🗊 Презентация Перспективные разработки 32- и 64- разрядных микропроцессоров

Перспективные разработки 32- и 64- разрядных микропроцессоров.

Рассматриваются два самых крупных производителя микропроцессоров

Микроархитектура Intel Core В основе лежит философия экономного использования электроэнергии; Микроархитектура Intel Core включает следующие инновации: Intel Wide Dynamic Execution - технология выполнения большего количества команд за каждый такт, повышающая эффективность выполнения приложений и сокращающая энергопотребление. Каждое ядро процессора может выполнять до четырех инструкций одновременно с помощью 14-стадийного конвейера Intel Intelligent Power Capability - технология, с помощью которой для исполнения задач активируется работа отдельных узлов чипа по мере необходимости, что значительно снижает энергопотребление системы в целом Intel Advanced Smart Cache - технология использования общей для всех ядер кэш-памяти L2, что снижает общее энергопотребление и повышает производительность, при этом, по мере необходимости, одно из ядер процессора может использовать весь объём кэш-памяти при динамическом отключении другого ядра Intel Smart Memory Access - технология оптимизации работы подсистемы памяти, сокращающая время отклика и повышающая пропускную способность подсистемы памяти Intel Advanced Digital Media Boost - технология обработки 128-разрядных команд SSE, SSE2 и SSE3, широко используемых в мультимедийных и графических приложениях, за один такт

Ядро Conroe

Conroe — 65 нм технологический процесс Conroe — 65 нм технологический процесс Микропроцессор для настольных систем с поддержкой симметричной многопроцессорности (SMP), ограниченной двумя микропроцессорами Представлен: 27 июля 2006 года Поддержка инструкций SIMD: SSE4 Количество транзисторов: 291 миллион у моделей с 4 МБ кэш-памяти 167 миллионов у моделей с 2 МБ кэш-памяти Реализованы технологии: Intel Virtualization Technology — поддержка нескольких операционных систем на одном компьютере (кроме моделей Core 2 Duo E4x00) LaGrande Technology — enhanced security hardware extensions Execute Disable Bit EIST (Enhanced Intel SpeedStep Technology) iAMT2 (Intel Active Management Technology) — удаленное управление компьютерами Сокет: LGA775 Варианты: Core 2 Duo E6850 — 3,00 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1333 MHz FSB) Core 2 Duo E6800 — 2,93 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E6750 — 2,67 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1333 MHz FSB) Core 2 Duo E6700 — 2,67 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E6650 — 2,33 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1333 MHz FSB) Core 2 Duo E6600 — 2,40 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E6420 — 2,13 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E6400 — 2,13 ГГц (Кэш L2 размером 2 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E6320 — 1,86 ГГц (Кэш L2 размером 4 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E6300 — 1,86 ГГц (Кэш L2 размером 2 Мб, 1066 МГц FSB) Core 2 Duo E4500 — 2,20 ГГц (Кэш L2 размером 2 Мб, 800 MHz FSB, нет VT) Core 2 Duo E4400 — 2,00 ГГц (Кэш L2 размером 2 Мб, 800 МГц FSB, нет VT) Core 2 Duo E4300 — 1,80 ГГц (Кэш L2 размером 2 Мб, 800 МГц FSB, нет VT) Core 2 Duo E4200 — 1,60 ГГц (Кэш L2 размером 2 Мб, 800 МГц FSB, нет VT)

Ядро Kentsfield

Kentsfield — 65 нм технологический процесс Kentsfield — 65 нм технологический процесс Микропроцессор для настольных систем с четырьмя ядрами (Quad Core) с поддержкой симметричной многопроцессорности (SMP) (ограничено четырьмя микропроцессорами) Представлен: 13 декабря 2006 года Реализованы те же технологии, что и у микропроцессора Conroe, но в отличие от него имеет 4 ядра Сокет: Socket 775 Варианты: Core 2 Extreme QX6850 — 3,00 ГГц (Кэш L2 размером 2x4 Мб, 1333 МГц FSB) (16 июля 2007 года) Core 2 Extreme QX6800 — 2,93 ГГц (Кэш L2 размером 2x4 Мб, 1066 МГц FSB) (9 апреля 2007 года) Core 2 Extreme QX6700 — 2,66 ГГц (Кэш L2 размером 2x4 Мб, 1066 МГц FSB) (4 ноября 2006 года) Core 2 Quad Q6700 — 2,66 ГГц (Кэш L2 размером 2x4 Мб, 1066 МГц FSB) (16 июля 2007 года) Core 2 Quad Q6600 — 2,40 ГГц (Кэш L2 размером 2x4 Мб, 1066 МГц FSB) (7 января 2007 года)

