Увод
(Данас углавном говоримо о архитектури процесора, што се тиче процесне технологије, можете се позвати на унос "32нм")
Прегледајући претходне генерације процесора, није тешко открити да је Интел задржао своју водећу позицију у индустрији већину времена. Било да се ради о раној П5/П6 микро-архитектури, бриљантној микро-архитектури Цоре и процесору микро-архитектуре Нехалем који ће се у потпуности представити тржишту, он је или ће ускоро промовисати трансформацију читавог индустрија.
П5 архитектура
Пентиум усваја П5 архитектуру, што се показало као одлична иновација. У Интеловој историји развоја, Пентиум прве генерације је дефинитивно производ прекретнице. Овај бренд се чак користи и данас и има историју дужу од десет година. Иако су укупне перформансе Пентијума 60 прве генерације веома уопштене, чак ни много боље од 486ДКС66, када се одрази главна предност фреквенције, снага приказана у овом тренутку је шокантна. Пентиум 75, Пентиум 100 и Пентиум 133, класични производи су некада доминирали у индустрији.
П6 архитектура
У ери Пентијума, иако је Интел задржао водећу позицију у микроархитектури процесора, Интел није зауставио свој напредак, па је издао следећу генерацију Пентиум производа. У случају Пентиума ИИ, Интел је усвојио патентом заштићену П6 архитектуру. Највећа разлика између П6 архитектуре и Пентиумове П5 архитектуре је у томе што је Л2 кеш меморија претходно интегрисана на матичну плочу пресађена у процесор, што у великој мери убрзава читање података и брзину читања и побољшава перформансе.
Заједничка архитектура
НетБурст архитектура
НетБурст микроархитектура је наследник микроархитектуре П6, прва која користи ову архитектуру је Вилламетте језгро, лансирање 2000. године. Вилламетте је језгро прве генерације Пентиум ИВ процесора, а сви Пентиум ИВ процесори користе Нетбурст микроархитектуру. Фостер (Ксеон процесор) лансиран 2001. такође користи ову архитектуру. Истовремено, Целерон и Целерон Д засновани на Пентиум ИВ, као и дуал-цоре Пентиум Д и Пентиум Ектреме Едитион користе ову архитектуру.
Интел НетБурст микроархитектура дизајнирана на основу перформанси повећала је фреквенцију за више од 40%. Иако је вредност ИПЦ ниска, повећање фреквенције надокнађује недостатак (перформансе = фреквенција × ИПЦ), и представља коначно. Корисник обезбеђује веће укупне перформансе. Као и микроархитектура П6, микроархитектура Интел НетБурст се ослања на спекулативно извршење ван редоследа. Иако је алгоритам предвиђања гранања прилично тачан, не може бити 100% тачан.
Интел архитектура (9 фотографија)
In order to minimize the loss caused by branch misprediction and maximize the average IPC, the extended deep pipeline technology is adopted The Intel NetBurst microarchitecture greatly reduces the number of branch prediction errors and provides a quick way to recover from these errors. In order to minimize the loss caused by mispredictions, Intel NetBurst microarchitecture implements an advanced dynamic execution engine and an execution tracking cache.Међутим, вреди напоменути да Интел НетБурст микроархитектура користи технологију супер-цевовода, која удвостручује дубину цевовода у поређењу са архитектуром микропроцесора П6, али касније практичне примене показују да је цевовод побољшан. Након дужине, ефикасност извршења биће знатно смањена.
Једини начин да се реши овај проблем је да се повећа главна фреквенција и поново повећа капацитет секундарне кеш меморије.
Међутим, због ограничења процеса процесора у то време, простор за побољшање главне фреквенције процесора постаје све мањи и мањи. У исто време, огроман капацитет кеш меморије је такође оптерећење, што не само да повећава трошкове, већ и чини да се топлота нагло повећа. Због тога је неопходно да Интел на време изврши нова и фундаментална прилагођавања микрооквира процесора.
Микроархитектура језгра
Пошто НетБурст архитектура више не може да задовољи потребе будућег развоја процесора, Интел је 2006. лансирао иновативну микроархитектуру Цоре.
1. Ефикасност цевовода је знатно побољшана.
The processor research and development idea of the supreme frequency has obviously been eliminated. The Core micro-architecture processor shortens the super-pipeline to 14 stages, which will greatly improve the overall efficiency. In addition, the Микроархитектура језгра uses four sets of instruction compilers, which means that four x86 instructions can be compiled in a single frequency cycle. The four sets of instruction compilers consist of three sets of simple compilers (Simple Decoder) and a set of complex compilers (Complex Decoder). Among the four sets of instruction compilers, only the complex compiler can process complex x86 instructions consisting of up to four microinstructions. If unfortunately encounter a very complex instruction, the complex compiler must call the Microcode Sequencer (Microcode Sequencer) in order to obtain the microinstruction sequence.
