INTEL IVY BRIDGE: подробности о микроархитектуре
Новый технологический процесс, но не только
Уже в течение пяти лет выход новых поколений процессоров у Intel происходит в соответствии со стратегией Tick-Tock («тик-так»). Суть это принципа заключается в том, что перевод производства на новый технологический процесс и внедрение усовершенствованных версий микроархитектуры происходит поочерёдно, примерно с двухгодичным периодом.
Таким образом, Ivy Bridge должен стать следующим «тиком», в рамках которого производственный процесс начнёт использовать 22-нм нормы. Надо сказать, что совершенствование техпроцесса в этот раз станет не совсем ординарным шагом, так как Intel планирует внедрить кардинальные изменения и в базовую структуру транзисторов.
Столь впечатляющее технологическое достижение фактически развязало руки разработчикам. Intel и так с переходом на новые производственные технологии редко воздерживалась от внесения изменений в микроархитектуру. Теперь же унимать полёт инженерной мысли и вовсе не было никакого резона. В результате Ivy Bridge станет не результатом перевода Sandy Bridge на новые «полупроводниковые рельсы», а процессором со значительно улучшенной микроархитектурой.
Вот так, собственными же стараниями Intel поставила под сомнение стратегию «тик-так». Правда, дабы сохранить лицо, представители компании стали применительно к Ivy Bridge оперировать термином «тик+», однако это лишь подчёркивает, что изначальная концепция дышит на ладан.
|
|
|
 |
Говоря вкратце, изменений в Ivy Bridge стоит ждать по всем фронтам. Но ключевые улучшения, наиболее бросающиеся в глаза после знакомства с новой микроархитектурой, следующие:
· Новый 22-нм технологический процесс с использованием трёхмерных транзисторов уменьшит тепловыделение;
· Будет внедрён новый подход к управлению тепловыделением: конфигурируемый TDP;
· Графическое ядро Ivy Bridge получит существенно повышенную производительность и поддержку DirextX 11;
· В процессоре добавится встроенный аппаратный генератор случайных чисел и защита ОС от атак типа «повышение привилегий»;
· Контроллер памяти получит поддержку более скоростной и низковольтовой памяти.
При этом базовые принципы построения процессоров с микроархитектурой Ivy Bridge останутся такими же, как и у Sandy Bridge. Так же как и предшественники, они будут базироваться на едином полупроводниковом кристалле, включающем одновременно вычислительные и графическое ядра. Кеш третьего уровня сохранит модульную структуру и останется доступным для всех процессорных блоков. На своём месте в процессоре останутся интегрированные контроллеры памяти и шины PCI Express. А все перечисленные составные компоненты CPU будут объединяться в единое целое хорошо зарекомендовавшей себя кольцевой шиной.
|
|
|
Более того, с выходом Ivy Bridge компания Intel не планирует как-то изменять линейку продукции и даже божится сохранить их совместимость с существующей LGA1155-инфраструктурой.
Впрочем, при разговорах о совместимости делается важная ремарка. Ситуация с конкретными материнскими платами может зависеть от BIOS. Так что неприятные казусы с какими-то конкретными платформами всё-таки возможны.
Вместе с тем Intel собирается предложить для Ivy Bridge и новые наборы логики седьмой серии. Но цель их выпуска состоит не в том, чтобы снабдить процессоры собственной узкоспециализированной платформой, а в том, чтобы немного актуализировать платформу LGA1155 — добавить в неё врождённую поддержку USB 3.0 и дополнительную функциональность SATA-контроллера.
| Intel Z77 | Intel Z75 | Intel H77 | |
| Поддержка процессоров | Ivy Bridge / LGA1155 | Ivy Bridge / LGA1155 | Ivy Bridge / LGA1155 |
| Разгон процессора | Поддерживается | Поддерживается | Не поддерживается |
| Конфигурации процессорной PCIe | 1 x16 или 2 x8 или 1 x8 + 2 x4 PCI Express 3.0 | 1 x16 или 2 x8 PCI Express 3.0 | 1 x16 PCI Express 3.0 |
| Поддержка интегрированной графики | Есть | Есть | Есть |
| SSD-кеширование | Поддерживается | Не поддерживается | Поддерживается |
| RAID | Поддерживается | Поддерживается | Поддерживается |
| Порты USB (USB 3.0) | 14 (4) | 14 (4) | 14 (4) |
| Порты SATA (SATA 6 Гбит/сек) | 6 (2) | 6 (2) | 6 (2) |
| Дополнительные линии PCI Express 2.0 | 8 | 8 | 8 |
| Поддержка PCI | Нет | Нет | Нет |
Впрочем, не будем слишком отклоняться от темы и сосредоточимся на том, что нам предложат именно процессоры следующего поколения.