Микроархитектуры ближайших лет

Penryn Усовершенствования, которые принесет переход на новый техпроцесс, интересно рассмотреть с позиций количественного сравнения. Например, четырехъядерные процессоры Penryn будут включать около 820 млн. транзисторов, которые разместятся на двух кристаллах площадью 107 мм2. Для сравнения, современные четырехъядерные процессоры Intel Kentsfield имеют 582 млн. транзисторов, при этом площади кристаллов четырехъядерных процессоров, выпускающихся по 65-нм нормам, составляют 143 мм2. Новшества, которые принесет следующее поколение процессоров, можно рассматривать по отношению к пяти современным технологиям Intel: Wide Dynamic Execution, Advanced Smart Cache, Smart Memory Access, Advanced Digital Media Boost, Intelligent Power Capability.

Механизм Wide Dynamic Execution обеспечивает выполнение большего числа команд за один тактовый цикл, что увеличивает производительность и помогает добиться повышения энергоэффективности. В рамках этой технологии компания Intel представит усовершенствованный более быстрый блок деления, основанный на базе методики radix-16, а также улучшенную технологию виртуализации Enhanced Intel Virtualization Technology. Инновационная архитектура на базе radix-16 позволит существенно уменьшить задержки при выполнении целочисленных операций деления, а также операций деления с плавающей запятой. Механизм Wide Dynamic Execution обеспечивает выполнение большего числа команд за один тактовый цикл, что увеличивает производительность и помогает добиться повышения энергоэффективности. В рамках этой технологии компания Intel представит усовершенствованный более быстрый блок деления, основанный на базе методики radix-16, а также улучшенную технологию виртуализации Enhanced Intel Virtualization Technology. Инновационная архитектура на базе radix-16 позволит существенно уменьшить задержки при выполнении целочисленных операций деления, а также операций деления с плавающей запятой. Технология Advanced Smart Cache нацелена на обеспечение более высокой производительности и эффективности кэш-памяти. В процессорах семейства Penryn компания Intel решила увеличить объем кэша. Так, двухъядерные процессоры будут оснащаться кэшем L2 емкостью до 6 Мб, а отдельные четырехъядерные модели обзаведутся 12-Мб кэш-памятью. О частотных характеристиках пока говорится в ключе преодоления планки 3 ГГц. В рамках технологии Smart Memory Access говорится об увеличении пропускной способности шины. Подтверждается информация об освоении шины FSB 1600 МГц. Сообщается, что шина FSB 1600 МГц появится в некоторых моделях процессоров для серверов и рабочих станций; когда будут выпущены модели с высокоскоростной шиной для настольных ПК, пока не уточняется. Технология Advanced Digital Media Boost применяется для ускорения обработки видео, изображения и речевых потоков. Для повышения производительности при обработке медиаданных Intel решила добавить к архитектуре ISA набор расширений SSE4 (Streaming SIMD Extensions 4), который станет доступным для большинства массовых секторов рынка ПК с появлением 45-нм процессоров. Этот новый набор команд включает множество инновационных инструкций (их насчитывается около 50), которые условно можно разделить на две группы: Примитивы векторизации для компиляторов и ускорители мультимедийных приложений; Ускорители обработки строк и текстовой информации. Еще одним усовершенствованием является механизм перестановок - Super Shuffle Engine. Новый блок умеет выполнять перестановки значений сразу во всем 128-разрядном регистре за один такт. Это существенно повышает производительность при обработке операций, связанных с перестановкой (упаковка, распаковка, сдвиг упакованных значений, вставка). Сравнение количества тактов, нужных для выполнения базовых операций SSE, приведено на диаграмме. В среднем наблюдается двукратное увеличение производительности.