Да би сарађивала са ултра-широком јединицом за компилацију, јединица за дохваћање инструкција микроархитектуре Цоре преузима шест к86 инструкција из кеша инструкција првог реда у бафер за компилацију инструкција ( Ред инструкција), одређује да ли постоји пар који је у складу са фузију макро инструкција, а затим послати до пет к86 инструкција у четири сета компајлера инструкција. Компајлер инструкција са четири групе шаље четири компајлиране микро-инструкције Станици за резервације у сваком фреквенцијском циклусу, а станица за резервацију затим шаље сачуване микро-инструкције у пет извршних јединица.
Пошто су дужина инструкција, формат и начин адресирања к86 скупа инструкција прилично збуњујући, дизајн к86 декодера инструкција је веома тежак. Али данашња ситуација се променила. С једне стране, висока фреквенција има велику зависност од четворогрупне аеродинамичне структуре. С друге стране, друге помоћне технологије такође могу у великој мери да надокнаде проблем решавања хаотичног начина адресирања. Нема сумње да ће ова Интелова иницијатива бити прекретница у дизајну архитектуре језгра процесора.
2. Потпуно нове целине и јединице са помичним зарезом
Од П6 до НетБурст архитектуре, промене у целим бројевима и јединицама са плутајућим зарезом су и даље прилично очигледне, али промене у микро-архитектури Цоре такође нису мале, али су неке кључне технологије промењене назад у П6 Десигн у доба архитектуре. Језгро има 3 64-битне целобројне извршне јединице, од којих свака може појединачно да изводи 64-битне целобројне аритметичке операције.
Ово је први пут да Интел к86 процесори могу независно да изводе 64-битне целобројне операције, што такође омогућава Цоре-у да буде у првом плану у односу на конкуренцију. Поред тога, 64-битне целобројне јединице користе независне портове података, тако да Цоре може истовремено да заврши 3 сета 64-битних целобројних операција у једном циклусу. Изузетно јака целобројна аритметичка јединица омогућава Цоре-у да игра широку и моћну улогу у играма, серверским пројектима, мобилним уређајима итд.
У претходној НетБурст архитектури, перформансе јединице са помичним зарезом су веома опште, а Цоре архитектура је направила многа побољшања да би се решила овог проблема. Архитектура Цоре има две извршне јединице са помичним зарезом које истовремено обрађују векторске и скаларне операције са покретним зарезом. Једна јединица са помичним зарезом обавља једноставну обраду као што су сабирање и одузимање, док друга јединица са помичним зарезом обавља операције множења и дељења. Иако се не може рећи да је Цоре архитектура значајно побољшала перформансе са покретним зарезом, ефекат њеног побољшања је и даље очигледан.
3. Механизам претходног читања података и структура кеша
Механизам претходног читања микроархитектуре Цоре има више нових карактеристика. Јединица за претходно преузимање података често мора да тражи ознаке у кешу. Да би се избегло велико кашњење које може бити узроковано претрагом етикете, јединица за претходно преузимање података користи интерфејс за складиштење да би извршила претрагу ознака. Операција складиштења није кључна за утицај на перформансе система у већини случајева, јер када подаци почну да се уписују, процесор може одмах да започне следећи рад без чекања на завршетак операције писања. Подсистем кеш/меморија је одговоран за цео процес уписивања података у кеш меморију и копирања у главну меморију.
Поред тога, Цоре архитектура користи алгоритам Смарт Мемори Аццесс, који ће помоћи процесору да постигне већу ефикасност између предње бочне магистрале и преноса меморије.
Кеш систем Цоре архитектуре је такође импресиван. Дуал-цоре Цоре архитектура има капацитет секундарне кеш меморије до 4МБ, а два језгра су заједничка, а кашњење приступа је само 12 до 14 циклуса такта. Свако језгро такође има 32 КБ кеш инструкција првог нивоа и кеш података првог нивоа, а кашњење приступа је само 3 циклуса такта. Кеш праћења (Траце Цацхе) уведен из НетБурст архитектуре је нестао у Цоре архитектури. Кеш за праћење у НетБурст архитектури је сличан уобичајеном кешу инструкција. Користи се за чување упутстава пре декодирања. Веома је корисно за дугу структуру цевовода НетБурст архитектуре. Након што се архитектура језгра врати на релативно кратак цевовод, кеш за праћење такође нестаје.