|
|
|
Управление для тепловыделения
В том, что новый 22-нм технологический процесс с использованием трёхмерных транзисторов существенно поспособствует снижению тепловыделения перспективных процессоров, можно не сомневаться. Резюмируя запланированные изменения в микроархитектуре и в производственной технологии Ivy Bridge, представители Intel пообещали, что соотношение производительности и энергопотребления по сравнению с Sandy Bridge может почти удвоиться. Хорошей иллюстрацией ожидаемого прогресса может выступить тот факт, что микроархитектура Ivy Bridge позволит наладить выпуск четырёхъядерных мобильных процессоров с типичным тепловыделением в пределах 35 Вт.
|
|
|
Однако движет Intel на пути оптимизации удельной производительности в пересчёте на каждый ватт затраченной энергии не столько желание предложить пользователям мобильных компьютеров общеупотребительные модели с четырехъядерными процессорами, сколько стремление добиться широкого распространения продвигаемых компанией ультрабуков — нового типа мобильных компьютеров, которые должны объединить в себе плюсы планшетов и классических ноутбуков. Для этого класса устройств будет предложен широкий выбор недорогих двухъядерных процессоров Ivy Bridge с типичным тепловыделением 17 Вт.
Но, конечно, самая интересная и важная возможность Ivy Bridge с точки зрения управления тепловыделением и энергопотреблением — это конфигурируемый TDP.
Основной фокус — на графике
Всё рассказанное о Ivy Bridge выше мало касалось собственно микроархитектуры. Однако знакомство с тем, что же в перспективных процессорах стало с графическим ядром, не оставляет никаких сомнений, что в потрохах микроархитектуры тоже покопались основательно. Новое графическое ядро Ivy Bridge, имеющее кодовое имя Carlow, будет не просто значительно быстрее, чем текущие ядра Intel HD Graphics 2000/3000. Оно также предложит и принципиально новые функции, фактически становясь следующим поколением интеловских GPU. Так что графика — это даже не «тик+», а явный «так»: в Carlow есть одновременно и внутренние оптимизации, и поддержка новых возможностей, и улучшения, направленные на снижение тепловыделения.
Блок-схема графического ядра приведена на следующем рисунке:
Рост производительности графического ядра следующего поколения в первую очередь обуславливается увеличением количества исполнительных устройств. В Sandy Bridge максимальное количество таких устройств — 12, при этом на каждое из них приходится по одному текстурному блоку. В Ivy Bridge максимальное число исполнительных устройств вырастет до 16, причём на каждое будет полагаться по два блока текстурирования. Ещё одно важное изменение — добавление в графическое ядро собственной быстрой кеш-памяти.
Впрочем, нововведения в GPU носят не только экстенсивный характер. В графическое ядро Ivy Bridge добавлены блоки для аппаратной тесселяции, а также внесена поддержка Shader Array (что, собственно, и позволило добиться совместимости с Shader Model 5.0 и DirectX 11). Много изменений направлено и на ускорение или улучшение каких-то конкретных операций. Например, в корне переработаны алгоритмы анизотропной фильтрации, которая в будущем графическом ядре Carlow должна будет выполняться на порядок качественнее.
Любопытно, что вместе с микроархитектурными доработками разработчики перетасовали расположение элементов графического ядра на полупроводниковом кристалле. Ядро распалось на пять доменов, и, очевидно, пользуясь новой модульной структурой, Intel собирается предложить большее, чем сейчас, число модификаций интегрированной графики, различающихся по производительности и возможностям.
Что же касается тактовой частоты GPU, то в Ivy Bridge она будет существенно ниже, чем в Sandy Bridge. Инженеры Intel посчитали, что таким образом они смогут понизить энергопотребление, а изменённая микроархитектура графического ядра обеспечивает вполне достаточный рост быстродействия и так. В целом же, говоря о мощности Carlow, Intel обещает двукратное превосходство над HD Graphics 2000/3000 с точки зрения соотношения производительности на ватт.