Две новые технологии: Deep Power Down Technology и Enhanced Dynamic Acceleration Technology. Технология Deep Power Down Technology будет внедрена, в первую очередь, в процессоры для мобильных платформ (Mobile Penryn). Для понижения энергопотребления в режиме бездействия добавлено еще одно особое состояние процессора, именуемое как Deep Power Down Technology State, или C6. В этом режиме предусмотрено отключение ядер, при этом также полностью отключается кэш-память. Это позволяет существенно понизить напряжение ядра и потребляемой мощности, что, в свою очередь, увеличивает время работы батареи. Интересным нововведением является технология Enhanced Dynamic Acceleration Technology (EDAT). Её идея состоит в следующем. Для простоты возьмем случай с двухъядерным процессором. Поскольку в однопоточных приложениях от многоядерности толку мало, основную роль здесь играет производительность отдельно взятого ядра. Поэтому Intel предусмотрела увеличение частоты работающего ядра (non-idle core), в то время как второе (idle core) находится в одном из состояний бездействия (C3-C6) и его тепловыделение резко сокращается. Эту разницу использует работающее ядро и повышает свою частоту до достижения процессором граничного уровня TDP. Для наглядности приводим следующую иллюстрацию.

Микроархитектура Nehalem Микроархитектура Nehalem будет поддерживать технологию Simultaneous Multi-Treading (SMT), которая фактически является возрождением знаменитой Hyper-Threading (HT). Также в виде слухов проскальзывали сведения о так называемой технологии MTT (Multi-Threading Technology). Впрочем, какое бы название ни было, суть одна – в процессорах Nehalem компания Intel намерена использовать разделение каждого ядра на два логических (виртуальных) процессора. Таким образом, в случае 8-ми ядерного процессора можно организовать одновременную обработку до 16-ти потоков. В новых процессорах планируется использовать концепцию многоуровневого разделяемого кэша. При этом отмечают, что разделяемым будет только кэш высшего уровня. Также упоминается о технологии Enhanced Dynamic Power Management, связанной с улучшениями показателя «производительность на ватт», хотя подробных сведений о ней пока нет. Из уст представителей Intel прозвучала информация о планах внедрения в CPU интегрированного контроллера памяти (IMC). Пока не уточняется, какие типы памяти будут поддерживаться IMC, но с учетом времени появления процессоров Nehalem (вторая половина 2008 года) логично предположить о поддержке DDR3. Говорится о замене FSB последовательной скоростной шиной типа Serial Point-to-point Interconnect (вероятнее всего, речь идет о CSI, Common Systems Interconnect). Подтверждается информация о намерении представить модели со встроенным GPU. Впрочем, все выше приведенные сведения вряд ли можно назвать неожиданными, важно было найти подтверждение слухов и догадок на официальном уровне. По слухам, на базе чипов с микроархитектурой Nehalem будут представлены платформы, известные под кодовыми именами Stoutland и Thurley. В платформе Stoutland предусмотрена передача данных по шине CSI со скоростью от 4,8 до 6,4 гигатранзакций в секунду. В рамках этой платформы упоминается чипсет Boxboro с 72 линиями шины PCI Express 2.0. Платформа Thurley будет поддерживать 42 линии шины PCI Express. В систему можно будет установить до 96 Гб системной памяти. Сетевые возможности будут определяться Ethernet-контроллером с пропускной способностью 10 Гбит/с.

