Путеводитель по процессорам intel sandy bridge (часть 1)

Dmitry Panasenko написал(а) к All в May 11 16:16:24 по местному времени:

=============================================================================
* Forwarded by Dmitry Panasenko (2:5015/115)
* Area : RU.COMPUTERRA (RU.COMPUTERRA)
* From : News Robot, 2:5030/1256 (Пятница Май 27 2011 06:17)
* To : All
* Subj : Путеводитель по процессорам intel sandy bridge (часть 1)
=============================================================================

Компьютерра
___________________________________________________________________

Путеводитель по процессорам intel sandy bridge (часть 1)

Опубликовано: 26.05.2011, 19:08

Автор: Олег Нечай

В предыдущем "Путеводителе по новым процессорам intel [1]",
опубликованном примерно год назад, мы говорили о
микроархитектуре NEНALEM, пришедшей на смену CORE в конце 2008
года. В этом обзоре речь пойдёт об архитектуре sandy bridge,
которая в самое ближайшее время должна полностью заменить
NEНALEM.

На сегодняшний день чипы на базе SANDY BRIDGE представлены во
всех линейках процессоров intel, включая серверные xeon,
дестопные и мобильные Core i3/35/i7, Pentium и Celeron и
"экстремальные" CORE I7 EXTREME. Незадолго до публикации этой
статьи, 22 мая 2011 года, были представлены ещё семь новых
процессоров на основе Sandy Bridge.

В чём же заключаются принципиальные отличия Sandy Bridge от
NEНALEM и в чём состоят особенности и преимущества новой
микроархитектуры intel? Вкратце эти отличия таковы: обновлённое
графическое ядро в составе "системного агента" расположено на
одном кристалле с вычислительным, предусмотрены новый буфер
микрокоманд l0, разделяемый кэш l3, модернизированная технология
Turbo Boost, расширенный набор инструкций SIMD AVX и
переработанный двухканальный контроллер оперативной памяти DDR3
1333 МГц. Вместе с новой архитектурой появился и новый
процессорный разъём LGA 1155.

Одно из главных конструктивных отличий SANDY BRIDGE от NEНALEM -
размещение вычислительных ядер и северного моста (системного
агента) на одном кристалле. Напомним, что в Nehalem сам ЦП и
северный мост располагались под общей крышкой, но фактически
размещались на самостоятельных чипах, которые, к тому же, были
выполнены по разным технологическим нормам: ЦП - по 32-нм, а
северный мост - по 45-нм. В SANDY BRIDGE это единый кристалл,
выполненный по 32-нм техпроцессу, на котором находятся
вычислительные ядра, графическое ядро, контроллеры оперативной
памяти, PCI EXPRESS, электропитания (POWER CONTROL UNIT, PCU) и
блок видеовыхода.

Новый набор SIMD-инструкций в чипах Sandy Bridge получил
название AVX - ADVANCED VECTOR EXTENSIONS, то есть "расширенные
векторные инструкции". Фактически это очередное поколение
SIMD-инструкций (Single Instruction, Multiple Data - "одиночный
поток команд, множественный поток данных" SSE5, альтернативная
набору x86, разработанному в amd. Разрядность регистров xmm в
инструкциях AVX увеличен вдвое с 128 до 256 бит, появились 12
новых инструкций с поддержкой четырёхоперандных команд.
Поддерживаются технология аппаратного шифрования advanced
Encryption Standard (AES) и система виртуализации Virtual
MACНINE EXTENSIONS (VMX).

Несмотря на схожую конструкцию, у чипов sandy bridge больше
исполнительных блоков, чем у Nehalem: 15 против 12 (см.
блок-схему). Каждый исполнительный блок подключён к планировщику
инструкций через 128-битный канал. Для выполнения новых
инструкций AVX, содержащих 256-разрядные данные, одновременно
используются два исполнительных блока.

Чипы SANDY BRIDGE Cпособны обрабатывать до четырёх инструкций за
такт благодаря четырём декодерам, встроенным в блоки выборки
команд. Эти декодеры преобразуют инструкции x86 в простые
RISC-подобные микроинструкции.