Микроархитектурные улучшения
До сих пор мы обходили стороной непосредственно процессорные ядра Ivy Bridge. Однако это не значит, что инженеры обделили их своим вниманием. Их руки достали и дотуда. Изменений там, правда, немного, тем не менее они есть.
В первую очередь интерес вызывает появление в процессоре аппаратного датчика случайных чисел, который будет незаменим в криптографических задачах.
Здесь речь идёт не о псевдослучайном датчике, который выдаёт числа в соответствии с какой-то математической последовательностью, а о самом настоящем случайном датчике, использующем для генерации случайных чисел физический процесс с неопределённым состоянием. Часто для этой цели используется счётчик Гейгера, но Intel придумала схему, основанную на неопределённости состояния хитрой электронной полупроводниковой схемы. Это позволяет генерировать поток случайных чисел в соответствии с требованиями криптографических стандартов. Причём с высокой производительностью, достигающей 2-3 Гбит/с.
Ещё одно крайне полезное улучшение — режим Supervisory Mode Execute Protection, который должен помочь в защите от использования уязвимостей типа «повышение привилегий».
Смысл этого нововведения состоит в том, чтобы закрыть для посторонних приложений доступ в имеющие более высокие привилегии сервисы операционной системы и не дать возможности пользовательским приложениям внедрять свои данные «куда не следует». Для решения этой задачи память, задействующаяся обычными программами, будет маркироваться специальным флагом, делающим невозможным исполнение её содержимого в режимах с супервизорскими полномочиями.
Кое-что сделано и для простого увеличения производительности. Правда, Intel говорит, что на серьёзное увеличение числа исполняемых за такт инструкций рассчитывать не следует, рост быстродействия на одной тактовой частоте по сравнению с Sandy Bridge должен составить порядка 4-6 %. Основное ускорение будет наблюдаться на операциях деления целых и вещественных чисел, при преобразовании данных между 16-битным и 32-битным форматом и при перемещениях строковых данных. Помимо этого, определённые улучшения внесены в менеджмент разделяемых процессорных ресурсов при работе технологии Hyper-Threading.
Финальные замечания
В заключение рассказа о перспективных процессорах Ivy Bridge хочется привести снимок полупроводникового кристалла четырёхъядерного варианта этого процессора.
Кристалл Ivy Bridge, выпускаемый по 22-нм технологическому процессу, будет состоять из 1,48 млрд транзисторов, что означает примерно 48-процентное усложнение по сравнению с Sandy Bridge. Знаково, что столь серьёзное увеличение ядра не связано с ростом объёма кеш-памяти третьего уровня, поскольку максимальная ёмкость кеша в будущих процессорах по сравнению с Sandy Bridge не изменится и составит те же самые 8 Мбайт.
На что же будет израсходовано почти 500 млн транзисторов? В первую очередь — на графическое ядро, которое, как видно даже невооружённым взглядом, станет существенно сложнее. Напомним, в Sandy Bridge на долю графики отводилось примерно 20% полупроводникового кристалла. В Ivy Bridge же GPU оккупировал уже 32 % площади процессора, а это — почти такая же доля, как и у графики в Llano. Кажется, лучшей иллюстрации приоритетов Intel и желать не нужно: компания держит курс по проторённой дорожке — на выравнивание возможностей процессорных и графических ядер и сращивание их воедино.
Конечно, подготовленный нами по материалам IDF рассказ про Ivy Bridge не претендует на абсолютную полноту. Пока что известно далеко не всё, а лишь ключевые теоретические сведения, описывающие архитектуру. Конкретных же данных ни про частоты, ни про цены, ни про названия моделей, ни уж тем более про показатели в тестах пока нет. И это не случайно. Intel немного отодвинула сроки выпуска Ivy Bridge. Сейчас идёт речь о том, что эти процессоры начнут производиться в самом конце текущего года и будут анонсированы в марте-апреле следующего года, а это ещё только через полгода. Так что, очевидно, интересные факты про Ivy Bridge мы сообщаем далеко не в последний раз и нас ждут ещё всякие откровения.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 308; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!