Нехалем микроархитектура
Након што је искусио славу Цоре микро-архитектуре, Интел је наставио своје напоре и лансирао нову Нехалем микро-архитектуру крајем 2008. године, која је у основи изграђена на скелету Цоре микро-архитектуре, плус додатак СМТ-а, 3-слојног Хијерархијско предвиђање кеша, ТЛБ-а и гранања, ИМЦ, КПИ и подршка за ДДР3 технологије, у поређењу са већим променама са Пентиум4-ове НетБурст архитектуре на Цоре микроархитектуру, од Цоре микроархитектуре у Цоре микроархитектуру Промене у основним деловима језгра Нехалем микроархитектуре су мање.
1.КПИ бус технологија
КПИ магистрала коју користи Нехалем архитектура заснована је на пакетној технологији међусобног повезивања са високим пропусним опсегом и ниске латенције (тачка-тачка технологија међусобног повезивања). до тачке интерконекције), брзина достиже 6.4ГТ/с (6.4Г подаци се могу пренети у секунди). Свака веза је 20-битни широк интерфејс који користи диференцијалну сигнализацију велике брзине и наменске траке за сат. Ове траке сата имају преклоп. КПИ пакет података је дужине 80 бита и потребно му је 4 циклуса да се пошаље. Иако је пакет података 80 бита, само 64 бита се користе за податке, а остали битови података се користе за контролу тока, ЦРЦ и друге сврхе. На овај начин, свака веза преноси 16-битне (2 бајта) податке истовремено, а преостала ширина бита се користи за ЦРЦ. Пошто КПИ магистрала може да се преноси у оба смера, теоретска максимална вредност везе КПИ магистрале може да достигне 25,6ГБ/с (2×2Б×6,4ГТ/с) пренос података. Једносмерно је 12,8 ГБ/с. (За детаљније информације погледајте одељак „КПИ за брзо повезивање канала“)
2.ИМЦ интегрисани меморијски контролер
Нехалем архитектура ИМЦ (интегрисани меморијски контролер, интегрисани меморијски контролер), Може да подржи 3 канала ДДР3 меморије, која ради на 1.33ГТ/с (ДДР3-1333), тако да укупни вршни пропусни опсег може да достигне 32ГБ/с. Међутим, ФБ-ДИММ још увек није подржан. Нехалем ЕКС (Бецктон) можда подржава ФБ-ДИММ (Фулли Буфферед-ДИММ). Меморијом сваког канала може се управљати независно, а контролер треба да се изврши ван реда да би се смањило (покрило) кашњење. (За више детаља, погледајте унос о интегрисаном контролеру меморије)
3.СМТ
Технологија Симултанеоус Мулти-Тхреадинг (СМТ) поново се вратила у Нехалем архитектуру, која је најранија која се појавила на Пентиум ИВ са 130 нанометара. За процесор са укљученим СМТ-ом, претрпеће више кварова и мораће да користи више пропусног опсега. Дакле, Нехалем је погоднији за СМТ него Пентиум ИВ.
Нехалемов Симултанеоус Мулти-Тхреадинг (СМТ) је двосмерни, а свако језгро може да изврши 2 нити истовремено. За машину за извршавање, у случају задатака са више нити, кашњење једне нити може бити маскирано. Предност СМТ функције је у томе што треба само да потроши малу цену за језгро, што може да обезбеди значајно побољшање перформанси у случају вишезадаћности, што је много исплативије од потпуног додавања физичког језгра. Ово је исто као и претходна П4 ХТ технологија, али у поређењу, Нехалемова предност је што има већи кеш меморију и већи меморијски пропусни опсег, тако да се може ефикасније користити. Према Интелу, Нехалемов СМТ може повећати перформансе за 20-30% уз мало повећање потрошње енергије. (За детаљније информације погледајте одељак о технологији синхроног вишенитног рада)
4. Ново дизајнирани кеш систем
Свако језгро Нехалема има приватни Л2 опште намене, који је 8-смерни спој од 256КБ, брзина приступа је прилично велика. У поређењу са својим Л1Д, Нехалемов Л2 није ни инклузиван ни искључив. Може да преноси податке између две основне приватне кеш меморије (Л1Д и Л2), иако не може да достигне пуну брзину.