Важнейшее нововведение в процессорах SANDY BRIDGE - это так
называемый "кэш нулевого уровня" l0, в принципе отсутствовавший
в процессорах предыдущего поколения. Этот кэш способен хранить
до 1536 декодированных микроинструкций: его смысл заключается в
том, что когда исполняемая программа входит в кольцевой цикл, то
есть повторно выполняет одни и те же инструкции, не требуется
заново декодировать одни и те же инструкции. Такая схема
позволяет заметно повысить производительность: по оценкам
специалистов Intel, L0 используется в 80% машинного времени, то
есть в подавляющем большинстве случаев. Кроме того, при
использовании l0 отключаются декодеры и кэш-память первого
уровня, а чип потребляет меньше энергии и выделяет меньше тепла.

В связи с появлением в чипах Sandy Bridge "кэша нулевого уровня"
часто вспоминают трассировочный кэш (TRACE CACНE) "ветеранов
гонки гигагерц" - процессоров pentium 4 на базе архитектуры
NetBurst. Между тем, эти буферы работают по-разному: в
трассировочном кэше инструкции записываются точно в таком
порядке, в каком они исполнялись, поэтому в нём могут несколько
раз повторяться одни и те же инструкции. В L0 хранятся единичные
инструкции, что, разумеется, более рационально.

Претерпел заметные изменения блок предсказания ветвлений,
получивший буфер предсказания результата ветвлений (branch
target buffer) удвоенного объёма. Кроме того, в буфере теперь
используется специальный алгоритм сжатия данных, благодаря чему
блок способен подготавливать большие объёмы инструкций, тем
самым повышая производительность расчётов.

Подсистема памяти в Sandy Brigde была также оптимизирована для
работы с 256-битными инструкциями AVX. Напомним, что в NEНALEM
использовались выделенные порты загрузки, хранения адресов и
хранения данных, привязанные к отдельным дисптчерским портам,
что означает возможность загрузки 128 бит данных из кэш-памяти
l1 за такт. В sandy brigde порты загрузки и хранения при
необходимости могут изменять назначение и одновременно выступать
в роли пары портов загрузки или хранения, что позволяет работать
с 256 битами данных за такт.

Для связи компонентов чипа, то есть вычислительных ядер,
кэш-памяти L3, графического ядра и системного агента
(контроллеров памяти, PCI EXPRESS, питания и дисплея), SANDY
bridge используется кольцевая шина (ring interconnect). За
основу была взята скоростная шина QPI (Quick Path Interconnect,
пропускная способность до 6,4 Гбайт/с на частоте 3,2 ГГц),
впервые реализованная в чипах nehalem lynnfield (core i7 9xxx
для Socket LGA1366), адресованных энтузиастам.

По сути кольцевая шина в SANDY BRIDGE представляет собой четыре
32-байных кольца: шины данных, шины запросов, шины подтверждения
и шины мониторинга. Обработка запросов осуществляется на частоте
работы вычислительных ядер, при этом при тактовой частоте 3 ГГц
пропускная способность шины достигает 96 Гбайт в секунду. При
этом система автоматически определяет кратчайший путь передачи
данных, обеспечивая минимальную латентность.

Использование кольцевой шины позволило иным способом реализовать
кэш-память третьего уровня l3, которая в sandy bridge получила
название LLC (Last Level Cache, то есть "кэш последнего
уровня"). В отличие от NEНALEM, здесь LLC не является общим для
всех ядер, но при этом он может при необходимости распределяться
между всеми ядрами, а также графикой и системным агентом. Важно
отметить, что хотя для каждого вычислительного ядра выделен свой
сегмент llc, этот сегмент не привязан жёстко к "своему" ядру и
его объём может посредством кольцевой шины распределяться между
другими компонентами.

При переходе на SANDY BRIDGE в INTEL присвоили всем компонентами
центрального процессора, которые не относятся к собственно
вычислительным ядрам, общее названием System Agent, то есть
"системный агент". Фактически это всё компоненты так называемого
"северного моста" набора системной логики, однако это название
всё-таки больше подходит отдельной микросхеме. В применении к
NEНALEM использовалось странное и явно неудачное наименование
"uncore", то есть "неядро", так что "системный агент" звучит
намного уместнее.

