Лекция 16. Микроархитектуры AMD

Рис. 5.3.6.8. Микроснимок двухъядерного процессора Penryn

Рис. 5.3.6.7. Микроархитектура процессоров Conroe

Рис. 5.3.6.6. Процессоры Intel Core

Основываясь на принципах энергетической экономичности (важнейшая черта мобильных процессоров Intel Pentium M) и существующих технологий Intel Pentium IV, многоядерная архитектура также включает ряд важных усовершенствований:

· расширенное динамическое выполнение (Intel Wide Execution) позволяет каждому “широкому” ядру выполнять до четырех полных команд одновременно, используя эффективный 14-стадийный конвейер - спекулятивное выполнение с изменением порядка инструкций, усовершенствованный алгоритм предсказания переходов, уменьшающий количество неверных предсказаний;

· интеллектуальное управление электропитанием (el Intelligent Power Capability);

· интеллектуальное управление кэш-памятью (Intel Advanced Smart Cache) – совместное использование L2-кэша, что позволяет уменьшить потребление мощности путем переключения трафика между модулями памяти ядер процессора;

· интеллектуальный доступ к памяти (Intel Smart Memory Access) – еще одна особенность, которая улучшает системную производительность, уменьшая латентность памяти и таким образом улучшая скорость передачи данных к подсистеме памяти;

· улучшенная цифровая обработка мультимедиа (Intel Digital Media Boost) – теперь многие из 128-битовых команд SSE, SEE 2 и SEE 3 смогут выполняться в пределах только одного цикла процессора. Это фактически удваивает скорость выполнения этих команд, которые широко используются в мультимедийных и графических приложениях.

Кроме того, Intel Core также предусматривает микрослияние и макрослияние.

Yonah – первоначально был кодовым наименованием первого поколения процессоров Intel, изготовленных по технологии 65 нм для мобильных систем, основанных на Banias/Dothan микроархитектуре Pentium M, включая технологию защиты LaGrande. Эффективность потоковой обработки (SIMD) была повышена посредством добавления команд SSE3 и улучшения реализации наборов команд SSE и SSE2, поскольку ранее выполнение целочисленных операций замедлялось повышенной латентностью кэша. Кроме того, Yonah предполагает поддержку NX bit.

Процессор Intel Core Duo состоит из двух ядер на одном кристалле, включает совместно используемый L2-кэш объема 2 MiB. Предусматривается также отключение одного из ядер при снижении нагрузки для уменьшения энергопотребления.

Intel Core Solo (процессоры предназначаются для мобильных ПК) размещается на таком же двухъядерном кристалле, что и Core Duo, но задействует только одно активное ядро. Здесь обычно используются кристаллы с одним дефектным ядром, кроме того, вообще оказывается дешевле устанавливать двухъядерный кристалл с одним отключенным ядром, нежели налаживать отдельный выпуск одноядерных кристаллов. Intel уже использовала ранее такую стратегию в процессорах 486, где процессор 486SX представлял собой 486DX, в котором блок операций с ПЗ не прошел не прошел приемный контроль и потому был отключен.

Процессоры Core Duo. Core Duo содержит 151 млн транзисторов, с учетом совместного L2-кэша на 2 MiB. Исполнительное ядро Yonah содержит конвейер на 12 стадий, предполагаемая максимальная частота 2,33 – 2,50 ГГц. Коммуникации между кэшем L2 и оболочками ядрами обрабатываются арбитражным блоком, который контролирует доступ как к L2-кэшу, так и к первичной шине (FSB).

Процессоры не лишены и ряда недостатков:

· относительно задержек при обращении к памяти, поскольку весь трафик традиционно проходит через контроллер памяти чипа;

· невысокая эффективность операций с ПЗ, поскольку в каждом ядре небольшое количество исполнительных блоков ПЗ;

· отсутствует поддержка 64-разрядной системы команд;

· более низкая приведенная эффективность для однопроцессорных приложений.

Sossaman – ЦА, производный от Yonah, был выпущен 14 марта 2006 г. Sossaman почти идентичен Yonah, за исключением поддержки двухъразъемной конфигурации, для 4-ядер, кроме того, здесь реализована 36-разрядная адресация. ЦП Sossaman предназначенная для для серверов, однако как и Yonah, не поддерживает ЕМ64Т, что для рыночного сектора серверов является серьезным недостатком.

