В прошлой статье, я уже рассказывал о причинах побудивших Intel искать альтернативу своей основной архитектуре NetBurst. А теперь попробуем разобраться в ключевых особенностях новой архитектуры, и понять, почему у нее получилось самим фактом своего выхода отправить на пенсию NetBurst, и вернуть Intel звание производителя самых быстрых процессоров.
В прошлых частях я уже говорил, что повышать общую производительность процессора можно двумя путями – повышать количество выполненных инструкций за один такт, или повышать тактовую частоту, и пусть за каждый такт выполняется меньше работы, но раз тактов больше, то итоговая производительность все равно получается высокая. Для архитектуры NetBurst, которая использовалась в процессорах семейства Pentium 4 (и его производных) был выбран второй подход, но спустя несколько лет он показал свою несостоятельность. Особенно на фоне процессоров главного конкурента AMD, показывающих как раз высокий КПД при относительно невысокой частоте. Похожие процессоры были и у Intel – это конечно семейство Pentium M, вершиной которого была линейка Core Duo. И если проследить историю процессоров с архитектурой P6, к которой относится как Core Duo, так и вышедший на 11 лет ранее Pentium PRO, то они как раз развивались по первому пути – вместе с наращиванием частоты, улучшались исполнительные блоки, появлялись наборы команд MMX и SSE, улучшалась работа с памятью и кэши. Но теперь очередного улучшения было уже недостаточно. Для заявки на лидерство, потребовалась серьезная переработка архитектуры P6. Рассмотрим ключевые особенности новой архитектуры Core.
Одной из технологий, объясняющей существенный прирост производительность была Intel Wide Dynamic Execution. Суть технологии название, которое можно перевести как – широкое динамическое исполнение в том, что теперь процессор может исполнять до четырех команд за один такт. Процессоры прошлых поколений могли выполнять до трех команд. Для реализации такой возможности, новые процессоры были оснащены четырьмя декодерами – один для сложных инструкций, и три для простых. Обладая главной особенностью процессоров шестого поколения – внеочередным исполнением, четыре декодера параллельно выбирают команды для исполнения и отправляют их на исполнительные устройства. Важно то, что в отличие от многоядерной архитектуры, для получения преимущества от которой нужна оптимизация ПО, многопоточность внутри одного ядра, благодаря внеочередному исполнению, может давать хорошую прибавку в производительности и без особой оптимизации – тут уже сам процессор, полностью аппаратно и независимо от алгоритма программы выбирает какие инструкции и когда исполнять.
Рассказывая про Pentium M, я упоминал про технологию micro-ops fusion суть которой была в объединении зависимых микроопераций. В архитектуре Core данная технология была дополнена технологией macrofusion позволяющей объединять некоторые последовательно выполняемые инструкции, которые передаются на конвейер как одна инструкция. Сами исполнительные конвейеры были немного удлинены относительно Pentium M – до 14 стадий.
Были полностью переработаны блоки SSE. Если раньше команды SSE выполнялись за два такта, то после переработки блоки стали полностью 128-битными, и обрабатывают теперь инструкции за один такт. Также был немного расширен набор команд SSE3 - добавились 8 новых команд. Это расширение получило название SSSE3.
Кроме чистой производительности, одной из идеологий процессоров с архитектурой Core было достижение высокого соотношения производительности к потребляемой процессором мощности. Набор технологий для достижения энергоэффективности получил название Intel Intelligent Power Capability. Одной из особенностей новых процессоров была возможность отключать неиспользуемые в данный момент блоки. Причем не на уровне целого ядра (такая возможность также была), а на уровне функциональных устройств – например, если в данный момент времени не выполняются инструкции MMX – то и на соответствующий блок не будет подаваться питание. Важно то, что инженеры Intel сумели добиться отсутствия задержек перед активацией блока – он включается в работу мгновенно.
Набор технологий Intel Smart Memory Access направлен на ускорение работы с оперативной памятью. Сюда входит также предварительная загрузка данных в кэш – так называемый Prefetch. В новой архитектуре для каждого процессора предусмотрено сразу шесть блоков предварительной загрузки данных в кэш. Два блока занимаются загрузкой данных в общий кэш второго уровня, и еще по два блока загружают данные в кэш первого уровня L1 каждого ядра. И для кэша инструкций также есть по одному блоку на ядро, для предварительной загрузки инструкций.
