ПРОЦЕССОРЫ

Редакция THG,  28 октября 2008 Страница:   1 2 3 4 5

Введение

Два года назад Intel сорвала большой куш, выведя на рынок архитектуру Conroe, которая нашла применение в процессорах Core 2 Duo и Core 2 Quad. Благодаря данному решению компания вернула корону производительности после небольшой потери доверия из-за спорного дизайна Pentium 4 "Prescott". В то же время Intel объявила весьма амбициозные планы развивать архитектуру своих процессоров ударными темпами, как это происходило в середине 1990-х. Первая фаза плана предусматривала выпуск обновления архитектуры через 12 месяцев после объявления, чтобы получить преимущество от нового техпроцесса. Это и было сделано с выпуском Penryn. А полностью новая архитектура должна была появиться через 24 месяца с кодовым названием Nehalem. Эта архитектура и стала темой данной статьи.

Архитектура Conroe обеспечивала превосходную производительность и весьма разумное энергопотребление, но она не была идеальна. Собственно, условия, в которых разрабатывалась эта архитектура, тоже не были идеальными. Когда Intel поняла, что процессор Pentium 4 зашёл в тупик, компании пришлось изобретать новую архитектуру в великой спешке - а это не так легко для такой крупной компании, как Intel. Команде инженеров в Хайфе (Израиль), которая до этого отвечала за мобильные архитектуры, была внезапно навязана разработка дизайна для всей новой линейки процессоров Intel. Задача для команды оказалась не такой лёгкой, поскольку именно ей пришлось отвечать за будущее Intel. Учитывая эти условия, с жёсткими временными рамками и давлением, результат, который выдали инженеры Intel, просто великолепен. Но эта ситуация также объясняет, почему команде пришлось пойти на некоторые компромиссы.

Хотя перед нами была серьёзная переработка Pentium M, архитектура Conroe всё же в какой-то степени предала свою мобильную основу. С одной стороны, архитектура не была достаточно модульной. Ей было необходимо закрыть всю линейку процессоров Intel, от ноутбуков до серверов. Но на практике в каждом случае мы получали практически идентичный чип; разница была только в размере памяти L2. Архитектура была явно разработана для двуядерных процессоров, и переход на четырёхъядерные CPU потребовал такой же трюк, какой Intel сделала для первых двуядерных CPU - два кристалла в одной упаковке. Наличие FSB повредило разработке конфигураций с несколькими процессорами, поскольку она оставалась "узким местом" по доступу к памяти. Наконец, маленький подарок: одна из новых функций, введённых в архитектуре Conroe, а именно слияние макроопераций, позволяющая соединять две инструкции x86 в одну, не работала в 64-битном режиме, стандартном режиме для серверов.

Эти компромиссы были понятны два года назад, но сегодня Intel уже не может их оправдать - особенно перед лицом конкуренции со стороны AMD и процессоров Opteron, которые до сих пор весьма привлекательны для корпоративных окружений. С Nehalem Intel было необходимо устранить свои слабые места, разработав модульную архитектуру, которая может адаптироваться для нужд всех трёх основных рынков: мобильного, настольного и серверного.

Nehalem: обзор

Честно говоря, сложно делать обзор архитектуры, подобной Nehalem, которая изначально была разработана модульной. Инженеры Intel хотели создать набор базовых "кирпичей, которые можно собирать как блоки конструктора Lego, чтобы создавать разные версии архитектуры.

Впрочем, в то же время вполне реально рассмотреть флагмана новой архитектуры - high-end версию, которая будет использоваться в серверах и производительных рабочих станциях. На первый взгляд, спецификации очень напоминают архитектуру Barcelona (K10) от AMD. То есть перед нами "родной" четырёхъядерный процессор, который использует три уровня кэш-памяти, встроенный контроллер памяти, а также высокопроизводительную систему интерфейсов "точка-точка" для связи с периферией и другими CPU в многопроцессорной конфигурации. Это доказывает, что технологические решения AMD были не такими плохими, но пострадали из-за технической реализации, которая не была достаточно хорошо адаптирована для текущего дизайна.

Но Intel не только обновила свою архитектуру, взяв у конкурента интересные инновации. С бюджетом более 700 млн. транзисторов (731 млн., если быть точным), инженеры смогли серьёзно улучшить основные характеристики исполнительного ядра, добавив в то же время новую функциональность. Например, поддержка многопоточности (simultaneous multi-threading, SMT), которая впервые появилась в Pentium 4 "Northwood" под названием Hyper-Threading, вновь вернулась. Поскольку физических ядер на кристалле четыре, некоторые версии Nehalem, которые используют два ядра в одной упаковке, смогут выполнять до 16 потоков одновременно. Изменения на первый взгляд кажутся простыми, но, как мы увидим позже, они привели к серьёзным переменам на разных уровнях конвейера; многие буферы пришлось изменить, чтобы данный режим не влиял на производительность. Как уже случалось с каждой последней архитектурой на протяжении последних лет, Intel добавила к Nehalem новые инструкции SSE. Архитектура поддерживает набор SSE 4.2, некоторые компоненты которого были, как может показаться, взяты из микроархитектуры AMD K10.

Теперь, когда вы знаете ключевые особенности новой архитектуры, настало время рассмотреть её более детально, начиная с первых ступеней конвейера - часть, которая отвечает за считывание инструкций из памяти и подготовку их для выполнения.

Страница:   1 2 3 4 5

СОДЕРЖАНИЕ |Одной страницей|Версия для печати

Введение Nehalem: обзор Считывание и декодирование инструкций Предсказание ветвлений Возвращение Hyper-Threading     Реализация SMT SSE 4.2 и энергопотребление Соединения QuickPath Подсистема памяти     Встроенный контроллер памяти     Трёхуровневая иерархия кэша TLB Доступ к памяти и предварительная выборка     Оптимизированный невыровненный доступ к памяти (Unaligned Memory Access)     Больше блоков предварительной выборки с более эффективной работой Заключение  Отзывы об архитектуре Nehalem в Клубе экспертов THG [ 25 отзывов]