархитектура Intel Core

Микроархитектура Pentium 4 NetBurst и ее последняя модификация в процессорах Prescott/Nocona были суперконвейерными, нацеленными на максимальные тактовые частоты. Корпорация Intel выпускала уже и двухъядерные процессоры, однако их микроархитектура не была специально оптимизирована для достижения высокой производительности при низком энергопотреблении. Для многоядерных процессоров с более низкими частотами ее понадобилось существенно переделывать, и была создана новая микроархитектура, Core. В ней число стадий основного, целочисленного конвейера было уменьшено более чем вдвое — до 14. Интересно, что почти столько же стадий имеет IBM Power4 — 15, в AMD Opteron — 12 стадий. Самый короткий конвейер в Sun UltraSPARC T1 (шесть стадий), но отдельные его ядра не нацелены на максимум производительности, а тактовая частота не превышает 1,2 ГГц [3].

Конечно, много важных компонентов микроархитектуры остались в Core неизменными. Можно сказать, что базовые особенности были заложены еще в суперскалярном процессоре Pentium Pro, когда появилась перекодировка CISC-команд x86 во внутренние RISC-подобные микрооперации, внеочередное (Out of Order, OoO) спекулятивное выполнение микроопераций из буфера переупорядочения (ReOrder Buffer, ROB) и др.

Однако в распоряжении разработчиков Core были сразу две разные микроархитектуры — кроме «высокочастотной линии» NetBurst-Prescott-Pentium D (двухъядерный процессор для ПК) и Dempsey (двухъядерный серверный процессор Xeon DP), имелись еще израильские разработки Pentium M — Core Duo (бывшее кодовое название Yonah) для мобильных ПК, в которых частоты и тепловыделение ниже. И микроархитектура Core взяла лучшие черты от обеих линий.

Чрезвычайно важно отметить, что процессоры с микроархитектурой Core обладают поддержкой 64-битных расширений Enhanced Memory 64 Technology (EM64T). Это существенное отличие новой микроархитектуры от микроархитектуры процессоров Pentium M, которые, как и более современные их последователи Core Duo, 64-битные режимы работы не поддерживают в силу заложенных в них ограничений.

Что же касается более конкретных деталей, то первые процессоры, входящие в Intel Core Microarchitecture, имеют двухъядерный дизайн (выполненный на едином полупроводниковом кристалле), обладают кеш-памятью первого уровня объёмом 64 Кбайта (которая разделяется на две части по 32 Кбайта для кода и данных) и комплектуются общей (разделяемой) на оба ядра кеш-памятью второго уровня объёмом 2 или 4 Мбайта.(См. рис)

Процессоры с новой микроархитектурой для ноутбуков, получившие кодовое имя Merom, выпускаются исходя из их требуемого типичного тепловыделения, не превышающего 35 Ватт. Это позволит при сохранении того же, как и у мобильных компьютеров на базе современных процессоров Intel Core Duo, времени работы от аккумулятора, достичь более чем 20-процентного прироста в производительности.

Серверные варианты процессоров, названные кодовым именем Woodcrest, по сравнению с предыдущими двухъядерными CPU линейки Xeon, получили 80-процентный прирост в быстродействии, а их типичное энергопотребление снизилось примерно на 35% и составляет около 80 Вт.

Что же касается процессоров для "настольного" сегмента рынка, то им присвоено кодовое имя Conroe. Рост производительности Conroe по сравнению со старшими моделями линейки Pentium D 9XX составляет около 40%. При этом типичное энергопотребление ниже примерно на такую же величину. В результате, энергопотребление процессоров для настольных компьютеров (исключая модели, нацеленные на энтузиастов) лежит в пределах 65 Вт.

Какие же микроархитектурные инновации внесены в Intel Core Microarchitecture.

1.  Технология Intel Wide Dynamic Execution призвана обеспечить выполнение большего количества команд за каждый такт, повышая эффективность выполнения приложений и сокращая энергопотребление. Каждое ядро процессора, поддерживающего эту технологию, теперь может выполнять до четырех инструкций одновременно с помощью 14-стадийного конвейера.

2.  Технология Intel Intelligent Power Capability, активируя отдельные узлы чипа только по мере необходимости, значительно снижает энергопотребление системы в целом.

3.  Технология Intel Advanced Smart Cache подразумевает наличие общей для всех ядер кэш-памяти L2, совместное использование которой снижает энергопотребление и повышает производительность. При этом, по мере необходимости, одно из ядер процессора может использовать весь объём кэш-памяти при динамическом отключении другого ядра.

4.  Технология Intel Smart Memory Access повышает производительность системы, сокращая время отклика памяти и оптимизируя, таким образом, использование пропускной способности подсистемы памяти.

5.  Технология Intel Advanced Digital Media Boost позволяет обрабатывать все 128-разрядные команды SSE, SSE2 и SSE3, широко используемые в мультимедийных и графических приложениях, за один такт, что увеличивает скорость их выполнения.

Теперь остановимся подробнее на каждом из них.

Первое упоминание термина Dynamic Execution (динамическое исполнение) относится к процессорам Pentium Pro, Pentium II и Pentium III. Говоря о динамическом исполнении команд в этих процессорах, Intel подразумевал принципиально новую суперскалярную микроархитектуру P6, способную выполнять анализ потока кода, и обладающую возможностями спекулятивного (упреждающего) и внеочередного исполнения команд. При переводе процессоров для настольных компьютеров на микроархитектуру NetBurst, Intel стал говорить уже об усовершенствованном динамическом исполнении, которое, помимо перечисленных выше свойств, обладало более глубоким уровнем анализа кода и значительно улучшенными алгоритмами предсказания переходов.

Теперь же, в новой микроархитектуре Core, речь идёт о "широком" динамическом исполнении. Широким оно стало благодаря тому, что будущие процессоры Intel смогут исполнять больше операций за такт, нежели их предшественники. Благодаря добавлению в каждое ядро дополнительного декодера и исполнительных устройств, каждое из ядер будущих процессоров сможет выбирать из программного кода и исполнять до четырёх x86 инструкций одновременно, в то время как остальные процессоры AMD и Intel (как "настольные", так и мобильные), могут обрабатывать не более трёх инструкций за такт. На четыре декодера (один для сложных инструкций и три – для простых) микроархитектура Core предполагает наличие шести портов запуска (один – Load, два – Store и три универсальных). Кроме того, микроархитектура Core получила более совершенный блок предсказания переходов и более вместительные буферы команд, используемые на различных этапах анализа кода для оптимизации скорости исполнения.