Набор усовершенствований системы кэширования процессора получил название Intel Advanced Smart Cache. Концепция общего кэша второго уровня, которая уже была представлена в процессорах Core Duo, получила дальнейшее развитие. Так были доработаны алгоритмы совместного доступа к данным в кэш-памяти. В частности реализован обмен между кэшами первого уровня, минуя оперативную память. Кэш память второго уровня была 4 или 2 Мб у младших моделей. Кэш первого уровня – все те-же 32 Кб кэш данных и 32 Кб кэш инструкций.
Для связи процессора с «внешним миром» решено было оставить старую шину Quad Pumped Bus знакомую еще со времен первых Pemtium 4. Видимо инженеры Intel решили, что у нее еще есть резерв по увеличению скорости. В первых процессорах Intel Core 2 Duo частота шины была 1066 МГц (реальная частота 266 МГц). Также был оставлен прежний конструктив LGA 775. Но совместимости со старыми материнскими платами не было – в первую очередь из-за новых требований по более гибкому управлению питанием. Но так как эти требования были известны заранее, то к моменту выпуска первых процессоров, на рынке уже были платы умеющие работать как с Pentium 4, так и с Core 2 Duo.
По наследству от предшественников новому процессору достались и такие технологии как Intel Virtualization Technology (VT), Execute Disable Bit. И конечно новые процессоры были 64-х битные, поддерживая технологию Intel Enhanced Memory 64 Technology (EM64T). Технологию виртуальной многоядерности Hyper-Threading новая архитектура не поддерживала.
Conroe
В плане производительности младшие модели показывали уровень производительности сравнимый со старшими Pentium D. Более высокочастотные модели показывали недостижимую ранее скорость, обходя на десятки процентов как предыдущие флагманы Intel, работавшие на существенно более высокой частоте, так и топовые процессоры конкурента.
Процессоры Core 2 Duo использовали систему маркировки, схожую с той, которая применялась для обозначения Core Duo – буква плюс четырехзначный номер. Первый символ обозначает класс энергопотребления: E – от 55 до 75 ватт. X – выше 75 ватт (что также созвучно с eXtreme). T, L и U мобильные версии с обычным, пониженным и ультра пониженным питанием.
В начале 2007-го года, расширяя семейство Core 2 Duo вниз, компания Intel представляет новую, 4000-ю линейку процессоров основанных на ядре Allendale. Кроме уменьшенного до 2 Мб кэша второго уровня, новые процессоры также обладали меньшей частотой системной шины – 800 МГц. Данная линейка, как бюджетное решение, была лишена поддержки технологии виртуализации VT. Были выпущены процессоры с частотами от 1,8 до 2,6 ГГц.
Спустя год после анонса, в июле 2007-го года, Intel представляет очередные процессоры из линейки Core 2 Duo, главным отличием которых от прошлых, является увеличенная до 1333 МГц частота системной шины (реальная частота 333 МГц). Более быстрая шина обозначалась в маркировке последними цифрами 50 – то есть модельные номера выглядели как E6x50. Процессоры обладали 4 Мб кэш памяти, и работали на частотах от 2,33 до 3 ГГц.
Еще в 2006-м году, Intel представила концепцию «Тик – Так» (tick-tock), суть которой была в постепенном совершенствовании своих продуктов, разбитом на два этапа. Шаг названный «Так» - это выход новой архитектуры, на базе уже существующего техпроцесса (этим шагом был выпуск Conroe на существовавшем техпроцессе 65 нм). Следующий шаг – «Тик» - это переход на новый техпроцесс, с модернизацией ядра, но в рамках существующей архитектуры. На каждый такой шаг, Intel отводила время около года. Анонсируя, таким образом, каждые два года новую архитектуру и переход на новый техпроцесс.