У поређењу са микро-архитектуром Цоре, Нехалем додаје нови слој Л3 кеш меморије, који је за потребе више језгара за дељење података (Нехалем-ЕКС има 8 језгара), тако да овај Л3 има веома велики капацитет. Велики. Са архитектонске тачке гледишта, 16-смерни спој, 8МБ Л3 опремљен процесором Нехалем архитектуре је потпуно инклузиван за прве две фазе и дели га 4 језгра. (За више детаља, погледајте унос о новом хијерархијском систему кеша)
Темпо развоја
Интел већ дуго следи Муров закон и био је пионир у водећим индустријским иновацијама. Кроз континуирану иновацију архитектуре процесора, ова невероватна брзина иновације не само да побољшава перформансе процесора, већ такође пружа нове карактеристике и могућности, и на крају задовољава растуће потребе корисника. Веома смо забринути због оваквог континуираног развоја. Индустрија треба да буде у стању да обезбеди платформама бржи и предвидљивији темпо иновација. Ове платформе се одликују бржим, више веза, поузданим, персонализованим и одличним рачунарским искуством. Са водећим искуством у индустрији чипова и могућностима дизајна архитектуре које ће обезбедити снажне покретаче раста у следећој деценији и касније, Интел је преузео координисан и све убрзанији темпо архитектонских иновација.
Шта то значи?
Темпо развоја се односи на Интелову стратегију да уведе нову микроархитектуру и нову генерацију силицијумске процесне технологије отприлике сваке две године.
Интелова стална иновација у технологији процеса силикона омогућила је да се густина транзистора удвостручи отприлике сваке две године, што дизајнерима процесора пружа снажну флексибилност дизајна да дизајнирају бољи производ. У прошлости је флексибилност дизајна коришћена да би се обезбедиле боље перформансе и карактеристике уз смањење потрошње енергије. Гледајући у будућност, све веће потребе корисника захтеваће бржа побољшања перформанси и интеграцију различитих могућности преко нејасних граница употребе. Стога, ово захтева архитектуру решења која се може проширити на широк спектар области употребе, а овај циљ се може постићи само иновацијама у целој индустрији. Интелова архитектура и модел темпа развоја чипова може да обезбеди снажан покретач иновација, не само да може да промовише развој нових архитектура процесора и чипсета брзим и координисаним темпом, већ и да постане „катализатор“ за иновације у индустрији на нивоу платформе, обезбеђујући високу енергију ефикасност перформансе Разне предности.
Карактеристике
Принципи којих се придржава темпо развоја засновани су на ономе што Интел назива "тик-так" моделом чипова и микроархитектура. Овај модел ће обезбедити архитектуру процесора опште намене која обухвата све величине тржишта. Сваки "тицк" представља фреквенцију компресије силикона (откуцај), а сваки "тицк" има одговарајући "так", који представља дизајн нове микро-архитектуре, која се ажурира отприлике сваке две године. Интелова глобална методологија дизајна и опсежна дисциплина су камен темељац његовог принципа темпа развоја, који подржава Интелове иновације у процесорима и платформама које превазилазе могућности појединачних производа.
Добар пример је Интелов огроман скок у проширењу архитектуре нотебоок рачунара како би се обезбедиле изванредне перформансе сервера. Интел је постигао овај огроман скок у својим процесорима. Интел Цоре(ТМ) 2 Дуо процесор је заснован на Интел Цоре(ТМ) микроархитектури. Два комплетна извршна језгра су уграђена у физички процесор и раде на истој фреквенцији, што може да обезбеди водеће перформансе енергетске ефикасности за нотебоок рачунаре и десктоп рачунаре. Рачунарски елемент микроархитектуре Интел Цоре(ТМ) је описан као интегрисано језгро које подржава оптимизацију архитектуре и технологије како би се задовољиле захтеве за револуционарним перформансама и енергетском ефикасношћу. Интел ће наставити да пружа сервере, десктоп рачунаре и мобилне производе са скалабилном архитектуром опште намене заснованом на процесорској технологији са више језгара. На крају, након континуираних иновација, рођена је архитектура оптимизована за однос перформанси и снаге и могућности проширења, која ће промовисати развој „тик-так” заснованог на општим основама чипова у развоју чипсета, интерконекција, меморије и платформи. . Низ иновација.
Срж испуњења обећања о темпу развоја је способност више дизајнерских тимова широм света да раде заједно. Ово захтева ефикасну координацију између тимова како би се постигло узајамно допуњавање метода и планова једних других уз што мање преклапања и сувишности. Интел такође подржава софтверску заједницу и неке универзитете у развоју апликација са више нити, и посвећен је подстицању добављача у ланцу вредности у индустрији да у потпуности цене предности које доноси темпо иновација. Ово укључује промоцију активности стандарда, усклађеност индустрије и регулаторног окружења и стварне напоре да се задовоље потребе корисника.
