До выхода Pentium M, процессоры в ноутбуках отличались от десктопных только возможностью работы на пониженном напряжении питания, а также некоторыми возможностями по управлению тактовой частотой в зависимости от нагрузки, что позволяло еще больше экономить энергию в момент простоя. Мобильный процессор на архитектуре NetBurst – Pentium 4M был таким-же. Но как мы помним, ключевой особенностью NetBurst является работа на высоких частотах, ради них все и затевалось, а высокие частоты очень негативно сказываются на энергопотреблении. С началом широкого распространения архитектуры NetBurst сложилась ситуация, когда у Intel на рынке ноутбуков не было быстрого и экономичного процессора.
Сложилась ситуация, когда для сохранения приемлемой автономности ноутбука, приходилось архитектуре раскрывающей свои сильные стороны, работая на высокой частоте, искусственно занижать частоты. При этом терялась производительность, зато ноутбук мог поработать пару часов без розетки. А в, по настоящему мобильных ноутбуках, приходилось и вовсе использовать старый Pentium !!! M, который уже не выдерживал никакого сравнения с десктопными Pentium 4. Таким образом, необходимость разработки новой архитектуры была очевидна. Но и называть архитектуру Pentium M новой – не совсем правильно, ведь в ее основе лежит проверенная временем архитектура P6, знакомая по Pentium !!!.
Общая архитектура исполнительного ядра осталась без существенных изменений, но многие модули подверглись доработке. Так три исполнительных конвейера стали немного длиннее чем в Pentium !!!, их длина составляет около 12 ступеней – более точных данных Intel не приводит. Да и вообще, в момент появления Pentium M, Intel крайне неохотно рассказывала о его близком родстве с процессором предыдущего поколения, делая основной упор на преимуществах для мобильного применения. Что вобщем-то неудивительно. Кроме стремления немного повысить тактовую частоту, увеличение длины конвейера вызвано также новой технологией объединения микроопераций названной micro-ops fusion. Ее суть в том, что она позволяет «объединять» микрооперации зависимые друг от друга, до отправки их на исполнительные устройства. Таким образом упрощается логика работы внеочередного исполнения (теперь не нужно анализировать зависимости для этих микроопераций), а также предотвращается ситуация простоя конвейера из-за ожидания выполнения зависимой микрооперации.
Также был значительно улучшен механизм предсказания ветвлений. По информации Intel точность предсказания переходов удалось повысить на 20% в сравнении с Pentium !!!, и в итоге даже превзойти Pentium 4. Еще одной новинкой был выделенный менеджер стека – который был призван уменьшить нагрузки на исполнительные устройства при исполнении стековых инструкций. Его применение позволяет уменьшить количество исполняемых инструкций до 5%. Естественно, что в процессор была добавлена поддержка набора инструкций SSE2. Была в процессоре и технология предварительной загрузки данных в кэш – Prefetch, знакомый по Tualatin и NetBurst, но естественно подвергшийся некоторому усовершенствованию.
Несмотря на то, что внутри это был «почти» Pentium !!!, для связи с внешним миром было решено использовать привычную по Pentium 4 процессорную шину Quad Pumped Bus с частотой 400 МГц. Правда она тоже была подвергнута некоторым доработкам и даже ограничениям. Во первых для снижения энергопотребления была ограничена частота шины до 400 МГц, против 533 МГц у десктопных Pentium 4. Во вторых шина QPB в процессоре Pentium M поддерживает только 32-х битную адресацию, что дает максимальный объем оперативной памяти в 4 Гб, а также не может работать в многопроцессорных конфигурациях. Но для рынка мобильных устройств эти ограничения не были существенны.
Важным было то, что процессор мог отключаться от шины, в моменты, когда не требовалась передача данных. Для реализации этой возможности был значительно увеличен объем кэш-памяти. Так кэш первого уровня имел теперь объем 64 Кб (по 32 Кб для данных и команд). А кэш второго уровня огромный 1 Мб, ранее доступный разве-что в процессорах для серверов и рабочих станций. Для снижения потребления энергии кэшем (на который приходилось около половины транзисторов в ядре), он был поделен на 32 зоны, причем активной в момент времени может быть только одна – остальные переведены в энергосберегающий режим. Но такое решение имело и негативные последствия - немного повысилась латентность при обращении к кэшу (сначала нужно было перевести в активное состояние нужную область, а потом работать с ней).