Процессоры Core 2 являются 8-м поколением процессоров, производимых фирмой Intel. Первые образцы Core 2 были официально выпущены 27 июля 2006 г. Как и ЦП Intel Core, Core 2 включает Duo (двухъядерные) и Solo (одноядерные) модели. Новые линии продуктов включают также модели Extreme (высокопроизводительный сектор) и Quad (четырехъразрядные). Основные процессоры имеют кодовые имена “Conroe” (для настольных ПК) и “Merom” (портативные модели).

Рассмотрим процессы в ЦП Conroe (рис. 5.3.6.7).

Дизайн Core 2 не основывается на повышении эффективности исключительно за счет достижения максимальных тактовых частот, а использует другие возможности, включая улучшение кэш-памяти и увеличение числа ядер. Энергопотребление таких процессоров существенно ниже, чем для настольных процессоров Pentium.

Процессоры Intel Core 2 поддерживают такие опции, как EM64T, Virtualization Technology, Execute Disable Bit и SSE3. Кроме того Core 2 вводит технологии LaGrande Technology, Enhanced SpeedStep Technology и Active Management Technology.

Conroe. Процессоры выпускаются по технологии 65 нм и ориентированы на настольные ПК, заменяя Pentium 4 и Pentium D. Conroe демонстрирует 40 %-ное повышение эффективности при 40 % -ном снижении энергопотребления сравнительно с Pentium D. Все ЦП Conroe имеют кэш L2 объемом 4 Мбайт.

Conroe XE (Core 2 Extreme) предназначен для замены процессоров Pentium 4 Extreme Edition и двухъядерного Pentium Extreme Edition. Core 2 Extreme заявлен с частотой 2,93 ГГц и FSB на 1066 МТ/s, электрическая мощность 75-80 Вт и при полной нагрузке температура не превышает 45˚С, а использование технологии SpeedStep позволяет почти уравнять среднюю температуре ЦП с окружающей атмосферой. Имеет 4 Мбайт разделяемого кэша L2.

Merom – первый процессор Core 2 для мобильных систем, предполагается, что его энергетическая эффективность будет на 20 % выше, чем у мобильных Core Duo (Yonah). Объявлена мощность в 35 Вт для стандартной версии и 5 Вт для версии с очень низким напряжением питания (Ultra Low Voltage - ULV).

Merom является первым мобильным процессором Intel, в котором реализовано 64-разрядное расширение EM64Т 64-bit extensions, скорость системной шины – 667 МТ/s. Следующая версия предполагает FSB на 800 МТ/s и новый интерфейс Socket P.

Intel Penryn Core 2. Процессор построен на архитектуре Core 2, но является первым в серии, выпущенным по технологии 45 нм с использованием инновационной технологии транзисторов с металлическим затвором и диэлектрическим изолятором.

В частности, четырехъядерный Penryn – 820 млн на меньшей площади кристалла. Такое повышение числа транзисторов связано с реализацией в каждом ядре кэша L2 на 6 Мбайт (рис.5.3.6.8).

Kentsfield – кодовое название четырехъядерной версии Core 2 processor. Первые образцы под названием Core 2 Extreme QX6700 были выпушены в ноябре 2006 г. Процессор включает 4 ядра (частота 2,67 ГГц) и 2 кэша L2 по 2Мбайта.

Первые экземпляры демонстрировали энергопотребление до 130 Вт, однако в дальнейшем предполагается его ограничение до 80 Вт.

Yorkfield. Данный процессор будет восьмиядерным процессором, состоящим из 2 кристаллов по 4 ядра на каждом. При изготовлении будет использоваться процесс 45 нм при относительно простой структуре наподобие двух отдельных ядер Conroe в одной сборке.Yorkfield будет иметь 8 Мбайт совместно используемого L2-кэша. Предполагается также, что Yorkfield будет использовать память DDR3 (DDR на частоте 1333 МГц).

Процессоры Xeon и Celeron.

Процессоры Xeon. В июне 1998 г. Intel начала выпускать ЦП Pentium II Xeon, работающих на частоте 400 МГц. Технически Xeon представлял собой комбинацию технологий Pentium Pro и Pentium II и был разработан, чтобы предложить повышенную эффективность, требуемую в кристаллических приложениях для рабочих станций и серверов. Используя интерфейс Slot, Xeon были почти вдвое больше размером, чем Pentium II, прежде всего из-за увеличенной кэш-памяти L2.

