Весенний Форум Intel для разработчиков, состоявшийся в Шанхае, принес большое количество любопытных новостей о грядущем поколении микроархитектуры Intel, которое в настоящий момент носит кодовое наименование Nehalem. Корпорация Intel, следуя тактике, получившей название «тик-так» (по аналогии с движением маятника часов – рассчитанное на 2-летний цикл представление новых производственных процессов каждый нечетный год и новых микроархитектур каждый четный), планирует выпустить на рынок продукты на базе Nehalem уже в конце текущего года.
Системная архитектура
Парадоксально, но факт: данное повышение производительности сопровождается снижением, а не увеличением уровня потребляемой энергии. Это стало возможным благодаря разработке абсолютно новой системной архитектуры. Прежде всего, было решено использовать модули памяти со сниженным энергопотреблением. Кроме этого, контроллер памяти был интегрирован в микросхему центрального процессора, что позволило уменьшить время ожидания данных.
Такой инновационный подход дает возможность получить более быстрый доступ к памяти без дополнительного увеличения энергопотребления. Помимо всего прочего, для предотвращения образования узких мест при передаче данных между процессорами, установленными в разных разъемах, в Intel было разработано новое межкомпонентное соединение Intel® QuickPath, последовательный канал передачи данных типа «точка-точка», который в отличие от стандартной шины FSB, увеличивает скорость передачи данных до 4-8 раз.
Опционально планируется также интегрировать на кристалле центрального процессора графический адаптер, что предоставит значительные преимущества для подавляющего количества пользователей. Создание графических решений с использованием новейшей 45-нм производственной технологии Intel обеспечивает значительное повышение производительности на ватт. Технология биннинга (binning) позволяет попарно соединять ядра центрального процессора и ядра графической системы. Интеграция процессора и графической подсистемы также приводит к уменьшению потребления энергии.
Архитектура центрального процессора
В микроархитектуре Nehalem реализован набор инструкций SSE4.2 для увеличения скорости обработки мультимедийных и Web-приложений. Все компоненты новой микроархитектуры разрабатывались с учетом эффективности энергопотребления: новая функция внедрялась только в том случае, если увеличение производительности более 1% достигается увеличением потребляемой энергии менее 1%.
Одним из наиболее наглядных примеров эффективности новой микроархитектуры является многопотоковая обработка данных: архитектура Nehalem представляет собой сложный механизм, способный исполнять несколько программных потоков одновременно. В ходе разработки процессорной микроархитектуры следующего поколения Nehalem, инженеры Intel изучили альтернативные подходы для многопотоковой обработки, включая Switch on Event MT (SoEMT). В результате была внедрена двухканальная одновременная многопотоковая обработка (SMT), которая позволяет использовать каждое ядро физического процессора как два параллельно действующих логических процессора.
Управление питанием
Инновационные технологии производства микросхем
Возможность микросхем работать при низком напряжении питания значительно повышает эффективность энергопотребления, так как потребление энергии снижается в бóльшей степени, чем производительность, что ведет к значительному увеличению показателя производительности на ватт. В архитектуре Nehalem используются инновации в области массивов памяти, слоев питания и принципов коррекции ошибок, что позволяет в значительной степени понизить рабочее напряжение питания.
Производственная технология
Когда было принято решение о переносе контроллера памяти на кристалл процессора, инженеры Intel столкнулись с непростой задачей. Центральный процессор использует быстрые транзисторы с тонким слоем нового диэлектрика, тогда как в контроллере памяти применяются транзисторы с толстым слоем диоксида кремния. Поэтому была разработана уникальная технология создания интегральных схем, в которой используются современные фиксирующие и смещающие схемы для создания микросхем памяти. Процессор на базе микроархитектуры Nehalem является первым продуктом Intel, в который встроен контроллер памяти с применением производственного процесса, предусматривающего тонкий слой диоксида кремния.
Интеграция дополнительных скоростных компонентов на центральный процессор неизбежно приводит к увеличению энергопотребления. Для компенсации подобных потерь специалисты Intel разработали структуру транзистора с минимальными токами утечек для всех компонентов архитектуры Nehalem, которые не используются для вычислений (uncore).
*Другие наименования и товарные знаки являются собственностью своих законных владельцев.