Перспективы развития ПК

ustify">     Последующие версии технологии Centrino: Centrino Duo для  МП Core; Somona поддерживает TV-тюнеры; Napa использует двухъядерный процессор Yonah, с общей для ядер кэш L2, чипсет Intel 945 Express Mobile, и беспроводной адаптер Intel PRO/ Wireless IEEE 802.11е [6. с.134]. 

     Архитектура Intel Net Burst  

     Почти все изготовленные по технологии 0,09 мкм процессоры Pentium 4 имеют микро-архитектуру Intel Net Burst, поддерживающую ряд инновационных  возможностей:

• технологию НТ;
• технологию гиперконвейерной обработки данных;
• частоту системной шины 400,533,800,1066 МГц;
• кэш-память первого уровня с отслеживанием выполнения команд;
• расширенные функции выполнения команд;
• расширенные функции выполнения операций с плавающей запятой и мультимедийных операций;
• набор потоковых SIMD-расширений SSE2 или SSE3.

 

     Технология  гиперконвейерной обработки 

     Технология  гиперконвейерной обработки повышает пропускную способность конвейера, обеспечивая увеличение производительности и тактовой частоты. Так, один из основных конвейеров МП - конвейер предсказания ветвлений/возвратов ветвления имеет глубину конвейерной обработки в 31 такт 

     Поддержка системной шины с  частотой до 800 МГц 

     Поддерживается  весьма производительная шина с частотой 800 МГц, обеспечивающая обмен данными между процессором и другими компонентами со скоростью 6,4 Гбайт/с. Это обеспечивается путем организации схемы передачи данных, позволяющей передавать четырехкратно увеличенный пакет по 200 МГц шине. В 2005 году введена поддержка 1066 МГц шины. 

     Кэш-память уровня L1 с отслеживанием выполнения команд 

     Поддерживается  увеличенный до 16 Кбайт объем  кэш-памяти данных(L1) и кэш-память команд (L1) с отслеживанием их выполнения, последняя хранит до 12000 микроопераций в порядке их выполнения. Это повышает производительность МП в частности, из-за быстрого доступа к командам ветвления и ускоренного возврата из ветвлений, которые были неверно спрогнозированы. 

     Расширенные функции выполнения команд 

     Имеется микроблок улучшенного динамического  выполнения команд, имеющий в том числе и усовершенствованный алгоритм предсказания ветвлений.

     Имеется микроблок с расширенными до 128 бит  регистрами операций с плавающей  запятой и дополнительный регистр  для передачи данных, что увеличивает  производительность МП при работе с плавающей запятой и выполнении мультимедийных приложений. 

     Потоковые SIMD-расширения SSE3 

     В SIMD-расширения SSE2 были добавлены 144 инструкции, а в SIMD-расширения SSE3 добавлены еще 13 инструкций, улучшающих синхронизацию  мультимедиа потоков и повышающих производительность при работе с видео- и аудиоинформацией, в том числе с речью и графикой. 

     Технология RAlD 

     Большинство новых микропроцессоров поддерживают технологию Intel RAID (Redundant Array Intensive Disk - массив недорогих дисков с избыточностью). Достоинством этой технологии является простота организации RAID-массивов, поддержка функционирования нескольких параллельно работающих и дублирующих друг друга винчестеров: два диска содержат зеркальную копию информации друг друга - таким образом уменьшают вероятность потери данных и обеспечивают сохранность важной информации. Переключение между дисками выполняется очень быстро, незаметно для пользователя: все заботы по синхронизации и верификации данных система берет на себя. 

     Многоядерные  микропроцессоры 

     По  мнению многих специалистов, повышение быстродействия МП путем увеличения тактовой частоты их работы исчерпало себя. Уже МП Pentium 4E с тактовой частотой 3,8 ГГц потребляет мощность около 160 Вт (сила тока более 100 А) и это при площади кристалла 1,2 см2. Поэтому компания Intel отказалась от своих планов поднять в ближайшие годы тактовую частоту МП до 20 ГГц, а производительность МП решено увеличивать путем параллельного выполнения вычислений. Подобные идеи уже реализованы в высокопараллельных многопроцессорных системах и в серверных МП Хеоп (Intel) и Opteron (AMD). В МП для персональных компьютеров на середину 2005 года дело ограничивалось лишь созданием в одном физическом МП двух параллель работающих виртуальных процессоров (технология НТ, например). Но виртуальная многопроцессорность обеспечивает реальный рост производительности 10-30%  да и то только для программ, допускающих распараллеливание вычислении и, что особенно важно - в которых команды параллельных потоков не используют одновременно одни и те же аппаратные ресурсы процессора, например, МПП, кэш-память L1, АЛУ и другие. А это бывает крайне редко.

     Существенно больший эффект обеспечивают двухъядерные МП Хеоп и Opteron. Первыми двухъядерный процессор представила в августе 2004 года и выпустила в апреле 2005 года компания AMD (64-разрядный Opteron, предназначенный для высокопроизводительных серверов). Компания Intel немного запоздала с выпуском своего двухъя-дерного 64-разрядного МП Хеоп (сентябрь 2005 года). Двухъядерный микропроцессор Хеоn (кодовое название Paxville) с тактовой частотой 2,8 ГГц, имеет кэш-память L2 емкостью 2 Мбайт и работает с оперативной памятью DDR 2. Два ядра этого МП делят одну шину. Paxville позиционируется как серверный процессор, которому для работы требуется и новый чипсет — Intel E8500. Ядро Smithfield микропроцессора представляет собой микросхему, объединяющую на одном монокристалле два ядра Prescott, не имеющих общих схемных компонент (двухъядерные МП Athlon 64 Х2 компании AMD имеют общие для ядер компоненты: арбитр шины и контроллер памяти DDR).