Penryn
В январе 2008-го года, было представлено заметное обновление архитектуры Core, которое имело название Penryn. Архитектура Penryn была шагом «Тик» в новой стратегии развития Intel. Ключевыми особенностями «новой» архитектуры был 45 нм. техпроцесс, увеличенный до 6 Мб объем кэш памяти второго уровня, новый набор команд, названный SSE4.1, некоторые доработки функциональных блоков, направленные на ускорение выполнения команд, и существенно ускоренная технология виртуализации VT. Понятно, почему слово новой я взял в кавычки – фактически это было все тоже ядро Conroe, переведенное на новый техпроцесс, с некоторыми улучшениями. Тем не менее, этого комплекса улучшений оказалось достаточно, чтобы повысить производительность от нескольких процентов, до нескольких десятков процентов (для приложений использующих команды SSE4), и вместе с тем заметно снизить нагрев процессора. Благодаря очередному росту размера кэша, выросло и количество транзисторов, из которых состоит ядро – их теперь 410 миллионов!
В январе 2008-го года, Intel представила, 8000-ю линейку процессоров Core 2 Duo. Было представлено три процессора, работающих на частотах от 2,66 до 3,16 ГГц, (номера от E8200 до E8500) с частотой шины 1333 МГц. Ядро, лежащее в основе новых процессоров получило кодовое имя Wolfdale и обладало 6 Мб кэша второго уровня. Старшая модель линейки с частотой 3,33 ГГц (наименование E8600) была представлена в августе 2008-го года.
В апреле 2008-го года, был представлен бюджетный процессор, из носящих полноценное имя Core 2 Duo, который принадлежал к новой 7000-й линейке – Core 2 Duo E7200, работающий на частоте 2,53 ГГц. Как и процессоры 4000-й линейки, 7000-я являлась упрощением полноценных чипов Wolfdale. Так объем кэша второго уровня был уменьшен в два раза и составлял 3 Мб. Также была уменьшена частота системной шины до 1066 МГц. Ну и по аналогии с процессорами 4000-й линейки, новые процессоры не поддерживали технологию виртуализации. Для новых процессоров не выпускалось отдельного ядра – Intel использовала обычные ядра Wolfdale, блокируя половину кэш-памяти. Поэтому ядро получило имя Wolfdale-3M. Позже были выпущены процессоры с частотами до 3,07 ГГц (модель E7600 выпущена в мае 2009-го года).
1 апреля 2009-го года, Intel в очередной раз меняет дизайн логотипов своих процессоров – теперь логотип ориентирован горизонтально (вместо прежней вертикальной ориентации). Новые логотипы содержат информацию о процессорном семействе, а в верхнем правом углу имеют стилизованное изображение процессорного ядра. Кроме того, новые логотипы имеют цветовую дифференциацию – так бюджетные продукты получили логотипы, в которых преобладающим был белый цвет. Настольные процессоры средних линеек получили классический синий цвет. А экстремальные процессоры семейств eXtreme Edition – темно-серый.
Core 2 Quad
В поисках путей дальнейшего увеличения производительности процессоров, Intel решила использовать уже отработанную технологию размещения под процессорной крышкой двух процессорных кристаллов. Но на этот раз каждый чип уже был двухъядерным процессором Conroe с 4 Мб кэша, таким образом, новый процессор получил сразу четыре физических ядра и 8 Мб кэш памяти. Получившееся таким образом «ядро» получило кодовое имя Kentsfield, и содержало 582 миллиона транзисторов под процессорной крышкой. На ядре Kentsfield были выпущены всего две модели процессоров Core 2 Quad – младшая Core 2 Quad Q6600 была представлена в январе 2007-го года, и работала на частоте 2,4 ГГц. Старшая модель с частотой 2,66 ГГц была представлена в апреле 2007-го года, и имела обозначение Q6700. Процессоры на ядре Kentsfield работали с частотой шины 1066 МГц.
Если два года назад, когда были выпущены первые двухъядерные процессоры Pentium D, большинство ПО не могло полноценно использовать два потока, и для большинства пользователей второе ядро в корпусе процессора было лишь источником дополнительного нагрева, то в момент представления четырехядерных процессоров, ситуация с программным обеспечением стала намного лучше, и такие процессоры уже давали ощутимый прирост производительности в большинстве приложений (даже в 3D играх, которые до недавнего времени были в большинстве своем однопоточными).
