Архитектурные особенности процессора Pentium D

Многоядерные процессоры корпорации Intel

Корпорация Intel (www.intel.com) давно работает над концепцией параллелизма и аппаратными средствами реализации многопоточности. Уже к 1994 г. в процессоре Intel Pentium был реализован параллелизм на уровне команд - архитектурная особенность, при которой команды одного потока кода извлекаются, выполняются параллельно, а затем объединяются в прежнем порядке. В 1994 г. корпорация реализовала также двухпроцессорную обработку (два полноценных процессора, вставлялись в два разъема системной платы), создав аппаратную многопоточную среду для серверов и рабочих станций. В 1995 г. был представлен процессор Pentium Pro, поддерживавший эффективное объединение уже четырех процессоров на одной системной плате, что обеспечило более высокую скорость обработки данных в многопоточных приложениях, ориентированных на серверные платформы и рабочие станции.

Эти усилия стимулировали разработку однопроцессорных технологий, обеспечивающих более высокую степень параллелизма на уровне потоков, для массовых платформ. Корпорация реализовала технологию HT (Hyper-Threading) для процессоров Pentium 4 и Xeon, как инновационный способ достижения более высокой степени параллелизма на уровне потоков в процессорах для массовых систем. В корпорации поняли, что технология HT естественным образом ведет к разработке многоядерных процессоров, отличающихся более высокими степенями параллелизма.

Для перевода своей полупроводниковой индустрии на выпуск многоядерных процессоров с 2000 г. Intel вложила большие средства в исследования и разработки по этой тематике.

В Intel не считают целесообразным конструировать многоядерные процессоры, состоящие из одного ядра общего назначения и специализированных ядер. Применение универсальных ядер, способных решать самые различные задачи считается более перспективным.

В ПК и серверах будущего будут применяться многоядерные процессоры, поддерживающие такие инновационные технологии, как ускоренный ввод-вывод, виртуализация (обеспечение виртуальной независимости работы каждого ядра), безопасность и усовершенствованная технология памяти.

С 2005 года был начат выпуск двуядерных процессоров Pentium D. Двуядерные процессоры Pentium D содержат два независимых ядра на одной кремниевой пластине (рис.3). Каждое ядро имеет собственный кэш второго уровня L2 объемом 1 Мб.

Рис.3. Двуядерный процессор Pentium D

Ядра процессоров базируются на архитектуре NetBurst процессоров Pentium 4. Ядра объединены общей процессорной шиной, работающей на частоте 800 МГц.

Ядра процессоров Pentium D не поддерживают технологию Hyper-Threading. Для двуядерных процессоров она присутствует только в Pentium Extreme Edition, который благодаря этому виден в системе как четырехядерный (рис.4).

Процессоры Pentium D поддерживают 64-битные расширения команд EM64T и технологию XD — защита от атак типа "переполнение буфера". Некоторые модели дополнительно поддерживают технологию SpeedStep, при которой возможно динамическое регулирование частоты и напряжения питания ядер процессора.

Рис.4. Технология Hyper-Threading в микропроцессоре Pentium Extreme Edition.

Выпуск процессоров Pentium D был налажен по 90-нанометровому техпроцессу, при этом на кристалле площадью 206 кв. мм. размещалось 230 млн. транзисторов. Кроме двух независимых ядер микропроцессор включает арбитр, позволяющий двум процессорам разделять между собой процессорную шину. То есть, фактически, всѐ взаимодействие между ядрами происходит только на уровне системной шины.

Суммарный размер кэш памяти второго уровня составляет 2 Мбайта. Кэш память разделяется пополам между двумя ядрами таким образом, что каждое из них оперирует с собственной кэш памятью второго уровня (L2) емкостью 1 мегабайт.

Но эксплуатация двуядерных процессоров на тех же частотах, что и одиночных ядер, невозможна. Вызвано это в первую очередь ограничениями по тепловыделению и энергопотреблению процессоров, поскольку объединение двух ядер на одном кристалле приводит к значительному росту этих характеристик. Поэтому, двуядерные процессоры имеют гораздо более низкую тактовую частоту, чем их одно ядерные "прародители".

Двуядерный процессор Pentium Extreme Edition был выпущен с тактовой частотой 3,2 ГГц, частотой системной шины 800 МГц и 2 Мб кэш-памяти второго уровня (по 1 Мб на каждое ядро).

Каждое ядро поддерживает Hyper-Threading, поэтому в системе видны четыре процессора.

Дата добавления: 2014-01-07