К основным элементам "системного агента" следует отнести
модернизированный двухканальный контроллер оперативной памяти
ddr3 до 1333 МГц, контроллер pci express 2.0 с поддержкой одной
шины x16, двух шин x8 или одной шины x8 и двух x4. В чипе
имеется специальный блок управления питанием, на основе которого
реализована технология автоматического разгона turbo boost
нового поколения. Благодаря этой технологии, учитывающей
состояние как вычислительных, так и графических ядер, чип при
необходимости может существенно превышать свой термопакет на
время до 25 секунд без повреждения процессора и ущерба для
работоспособности.

В sandy bridge используются графические процессоры нового
поколения intel НD Graphics 2000 и НD Graphics 3000, которые
могут состоять из шести или двенадцати исполнительных блоков
(execution units, eu), в зависимости от модели процессора.
Номинальная тактовая частота графики составляет 650 или 850 МГц,
при этом она может повышаться до 1100, 1250 или 1350 МГц в
режиме turbo boost, который теперь распространяется и на
видеоускоритель. Графика поддерживает программный интерфейс
DIRECT X 10.1 - разработчики сочли излишней поддержку DIRECT X
11, справедливо посчитав, что поклонники компьютерных игр, где
действительно востребован этот API, в любом случае предпочтут
значительно более производительную дискретную графику.

Маркировка процессоров sandy bridge довольно проста и логична.
Как и раньше, она состоит из цифровых индексов, которые в
некоторых случаях сопровождаются буквенным. Отличить SANDY
bridge от nehalem можно по названию: индекс новых чипов
четырёхзначный и начинается с двойки ("второе поколение"), а
старых - трёхзначный. К примеру, перед нами процессор INTEL CORE
i5-2500k. Здесь "intel core" означает марку, "i5" - серию, "2" -
поколение, "500" - индекс модели, а "K" - буквенный индекс.

Что касается буквенных индексов, то по чипам с микроархитектурой
NEНALEM известен один из них это "S" (процессоры I5-750S и
i7-860s). Он присваивается чипам, ориентированным на домашние
мультимедийные машины. Процессоры с одинаковым числовым индексом
отличаются тем, что модели с буквенным индексом "S" работают на
чуть меньшей номинальной тактовой частоте, но "турбочастота",
достигаемая при автоматическом разгоне Turbo Boost, у них
одинакова. Иными словами, в штатном режиме они экономичнее, а их
система охлаждения тише, чем у "стандартных" моделей. Все новые
десктопные Core второго поколения без индексов потребляют 95 Вт,
а с индексом "S" - 65 Вт.

Модификации с индексом "T" работают на ещё более низкой тактовой
частоте, чем "базовые", при этом "турбочастота" у них тоже ниже.
Термопакет такие процессоров составляет всего 35 или 45 Вт, что
вполне сравнимо с TDP современных мобильных чипов.

И, наконец, индекс "K" означает разблокированный множитель, что
позволяет беспрепятственно разгонять процессор, повышая его
тактовую частоту.

Мы познакомились с общими техническими решениями, реализованными
в "настольных" процессорах с архитектурой SANDY BRIDGE. Во
второй части мы поговорим об особенностях разных серий, изучим
актуальный модельный ряд и дадим рекомендации, какие конкретные
модели можно считать лучшими покупками в своём классе.

[1]: http://www.computerra.ru/terralab/platform/525072/

___________________________________________________________________

Оригинал статьи на http://pda.computerra.ru/?action=article&id=612818

[http://pda.computerra.ru/?action=sec...ion_id=27888]: - Блог "Компьютерры-Онлайн" - Ноутбуки - Технологии - Теория и практика оверклока

-+-
+ Origin: by_Rain 19/11-2007g. (2:5030/1256)
=============================================================================

Ave(te), All!


Tibi et igni, vale! Dmitry "Dev" Panasenko

---