Још почетком 1990-их, Интел Цорпоратион је освојила водећу позицију у индустрији са својом 32-битном Интел процесорском архитектуром (ИА32), чиме је успоставила индустријски стандард и преузела водећу улогу у Интел Пентиум обради. 1993. године, увођење Интел Пентиум процесора означило је појаву пете генерације десктоп процесора. Потом је уследио низ иновација: 1995. године лансиран је Интел Пентиум процесор; 1997. године лансиран је Интел Пентиум ИИ процесор; 1999. године лансиран је Интел Пентиум ИИИ процесор; 2000. године лансиран је Интел Пентиум заснован на Интел НетБурст архитектури 4 Процесор. Исте године Интел је представио и Интел Ксеон процесор.
2003. године, лансирање првог Интел Пентиум М процесора заснованог на 90-нанометарској процесној технологији означило је прелазак на енергетски ефикасне перформансе. Лансирање процесора Пентиум М означило је прелазак на енергетски ефикасне перформансе. Однос потрошње енергије се користи као стандард мерења и има могућност проширења. Увођење ових процесора је засновано на темпу иновације и развоја чипова, који није нужно праћен процесима и методама дизајна.
Интел је 2006. године лансирао нову Интел Цоре(ТМ) микроархитектуру, која је поставила чврсте темеље за десктоп рачунаре, нотебоок рачунаре и маинстреам серверске процесоре са више језгара. Ова иновација је заснована на 65-нанометарској процесној технологији и прва је микроархитектура на путу развоја која повезује дизајн архитектуре и иновације чипова у темпу развоја. Интелова архитектура и темпо развоја чипова разликују се од других произвођача у индустрији у неколико аспеката. Ови аспекти укључују:
Микроархитектура оптимизована за перформансе, способност и енергетску ефикасност за сва велика тржишта;
Популарни принципи поновног коришћења дизајна без чекања да густина чипа буде доступна. Заједнички дизајнерски тим, али ово гура ка заједничким циљевима и циљевима дизајна;
Фокусирајте се на употребу паралелних скупова чипова и развој индустријских произвођача ланца вредности како би се постигле иновације на нивоу платформе и брзо побољшале могућности платформе.
Стога, Интелов модел темпа развоја даље консолидује кредибилну основу других иновација чипова како би обезбедио водећу архитектуру енергетски ефикасне перформансе у индустрији темпом који ће покретати иновације и раст у целој индустрији.
Интелова стратегија развоја „тик-так“.
Имплементација „тицк-тоцк“ темпа развоја за процесоре са више језгара је увек била заснована на интегрисаном језгру, које је основни рачунарски елемент, способан да обезбеди циљне перформансе и могућности као и изузетну енергетску ефикасност.
Therefore, "Tick-tock" needs to synchronize the design process to achieve the following innovations, which are in line with user values across various market sectors:
Мања потрошња енергије; Мулти-тхреадед перформансе; Карактеристике и могућности; Повећајте модуларност и флексибилност.
Кључ за извршење је да се овај темпо иновација приближи иноваторима у индустрији како би се корисницима донеле стварне користи. Стога је Интел прилагодио темпо развоја који се односи на целокупно лидерство у индустрији:
Ажурирајте технологију процеса силикона („крпеља“) сваке две године, а истовремено ажурирајте архитектуру („тоцкс“) сваке две године;
Више искусних дизајнерских тимова посвећено је одржавању синхронизованих циљева дизајна и важних догађаја и одређивању додирних тачака процеса како би се максимизирала ефикасност;
Честа „обука“ карактеристика такође пружа могућност прилагођавања променама.
Резиме
Непрекидно пратећи Муров закон, Интел је удвостручио број транзистора на силиконском језгру скоро сваке две године. Двоструки број транзистора пружа велику флексибилност дизајна, што заузврат може побољшати перформансе, скалабилност и енергетску ефикасност. У најновијој генерацији Интел Цоре(ТМ) производа микроархитектуре, флексибилност дизајна повећањем броја језгара доноси огромна побољшања перформанси, доноси одличне карактеристике/способности новим и побољшаним апликацијама и значајно смањује потрошњу енергије. Интел се фокусира на кредибилан и убрзавајући темпо иновација, и донеће нову микроархитектуру и побољшање технологије процеса силикона отприлике сваке две године.
Интелова „тик-так” архитектура и модел темпа развоја чипова донели су огромне предности индустрији и корисницима, а нове могућности и решења ће задовољити њихове растуће потребе. У Интелу, наша мисија је да испоручимо архитектонске иновације брзином иновације Муровог закона.