XII. ОСОБЕННОСТИ МИКРОАРХИТЕКТУРЫ IntelCore.
Процессоры фирмы Intel седьмого поколения семейства Х86 (серии Pentium 4, Pentium D), разработаны на основе микроархитектуры NetBurst, которая была впервые представлена в 2000 году. На эту архитектуру Intel возлагала большие надежды и обещала к 2008 году выпустить в продажу процессоры с тактовой частотой 10 ГГц. Однако эта архитектура не оправдала эти надежды. Уже к 2005 году стало ясно, даже при тактовой частоте в 4 ГГц, опытные образцы процессоров, разработанные на основе этой архитектуры, за счет увеличения токов утечки, потребляют мощность более 140 Вт. Ранее, когда потребляемая процессором мощность составляла всего несколько десятков ватт, на такую характеристику, как энергоэффективность, просто не обращали внимание. Теперь же стало ясно, что дальнейшее повышение частоты ставит такие проблемы по отводу тепла от этих процессоров, что их производство становится просто экономически невыгодным. Таким образом, желание повысить производительность только за счет повышения тактовой частоты, завело в тупик. Некоторой разрядкой этой ситуации явился переход к двуядерным процессорам и усовершенствование технологического процесса, однако уже стало ясным, что для дальнейшего развития эффективности работы и повышения производительности, необходимо было менять саму микроархитектуру процессоров. В связи с этим, специалисты фирмы Intel главной целью поставили достижение не просто максимального повышения производительности, а достижения высокого уровня производительности при обеспечении энергопотребления на приемлемом уровне.
Абсолютную производительность принято измерять в количестве инструкции, выполняемых процессором в единицу времени (IPS – Instruction Per Second, IPS) или, иногда, количеством инструкций, выполняемых за один такт (Instruction Per Cycle, IPC).
Энергетическую эффективность можно характеризовать величиной, численно равной среднему количеству поглощенной энергии, приходящей на одну выполненную инструкцию (Energy Per Instruction, EPI). Она измеряется в джоулях и определяется по формуле:
Заметим, что эту характеристику целесообразнее было бы назвать энергетической неэффективностью, так как чем она больше, тем хуже для процессора, с точки зрения удельного потребления энергии.
Используется и другая характеристика энергетической эффективности процессора – оптимизированная производительность процессора, определяемая как производительность процессора в расчете на каждый ватт потребляемой мощности (Performance Per Watt) равна:
Таким образом, энергетическую эффективность EPI можно трактовать как потребляемую мощность процессора в расчете на единицу производительности.
С другой стороны, производительность процессора равна:
Где F – тактовая частота процессора.
Потребляемая же процессором мощность может быть
определена по формуле: 
Где U – напряжение питания процессора;
Сd – динамическая емкость - некоторая константа, которая
определяется числом транзисторов в микросхеме процессора и
активностью их переключения.
(Строго говоря, динамическая емкость равна отношению электростатического заряда проводника к разнице потенциалов между проводниками, обеспечивающими этот заряд).
Следовательно, энергетическая эффективность процессора может быть выражена как:
Отсюда следует, что энергетическая эффективность процессора не зависит от тактовой частоты, на которой работает процессор, хотя и существует некоторая зависимость между напряжением питания процессора и его возможной тактовой частотой. При одинаковой тактовой частоте, энергетическая эффективность будет тем меньше, чем меньше Cd, и напряжение питания, и чем больше инструкций выполняется за один такт.
Именно исходя с этих позиций специалисты фирмы Intel разработали к 2006 году новую микроархитектуру микропроцессоров – Core Microarchitecture, которая легла в основу целого ряда новых серий процессоров. При этом корпорация Intel определила следующие кодовые названия этих серий: Conroe – микропроцессоры для настольных компьютеров, c энергопотреблением не более 65 Вт; Merom – микропроцессоры для мобильных ноутбуков, с энергопотреблением около 35 Вт; и Woodcrest - микропроцессоры для серверов, с энергопотреблением до 80 Вт.
Интересно отметить, что эта новая микроархитектура по сути является не улучшением архитектуры NetBurst (Pentium 4), как казалось бы логичным, а дальнейшим, хотя и существенным, развитием архитектуры P6 – архитектуры предшествующего 6-го поколения семейства Х86 (процессоров Pentium Pro, Pentium II, Pentium III, Pentium M).
Микропроцессоры, основанные на архитектуре Intel Core, обрабатывает до 4 инструкций за один такт, т.е. больше, чем все предшествующие МП семейства Х86, а также все, существующие на 2007г, разработки фирмы AMD. Длина исполнительного конвейера МП с архитектурой Intel Core – 14 ступеней и, следовательно, их тактовые частоты не смогут повышаться до таких значений, которые позволяет архитектура NetBurst. Зато это обстоятельство позволяет повысить эффективность работы микропроцессоров с точки зрения характеристики «производительность на ватт» - т.е. 1/EPI. Увеличение же абсолютной производительности достигается путем архитектурных усовершенствований, главным образом за счет распараллеливания процессов обработки.
Первые процессоры архитектуры Intel Core для настольных компьютеров серии Conroe имели двуядерное исполнение и обладают кэш L1, равное 64 Кбайт на каждое ядро (по 32 Кбайт для кода и данных). Память кэш L2 – общая для обоих ядер, емкостью 2 или 4 Мбайт. Затем появились и четырехъядерные процессоры этой архитектуры.
Все микропроцессоры с архитектурой Intel Core обладают технологией поддержки 64 – битных расширений памяти – технологией Enhanced Memory 64 Technology (EM64T).
До 2008г. все процессоры этой архитектуры реализовались на базе технологического процесса 65 нм, и использовали процессорную (системную) шину Quad Pumped Bus, позволяющую использовать оперативную память типа DDR2. Они могут использоваться с материнскими платами, в основе которых лежат чипсеты: Intel 975X Express, Intel P965 Express, NVIDIA nForce 5XX Intel Edition и ATT Xpress 3200 Intel Edition.
Для общего ознакомления, таблицей XII.1 представлена линейка микропроцессоров Conroe, выпускаемых с 2007 г.
Таблица XII.1
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.