Поскольку новый процессор разрабатывался для мобильных устройств, он получил усовершенствованную систему управления энергопотреблением – Intel SpeedStep III. Предыдущие мобильные процессоры имели два состояния – максимальной производительности, и экономный. Переключение между ними было в случае полного простоя, при низком заряде батареи, или в зависимости от текущей нагрузки. Главным отличием Pentium M было наличие целого ряда рабочих частот и соответствующих им напряжений питания. Таким образом, процессор всегда старался работать на минимально-достаточной частоте, повышая ее при увеличении загрузки.
Первые процессоры, носящие имя Pentium M были анонсированы 12 марта 2003 года, получили кодовое имя Banias, были выполнены с применением норм техпроцесса 0,13 мкм. и состояли из 77 млн. транзисторов. Процессоры работали на частотах от 1,3 до 1,6 ГГц, с системной шиной 400 МГц. Также были представлены версии с пониженным напряжением питания (с частотой 1,1 ГГц) и ультра пониженным (0,9 ГГц). Позже, 2 июня 2003-го года, был представлен процессор с максимальной частотой для ядра Banias – 1,7 ГГц.
Процессоры Pentium M выпускались в корпусе FC-PGA (flip-chip PGA), схожим с тем, который применялся в Pentium !!! Coppermine. Устанавливались в ноутбуки, с разъемом Socket 479 или распаивались прямо на плату без возможности замены. Существовали переходники, позволявшие установить процессоры Pentium M в десктопные материнские платы с разъемом Socket 478. Практический смысл такого решения был в том, что при намного меньшем энергопотреблении и нагреве, процессоры Pentium M показывали уровень производительности сравнимый с гораздо более высокочастотными Pentium 4. Но большого распространения такие переходники не получили, ввиду ограниченной поддержки процессоров Pentium M со стороны материнских плат и отсутствию мобильных процессоров в широкой продаже.
Следующее обновление в линейке Pentium M было 10 мая 2004-го года, когда было представлено новое ядро под кодовым названием Dothan. Dothan представлял собой Banias выполненный с применением 90 нм. техпроцесса, оснащенный 2 Мб кэш-памяти второго уровня и некоторыми доработками оригинального ядра. Все эти изменения привели к росту транзисторов из которых состоит ядро до 140 млн. Как и настольные процессоры Pentium 4 для платформы LGA775, новая линейка Pentium M маркировалась не частотой, а процессорным номером. Первыми были представлены процессоры с частотами от 1,7 ГГц (Pentium M 735) до 2 ГГц (Pentium M 755).
В 2005-м году процессоры Pentium M перешли на использование 533 МГц шины и начали поддерживать технологию Execute Disable Bit, а в июле достигли своей максимальной частоты в 2,26 ГГц. Старшая модель, установленная в десктопные материнские платы, показывала производительность на уровне моделей Pentium 4 с частотами 3,0-3,2 ГГц.
Celeron M
Был у мобильного Pentium и свой бюджетный вариант получивший название Celeron M. В январе 2004-го года, были представлены два процессора с частотами 1,2 и 1,3 ГГц, выпущенные под торговой маркой Celeron M. В основе процессоров лежит ядро Banias-512, которое, как можно догадаться, представляет из себя Pentium M Banias с урезанным в два раза кэшем. Кроме уменьшения кэша, ядро подверглось урезанию функциональных возможностей по управлению энергопотреблением – в линейке Celeron M отсутствует поддержка технологии SpeedStep. По сравнению с полноценным Pentium M, время работы от батарей сократилось на 10-30%. Но в плане производительности, отставание от старшего брата было не сильным – Celeron M достаточно было частоты большей на 100 МГц, чтобы догнать Pentium M.
В середине 2004-го года процессоры Celeron M были переведены на техпроцесс 90 нм. Выпускались сразу на двух вариация оригинального ядра Dothan отличающихся размером кэш-памяти второго уровня – Dothan-512 и Dothan-1024 обладающие 512 Кб и 1 Мб кэша соответственно. Несмотря на увеличившийся размер кэша, новые бюджетные процессоры сохранили ограничение в виде медленной 400 МГц шины и отсутствие поддержки SpeedStep. С меньшим объемом кэша выпускались младшие модели с частотой до 1,2 ГГц, а с частоты 1,3 до 1,7 ГГц процессоры обладали 1 Мб кэш-памяти.
Intel Core
Обычно, на новой архитектуре первыми выпускаются настольные процессоры, после обкатки в реальных условиях, выпускаются новые ревизии ядра, и после этого появляются мобильные варианты. Но новый мобильный процессор, названный Intel Core, был не такой. С одной стороны он являлся первым представителем новой архитектуры, но с другой – эта архитектура была подозрительно похожа на вылизанный до блеска двухядерный Pentium M выпущенный с использование техпроцесса 65 нм.