     Двухъядерные  МП, по сравнению с параллельными  виртуальными процессорами, обеспечивают существенно большую производительность, поскольку у них почти нет совместно используемых процессорных ресурсов (АЛУ, МПП, кэш-память L1 у каждого свои). Потребляемая мощность у них значительно меньше, чем у более высокочастотных одноядерных МП той же производительности. Учитывая названные достоинства, двухъядерные, а в последствии и многоядерные МП будут активно использоваться и в персональных компьютерах. В 2007 году более 70% новых настольных ПК имеют двухъядерные микропроцессоры. Для двухъядерных МП необходимы системные платы со специальными разъемами и чипсетами. В частности Intel представила чипсеты i945, 955, 965,975, iP35, iX38, iX48 и др., поддерживающие многоядерную конфигурацию и работающие с памятью DDR.

     Особо следует сказать о представленных компаниями Sony, Toshiba и IBM в феврале 2005 года девятиядерных микропроцессорах Cell (cell -ячейка). Эти МП используют все  новейшие достижения микроэлектроники: технология 0,09 мкм, «кремний на изоляторе» (SOI), «напряженный кремний» (strained Si), медные соединения (Си). Площадь объединившего девять ядер кристалла - 2,2 см², число транзисторов - 234 млн, тактовая частота - 4 ГГц и очень низкое энергопотребление - 80 Вт. [10. с.124]

     Среди включенных в кристалл девяти ядер выделено одно ядро - Power Processor Element (РРЕ), построенный на базе RISC МП PowerPC. PPE содержит еще два 64-разрядных ядра, поддерживающих выполнение двух потоков вычислений.

     Восемь  остальных ядер представляют собой  векторные процессоры, каждый со своей  локальной памятью. Они могут  работать как независимо друг от друга, так и согласованно, распределяя между собой вычислительную работу.

     Микропроцессоры Cell позиционируются как весьма универсальные процессоры для использования и в серверах, и в персональных настольных и портативных компьютерах, и даже в домашней технике (телевизорах, например). Один из руководителей компании IBM сказал, что архитектура Cell может определить развитие МП на период ближайших 10-20 лет.

     Прервым представителем двухъядерных процессоров  для персональных компьютеров в 2005 году стал Pentium D, известный под  кодовым именем «Smithfield». 

     Микропроцессоры линейки Core  

     Компания Intel разработала новую процессорную микроархитектуру, объединяющую некоторые компоненты технологий Net Burst и Centrino.

     В рамках этой микроархитектуры разрабатываются  МП с кодовыми именами Мегоn (для  мобильных ПК), Соnгое (для настольных ПК), Woodcrest и Tigerton (для серверов). В 2006 году компания Intel уже представила использующие эту микроархитектуру микропроцессоры 8-го поколения — линейку МП Core (Core Solo, Core Duo, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Core 2 Quad, Core Penryn).

     В 2004 году компания Intel ввела маркировку МП типа Pentium. Единый трехзначный номер МП учитывает сразу несколько характеристик: базовую архитектуру, тактовую частоту МП и частоту системной шины, объем кэш-памяти и другие. Базовая архитектура отображается старшим разрядом, было предложено три серии:

• ЗХХ - МП Celeron, Celeron M, Celeron M со сверхнизким энергопотреблением;
• 5ХХ - Pentium 4 для настольных и мобильных ПК, в том числе с технологией НТ;
• 7XX - Pentium с низким и сверхнизким энергопотреблением.

     Для МП семейства Core компания Intel ввела  5-значную маркировку: однобуквенный префикс и 4-значный цифровой код. Буквенный префикс классифицирует МП по энергопотреблению: U - 14 Вт и менее; L - 15-24 Вт; Т - 25-49 Вт; Е - 50-74 Вт; X -75 Вт и более. Для четырехъядерных МП Core 2 Quad указывается буква Q. Старшая цифра индекса показывает принадлежность МП к определенной группе (процессоры на ядре Соnгое имеют серии 4000 и 6000, а на ядре Мегоn - серии 5000 и 7000. 

     Особенности микроархитектуры Core 

     Все МП этой линейки строятся по 65-нанометровой технологии (0,065 мкм), что при использовании ряда новых эффективных энергосберегающих технологий позволяет существенно снизить их энергопотребление. Напряжение питания 0,85-1,35 В.

     Все МП используют разъем LGA 775. Некоторые  характеристики МП линейки Core представлены в табл. 1.3.

     Благодаря низкому энергопотреблению процессоры этой линейки позиционируются как  для настольных, так и для мобильных  компьютеров.

     Одноядерные МП Core Solo имеют сверхнизкое энергопотребление и предназначены в основном для мобильных ПК. Они обеспечивают высокую производительность в мультимедийных приложениях, системах автоматизированного проектирования, компьютерных играх.

     Двухъядерные  процессоры Core 2 Duo имеют площадь  ядра 1,44 см² и содержат от 200 до 400 млн транзисторов. Они способны выполнять 4 инструкции за такт (технология Intel Wide Dynamic Execution) и совершать 128-битные SIMD операции из набора SSE3 без потери темпа работы (технология Intel Advanced Media Boost). [16. с.203]

     МП Core 2 Duo позволяют передавать данные на частоте, в 4 раза превышающей частоту шины данных (технология quad-pumped), и адреса на частоте, превышающей в раза частоту адресной шины (технология double-clocked).

     Таблица 1.3. Характеристики МП линейки Core