Но все-же процессоры Core 2 Quad на 65 нм. ядре были своего рода тестированием рынка. Ведь всего две модели трудно назвать полноценной линейкой. А вот после перевода процессоров на 45 нм. техпроцесс, Intel предложит сразу несколько линеек четырехядерных процессоров под торговой маркой Core 2 Quad для различных сегментов рынка. Так в марте 2008-го года, было представлено несколько процессоров из семейства Core 2 Quad принадлежащих к новой линейке Q9000. Процессоры были основаны на двух ядрах Wolfdale, упакованных в одном корпусе, и получили кодовое имя Yorkfield. Представленные процессоры отличались кэш памятью второго уровня – 3 или 6 Мб на каждое ядро. Таким образом, для старшей модели суммарный объем кэша составил невероятные для своего времени 12 Мб. Процессоры с суммарными 6 Мб кэша состояли из 456 миллионов транзисторов, а топовые модели, имеющие 12 Мб кэш памяти, могли похвастаться невероятными 820 миллионами транзисторов под крышкой!
Первые процессоры носили имена Q9550 – работающий на частоте 2.83 ГГц и обладающий кэшем 12 Мб, и Q9300 с частотой 2,5 ГГц и урезанным в два раза кэшем общим объемом в 6 Мб. В дальнейшем, топовые модели оснащенные максимальным размером кэш памяти, имели наименование заканчивающееся на 50, средние модели – на 00. Всего было выпущено 3 модели процессоров с 12 Мб кэш памяти с частотами от 2,66 до 3 ГГц (Q9450, Q9550 и Q9650), и три модели с половиной кэша имеющие частоты от 2,5 до 2,83 ГГц (Q9300, Q9400 и Q9500).
В августе 2008-го года, Intel представила бюджетные четырехядерные процессоры Core 2 Quad новой 8000-й линейки. Их особенностью был еще более урезанный кэш второго уровня, до 2 Мб на каждую пару ядер, что давало суммарный объем в 4 Мб. С августа 2008 по апрель 2009 было выпущено также три процессора с частотами от 2,33 до 2,66 ГГц (Q8200, Q8300 и Q8400). Таким образом, Intel предлагал в семействе четырехядерных Core 2 Quad сразу три линейки, плавно переходящих по частоте одна в другую.
Также, весной 2009-го года, логотип процессора Core 2 Quad попал под рестайлинг Intel, и получил синий доминирующий цвет, как признак принадлежности к настольным процессорам средней производительности.
Core 2 Extreme
Во время презентации новой архитектуры Core, среди процессоров среднего и высокого сегментов производительности, была также представлена обновленная линейка «экстремальных» процессоров Core 2 Extreme. В момент своего анонса, в лучших традициях, линейка состояла из одной модели, полностью повторяющей базовый дизайн Conroe, но обладающий максимальной частотой в 2,93 ГГц и носящей имя Core 2 Extreme X6800.
Кроме максимально доступной на текущий момент частоты, обновленная линейка eXtreme обладала незаблокированным множителем, что делало разгон процессора гораздо более гибким. Все остальные характеристики процессора, такие как 4 Мб кэш второго уровня и 1066 МГц системная шина – совпадали с обычными Core 2 Duo.
В ноябре 2006-го года, Intel представляет новое виденье своей экстремальной линейки, выпуская четырехядерный Core 2 Extreme QX6700, где буква Q – обозначала Quad. Процессор был основан на двухчиповом дизайне Kentsfield, представляющем из себя два процессора Conroe в одной упаковке. Процессор работал на частоте 2,66 ГГц с частотой системной шины 1066 МГц, и был первым четырехядерным процессором доступным на рынке. Линейка «доступных» Core 2 Quad вышла на рынок только спустя несколько месяцев.
На ядре Kentsfield были выпущены еще два «экстремальных» процессора с частотами 2,93 ГГц (в апреле 2007-го) и 3,0 ГГц (в июле 2007-го). Старшая модель обладала шиной 1333 МГц, как и обычные процессоры Core 2 Duo представленные вместе с ней.
Переход на новый 45 нм. дизайн Yorkfield для линейки Extreme также стал доступен на несколько месяцев раньше, чем для покупателей обычных процессоров – новый процессор Core 2 Extreme QX9650 работающий на частоте 3 ГГц с системной шиной 1333 МГц был представлен в ноябре 2007-го года. В марте 2008-го, была выпущена еще одна модель QX9770 с частотой 3,2 ГГц, стоящая баснословные 1400 долларов! Как и их предшественники, процессоры обладали свободным множителем, что было особенно актуально при разгоне процессоров изначально работавших на высоких частотах системной шины. Которая в последних моделях достигала рекордной частоты 1600 МГц.