Но новые процессоры являются не просто двумя ядрами Pentium M на одном кристалле, как это было с настольными Pentium D. Процессоры Intel Core впервые показывали тесную интеграцию двух ядер в одном процессоре. Кэш второго уровня размером 2 Мб был общий для двух ядер. С одной стороны это было упрощением, в сравнении с прошлым поколением, где на одно ядро (оно-же единственное) приходился такой объем в 2 Мб. Но с другой стороны, во первых такое решение позволяло динамически распределять объем кэша между ядрами, в зависимости от потребностей каждого, а с другой – обеспечить обмен данными между двумя ядрами, минуя системную шину. В первой реализации двухядерности, представителями которой были процессоры Pentium D, обмен данными между ядрами проходил через системную шину и оперативную память.
Также в процессор был добавлен набор команд SSE3, присутствующий в настольных Pentium 4 и его производных уже два года. Был улучшен механизм предварительной загрузки данных в кэш и немного ускорены исполнительные блоки, которые все также уходят корнями еще в Pentium !!!. Также процессор оснастили поддержкой виртуализации VT. Поддержка 64-битных вычислений, с набором команд EM64T добавлена не была. Это потребовало-бы серьёзную переработку ядра, и было бесполезно для мобильных компьютеров 2006-го года.
5 января 2006-го года, компания Intel представила третье поколение мобильной платформы Centrino, ядром которой были новые процессоры с кодовым именем Yonah. Процессоры состоят из 152 миллионов транзисторов и выпущены с применением 65 нм. техпроцесса. Первыми были выпущены модели с частотами от 1,6 до 2,17 ГГц работавшие на частоте системной шины 667 МГц. Позже, в июле 2006-го года, была выпущена модель с частотой 2,33 ГГц. Немного изменилась маркировка процессоров – так процессорный номер стал четырехзначный, и перед ним появилась буква. Буква T – обозначала обычный вариант процессора, L – процессоры, работающие на пониженном напряжении и U – работающие на сверх-пониженном напряжении и минимальных частотах. Процессоры выпускались как для установки в Socket 479 (но при этом совместимости с платами для Pentium M не было), так и в новом конструктиве Socket M.
На ядре Yonah выпускались четыре варианта процессоров:
- Intel Core Duo – двухъядерные процессоры, с общим кэшем второго уровня объемом 2 Мб. Работают на частотах от 1,6 до 2,33 ГГц (версии с низким и сверхнизким напряжением стартуют с 1,07 ГГц), с частотой системной шины 533 или 667 МГц.
- Intel Core Solo – одноядерные процессоры, с одним отключенным ядром, и кэшем в 2 Мб. Работали с системной шиной 533 и 667 МГц.
- Celeron M – максимально урезанное оригинальное ядро Yonah. Одноядерные процессоры обладающие кэшем 1 Мб, работающие на шине 533 МГц. Выпускались с частотами от 1,47 до 2 ГГц. Версии с сверхнизким напряжением – 1,07 и 1,2 ГГц.
После выпуска процессоров нового поколения Intel Core 2, название процессоров Pentium перестало упоминаться в связи с высокопроизводительными решениями, и фактически ушло с рынка. Но в начале 2007-го года, Intel вернула торговую марку Pentium, на этот раз как производительное решение в бюджетном сегменте. И первыми процессорами носящими «обновленное» имя Pentium стали мобильные Pentium Dual Core.
- Pentium Dual Core – в начале 2007-го года, Intel выпускает процессоры новой линейки Pentium – теперь как производительное решение в бюджетном сегменте. Первыми представителями обновленного Pentium были процессоры, которые по своим характеристикам повторяли Intel Core Duo, но обладали урезанным до 1 Мб кэшем второго уровня, и работали на шине 533 МГц. Работали на частотах от 1,6 до 1,87 ГГц.
Ядро Yonah было последним в линейке мобильных процессоров Pentium M. После выхода процессоров новой архитектуры Intel Core 2 летом 2006-го года, Intel постепенно унифицирует весь «зоопарк» архитектур и торговых марок, адаптируя одно ядро к разным сегментам рынка (как это было ранее, до момента выхода Pentium M). Таким образом, можно сказать, что выход линейки Pentium M, с архитектурой кардинально отличающейся от основной архитектуры выпускаемых процессоров – был вынужденным решением, которое, тем не менее, позволило закрыть возникшие у Pentium 4 проблемы на рынке ноутбуков. А также, что по моему мнению важнее, показать ошибочность пути NetBurst и реальность его альтернативы. Но об этом в следующей части.
Комментариев нет:
Отправить комментарий