Микроархитектура K8 K8 — x86 совместимая микроархитектура центрального процессора разработанная корпорацией AMD. Впервые представленна 22 апреля 2003 года: были выпущены первые процессоры Opteron, предназначенные для серверного рынка. Теперь на основе этой микроархитектуры выпускаются семейства микропроцессоров Opteron, Athlon 64, Athlon64X2, Turion. Является кардинально переработанным, значительно улучшенным и расширенным вариантом микроархитектуры предыдущего поколения AMD K7. В новых процессорах удалось преодолеть ряд проблем являвшихся ахилессовой пятой K7, а также внесен ряд принципиально новых решений. Микропроцессоры K8 являются суперскалярными, мультиконвеерными процессорами с предсказанием ветвлений и спекулятивным исполнением. Как и процессоры AMD K7 и Intel P6 они теоретически способны исполнять до 3-х инструкций за один такт. Как и любой современный x86 процессор K8 вначале перекодирует внешний сложный CISC набор x86 инструкций во внутренние RISC-подобные микрооперации, которые в свою очередь уже идут на исполнение. Для повышения производительности в рамках микроархитектуры реализовано спекулятивное исполнение с предсказанием ветвлений и Out-of-Order запуском микроопераций, для снижения влияния зависимостей по данным используются техники переименования регистров, Result forwarding и ряд других.

Athlon 64 FX — x86-совместимый процессор, поддерживающий 64-битные расширения AMD64, разработанный компанией AMD. Athlon 64 FX — x86-совместимый процессор, поддерживающий 64-битные расширения AMD64, разработанный компанией AMD. Является адаптированным вариантом процессора Opteron, ориентированного на серверы. Технические характеристики Архитектура * Интегрированный контроллер памяти, поддерживающий одноканальную (только Athlon 64 (Socket 754) (не FX) и Sempron (Socket 754)) и двухканальную DDR SDRAM (Socket 939, 940). Варианты под Socket 940 поддерживают только регистровую DDR SDRAM, Socket AM2 — DDR2; * Существуют под разъёмы Socket 940 (FX-51, FX-53), Socket 939 (FX-53, FX-55, FX-57, FX-60), Socket AM2 (FX-62, FX-64). * Выделенная шина Hyper-Transport для связи с чипсетом, через который в Athlon 64 системах реализуется поддержка функций ввода-вывода; * Увеличенный до 1 Мбайта кеш второго уровня с возросшей пропускной способностью шины, связывающей его с ядром; * Поддержка набора инструкций: ядро SledgeHammer — MMX, SSE, SSE2, 3DNow!, SanDiego, Toledo — MMX, SSE, SSE2, SSE3, 3DNow!; * Удлинённый до 12 ступеней целочисленный конвейер и до 17 ступеней — вещественночисленный конвейер (у Athlon XP число ступеней конвейеров 10 и 15 соответственно). Данное усовершенствование направлено на улучшение масштабируемости архитектуры, а также ускоряет декодирование некоторых команд; * Увеличенные буферы целочисленного планировщика (24 вхождения против 18 вхождений у Athlon XP). * Увеличенные размеры TLB. TLB L1 кеша инструкций увеличена с 24 до 40 вхождений, а TLB L2 кеша возросла до 512 вхождений (с 256 у Athlon XP); * Усовершенствованная схема предсказания переходов с увеличенной до 16000 вхождений таблицей истории (с 4000 у Athlon XP). * FX-60, FX-62, FX-64 — двухъядерные процессоры; Технология 0.13 мкм (SledgeHammer), 0.09 мкм (SanDiego,Toledo), SOI, x86-64 Ядро SledgeHammer, SanDiego, Toledo; Частота шины 200 Частота FX-51 — 2,2 ГГц; FX-53 — 2,4 ГГц; FX-55 — 2,6 ГГц; FX-57 — 2,8 ГГц; FX-60 — 2,6 ГГц; FX-62 — 2,8 ГГц; FX-64 — 3,0 ГГц; Кеш Общий эффективный объём кеш-памяти процессора составляет 1152 Кбайт (128 Кбайт кеш-памяти 1-го уровня и 1024 Кбайт — 2-го уровня), у двухъядерных — 2х128 Кбайт кеш-памяти 1-го уровня и 2х1024 Кбайт — 2-го, что ускоряет выполнение команд. В конечном итоге существенно увеличивается быстродействие системы во многих приложениях, особенно в приложениях, интенсивно использующих память, таких как воспроизведение мультимедиа. Напряжение 1,568 Разъем Socket 939, Socket 940, Socket AM2;