Pentium Dual-Core
3 июня 2007-го года, Intel возвращается торговую марку Pentium и на рынок настольных процессоров – новые процессоры теперь называются по новому - Pentium Dual-Core, или Pentium DC, по аналогии с представленными пол года назад мобильными процессорами. Но в отличие от них, настольные Pentium DC основаны на архитектуре Core, и фактически являются процессорами Core 2 Duo E4х00 с еще более уменьшенным кэшем второго уровня. Теперь суммарный его размер составляет всего 1 Мб. Все остальные характеристики полностью соответствуют 4000-х линейке.
Кроме размера кэша, бюджетные процессоры имели также существенно меньшие частоты – стартовали с двух моделей (E2140 и E2160) работавших на частотах 1,6 и 1,8 ГГц. Но, несмотря на урезание кэша, отставание от равночастотных Core 2 Duo из 4000-й линейки было не очень большим, поэтому благодаря демократичной цене в 75-85 долларов эти процессоры нашли своего покупателя.
Процессоры были основаны на ядре Conroe, с частично отключенным кэшем, и были выпущены модели с частотами до 2,4 ГГц.
Спустя чуть более года после анонса новой линейки процессоров, 31 августа 2008-го года, Intel переводит ее на новый 45 нм техпроцесс процессорного ядра Wolfdale, анонсируя линейку E5х00. Вместе с новым техпроцессом, процессоры получили увеличенный размер кэша в 2 Мб. Остальные параметры остались без изменений – работа с шиной 800 МГц и отсутствие поддержки набора инструкций SSE4.1 – таким образом, они архитектурно ничем не отличались от своих предшественников. Эти процессоры стартовали с частоты 2,5 ГГц (модель E5200). Осенью 2008-го года была выпущена модель E5300 с частотой 2,6 ГГц, а в январе 2009-го E5400 имеющая частоту 2,7 ГГц. Весной 2009-го года, во время смены логотипов процессоров, из названия Pentium Dual-Core исчезло упоминание про двухядерность (наверное потому, что одноядерных процессоров Pentium просто не выпускалось), и новые процессоры стали называться просто Pentium. Максимальной частоты 3,2 ГГц (модель E5800) процессоры Pentium 5000-й линейки достигли 28 ноября 2010-го года.
Но еще в мае 2009-го, для усиления бюджетного сегмента компания Intel представила процессоры Pentium E6х00. Новая, 6000-я линейка процессоров Pentium фактически повторяла характеристики младших моделей 6000-й линейки Core 2 Duo – 2 Мб кєш-памяти второго уровня, работала на шине с частотой 1066 МГц. И, как и у процессоров Pentium 5000-й линейки, ядро Wolfdale лишили поддержки набора инструкций SSE4.1.
Частоты процессоров стартовали с 2,8 ГГц (E6300). В августе 2009-го года была выпущена еще одна модель с частотой 2,93 ГГц (E6500). А в 2010-м году еще три модели с частотами от 3,07 (E6600) до 3,33 ГГц (E6800).
Celeron
В июне 2007-го года, вместе с реанимацией торговой марки Pentium, Intel возвращает на рынок и Celeron. В отличие от Celeron D, новые процессоры были основаны на архитектуре Core, и, как и водится, отличались от Pentium DC еще большим урезанием кэша. Но кроме урезания кэш-памяти второго уровня, которой было оставлено всего 512 Кб, у Celeron осталось всего одно ядро. Да, это был одноядерный процессор, и поэтому 512 Кб кэша смотрелись уже не так грустно – это как у предшественника Celeron D, только на гораздо более производительной архитектуре ядра названного Conroe-L. В плане производительности линейка новых Celeron также показывала уровень производительности немного выше процессоров старой линейки Celeron D (имевших частоты почти в два раза выше). Таким образом, Intel окончательно отправляет процессоры с архитектурой NetBurst на пенсию, уже и в самом бюджетном сегменте.