В первых образцах чип снабжался кэш-памятью L2 на 512 Кбайт или 1 Мбайт. Первый вариант был предназначен для рынка рабочих станций, второй – для серверов. Версия на 2 Мбайт вышла позже – в 1999 г.

Основное усовершенствование сравнительно с Pentium II заключается в том, что кэш-память L2 работала на частоте ядра центрального процессора в отличие от конфигураций на основе Slot 1, которые ограничивали кэш L2 половиной частоты ЦП, что позволяло Intel использовать более дешевую память Burst SRAM в качестве кэша, вместо того, чтобы применять обычную SRAM.

Другое ограничение, которое удалось преодолеть посредством Slot 2, был “двухпроцессорный предел”. При использовании архитектуры SMP (симметрический мультипроцессор) процессор Pentium II оказался неспособен поддерживать системы с более чем двумя центральными процессорами, в то время как системы, основанные на Pentium II Xeon, могли объединять четыре, восемь или более процессоров.

Вскоре после выхода Pentium II весной 1999 г. был выпущен II Xeon. Это был базовый Pentium Xeon с добавлением набора команд SSE. Нацеленный на рынок серверов и рабочих станций, Pentium III Xeon первоначально выпускался на 500 МГц и с кэш-памятью L2 на 512 Кбайт. Осенью 1999 г. Xeon начал выпускаться с ядром Cascadeсо скоростями, увеличивающими от начальных 667 МГц до 1 ГГц к концу 2000 г.

Весной 2001 г. выпущен первый Xeon на основе Pentium IV со скоростью 1Ю4, 1,5 и 1,7 ГГц. Базирующийся на ядре Foster, он был идентичен стандарту Pentium IV, за исключением разъема microPGA Socket 603. Pentium IV Xeon поддерживался чипсетом i860, который подобен i850, однако предусматривает двухпроцессорные системы и позволяет увеличить максимальный размер памяти до 4 Гбайт. Через год была выпущена мультипроцессорная версия, позволяющая собирать 4- и 8-процессорные системы и включающая кэш-память L3 на 512 Кбайт или 1 Мбайт.

Процессоры Celeron – упрощенный вариант Р2 для дешевых компьютеров. Основные отличия этих процессоров – в объеме кэша второго уровня и частоте шины. Первые выпущенные в апреле и июне 1998 г Celeron на 266 и 300 МГц не имели кэша вообще при частоте шины 66 МГц и выполнены в конструктиве Slot 1. Следующие модели имели 128 Кбайт кэша и выпускались как для Slot 1, так и для Socket 370.

AMD работал в сфере персональных компьютеров на протяжении всей истории отрасли. Компания поддерживала производство каждого поколения процессоров ПЭВМ, начиная с 8088, применяемых в первых ПК IBM-PC, до современных процессоров 7- 8 поколений AMD.

AMD K5. Длительное время ABM (Advanced Micro Devices), производила центральные процессоры 286, 386 и 486, которые были основаны на разработках Intel. К5 был первым независимо созданным х86 процессорам, на который AMD возлагала большие надежды.

К5 был разработан компанией AMD как конкурент процессору Intel Pentium. Он был представлен в 1995 г. более чем на год позже Pentium, кроме того, AMD не удалось выпустить К5, работающие на первоначально запланированной частоте. Процессор содержал 4,3 млн транзисторов и обладал хорошей совместимостью с х86, но не поддерживал набор инструкций ММХ. ЦП включал пять блоков ФЗ, поддерживающих внеочередное выполнение, один блок ПЗ, сравнимый по производительности с двумя такими же в Pentium.

Под маркой К5 выпускалось два варианта процессоров SSA/5 и 5k86. SSA/5 работал на частотах от 75 до 100 МГц, 5k86 – 90 до 133 МГц. AMD использовалась так называемый рейтинг производительности для маркировки процессоров. Этот рейтинг показывал, какому процессору Pentium эквивалентен данный К5 по производительности.

Проект К5 был одной из возможностей компании AMD перехватить техническое лидерство у Intel. Но хотя при разработке использовались верные дизайнерские концепции, инженерное воплощение оказалось недостаточным. Низкая тактовая частота процессора частично объясняется трудностями с производственными мощностями, которые испытывала компания в то время, однако вчетверо больший, чем у Pentium, буфер предсказания переходов не показывал лучшую производительность, блок ПЗ был менее производительным, чем у Pentium, и т.д. Из-за опоздания с выходом на рынок и недостаточной производительности К5 так и не завоевал признания у производителей компьютеров.

Дата добавления: 2013-12-13