Название моделей было нетипично для последних процессоров Intel – процессоры имели номера как у линейки Celeron D – состоящие из трех цифр. Были выпущены три процессора с частотами от 1,6 до 2,0 ГГц (номера 420, 430 и 440), работавших на шине 800 МГц. Спустя год, в августе 2008-го года, Intel выпускает процессор с частотой 2,2 ГГц (Celeron 450) – последний одноядерный процессор Intel.
Celeron Dual-Core
В январе 2008-го года, с целью окончательно избавиться от одноядерных процессоров, Intel представляет бюджетную линейку двухядерных процессоров Celeron Dual-Core. Эти процессоры представляли из себя ядра Conroe с 512 Кб кэш-памяти, работающими на шине 800 МГц, и являлись дальнейшим урезанием процессоров Pentium DC E2х00. Для самых дешевых и медленных двухядерных процессоров была выделена линейка E1х00. Первым был выпущен процессор, работавший на частоте 1,6 Гц (E1200). Позже, в 2008-м году, были представлены модели с частотами 2,0 (E1400) и 2,2 ГГц (E1500). Весной 2009-го года, была выпущена последняя модель E1600 работавшая на частоте 2,4 ГГц.
Низкие частоты и маленький объем кэш-памяти разделяемой на два ядра однозначно ставили процессоры Celeron DC в самый нижний сегмент рынка. Но имея цену чуть больше 50 долларов в момент своего выхода, они фактически сделали бессмысленной покупку систем с одноядерными процессорами – теперь все новые компьютеры будут обладать двумя ядрами, даже самые дешевые. Что должно дать стимул разработчикам ПО выполнять соответствующие оптимизации своих продуктов. Всего за три года, начиная с выпуска Pentium D, как дорогого решения для профессионалов, в январе 2005-го, и заканчивая выпуском процессора Celeron DC, как максимально дешевого решения в январе 2008-го года, Intel осуществляет полный перевод своих процессоров на двухядерную архитектуру.
В августе 2009-го года, Intel переводит линейку двухядерных Celeron на 45 нм. ядро Wolfdale. Фактически новые процессоры являются упрощением линейки Pentium E5х00 - кэш память была урезана в два раза до 1 Мб, что, тем не менее, вдвое больше чем у предшественников линейки Celeron DC E1х00. Частота шины также осталась без изменений и составляла 800 МГц. Новой линейке процессоров дали название Celeron E3х00. Так как одноядерные процессоры более не выпускались, то и слова Dual-Core исчезли из названия процессора, также как и из обновленного логотипа.
Первыми были представлены процессоры, работавшие на частотах 2,4 (E3200) v 2,5 ГГц (E3300). В 2010-м году были выпущены еще две модели с частотами 2,6 (E3400) и 2,7 ГГц (E3500).
Итоги
Процессоры с архитектурой Core, ворвавшись на рынок в середине 2006-го года, были основным предложением среди настольных процессоров компании Intel относительно недолго. Уже осенью 2008-го года была представлена новая архитектура Nehalem, начавшая вытеснять процессоры Core из высокопроизводительного сегмента рынка. Таким образом, начиная с 2009-го года, новые модели линеек Core 2 Duo и Core 2 Quad уже не выходили. В бюджетном сегменте архитектура Core продержалась дольше – новые процессоры анонсировались до второй половины 10-го года.
Но за эти чуть более чем два года, количество инноваций и частота их появления зашкаливали. Первые на рынке четырехядерные процессоры, увеличение частоты системной шины, выпуск максимально бюджетных процессоров на архитектуре Core, переход на боле тонкий техпроцесс, выпуск двухядерных процессоров в самом нижнем сегменте рынка. И все это вместе с планомерным ростом частот процессорных линеек во всех сегментах рынка. Хотя сама частота почти не выросла – с 2,93 ГГц у процессора Core 2 Extreme X6800 представленного вместе с новой архитектурой в июне 2006-го года, до 3,33 ГГц у выпущенного два года спустя, в августе 2008-го, Core 2 Duo E8600.
Именно во время архитектуры Core процессорные линейки стали «расти» не только «ввысь» - наращивая частоту, но и «вширь» - предлагая различные возможности, функциональность и характеристики при одинаковой (или схожей) рабочей частоте.
Комментариев нет:
Отправить комментарий