Характерными чертами современных универсальных микропроцессоров являются:
1. Суперскалярная архитектура, обеспечивающая одновременное выполнение нескольких команд в параллельно работающих исполнительных устройствах.
2. Динамическое изменение последовательности команд (выполнение команд с опережением - спекулятивное выполнение).
. Конвейерное исполнение команд.
. Предсказание направления ветвлений.
. Предварительная выборка команд и данных.
. Параллельная обработка потоков данных.
. Многоядерная структура.
. Многопотоковая обработка команд.
. Пониженное энергопотребление.
Практическая реализация данных принципов в структурах различных процессоров имеет ряд существенных особенностей, связанных с их микроархитектурой. Микроархитектура процессора определяет реализацию его внутренней структуры, принципы выполнения поступающих команд, способы размещения и обработки данных.
3. Особенности многоядерной процессорной микроархитектуры Intel Core
Микроархитектура Intel Core наследует философию эффективного энергопотребления, впервые реализованную в процессорах Intel Pentium M для мобильных ПК. Заимствовав лучшее от ставших основой для настольных и мобильных процессоров Intel микроархитектур Net Burst и Mobile, микроархитектура Intel Core содержит сотни нововведений, но основные из них сводятся к пяти технологическим решениям:
1. Технология Intel Wide Dynamic Execution - обеспечивает выполнение до пяти микроопераций за один такт.
2. Технология Intel Advanced Digital Media Boost - технология, направленная на оптимизацию декодирования мультимедийного контента. Позволяет обрабатывать все 128-разрядные команды SSE, SSE2 и SSE3, широко используемые в мультимедийных и графических приложениях, за один такт.
. Технология Intel Advanced Smart Cache - подразумевает наличие общей для всех ядер кэш-памяти L2, которая динамически распределяется между ними в зависимости от выполняемых задач.
. Технология Intel Smart Memory Access - комплекс технологий по оптимизации алгоритмов доступа к памяти и предварительной загрузки данных.
. Технология Intel Intelligent Power Capability - представляет собой целый набор технологий, призванных существенно снизить энергопотребление. Существенным недостатком процессоров микроархитектуры Intel Core стал их немодульный дизайн (немодульное проектирование). Обмен данными между разрозненными ядрами организовывался через системную память, что порой вызывало большие задержки, обусловленные ограниченной пропускной способностью процессорной шины. Кроме того, производительность часто ограничивалась недостаточно высокой пропускной способностью шины памяти.
Таким образом, дальнейшее увеличение многоядерности и многопроцессорности, выбранное основным вектором увеличения производительности современных систем, рано или поздно должны были завести Intel в тупик, даже несмотря на то, что сама по себе микроархитектура Intel Core представляется очень удачной.
. Микроархитектура Intel Nehalem
Микроархитектура Nehalem является дальнейшим развитием рассмотренной выше микроархитектуры Intel Core.
Основными отличительными чертами данной микроархитектуры являются следующие:
1. Усовершенствованное по сравнению с Core вычислительное ядро.
2. Многопоточная технология SMT (Simultaneous Multi-Threading), позволяющая исполнять одновременно два вычислительных потока на одном ядре.
3. Три уровня кэш-памяти: L1 кэш размером 64 Кбайта на каждое ядро, L2 кэш размером 256 Кбайт на каждое ядро, общий разделяемый L3 кэш размером 4, 8 и до 24 Мбайт.
. Интегрированный в процессор контроллер памяти с поддержкой нескольких каналов DDR3 SDRAM.
. Новая шина QPI с топологией точка - точка для связи процессора с чипсетом и процессоров между собой.
6. Модульная структура.
7. Монолитная конструкция - процессор состоит из одного полупроводникового кристалла.
8. Технологический процесс с нормами производства - не более 45 нм.
9. Использование двух, четырех или восьми ядер.
10. Управление питанием и Turbo-режим.
. Процессоры Intel Westmere
Корпорация Intel в конце 2009 г. запустила 32 нм производственную технологию, в которой используются диэлектрики high-k и транзисторы с металлическими затворами второго поколения. Эта технология стала основой для новой 32 нм версии микроархитектуры Intel Nehalem. Новые процессоры Intel семейства Westmere стали первыми процессорами, созданными по нормам 32 нм техпроцесса. Эти процессоры известны под кодовыми названиями Clarkdale и Arrandale, предназначены для применения соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках и входят в модельные линейки Intel Core i3, i5, i7. Процессоры Intel Westmere представляют собой двухъядерные решения.
. Xeon - линейка серверных микропроцессоров производства Intel
Название остаётся неизменным для нескольких поколений процессоров. Название ранних моделей состояло из соответствующего названия из ряда настольных процессоров и слова Xeon, современные модели имеют в названии только Xeon. В общих чертах серверная линейка процессоров отличается от настольной увеличенным кэшем и поддержкой больших многопроцессорных систем. Также Pentium II Xeon в отличие от «десктопного» Pentium II имел кэш второго уровня, работающий на полной частоте ядра, а не на половине.
В списке микропроцессоров фирмы Intel приведены технические данные для каждого микропроцессора.:
-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура NetBurst:- представлен в 2004 году; - представлен в 2004 году;- представлен в апреле 2005 года, MP версия микропроцессора Nocona;- представлен в апреле 2005 года, отличается от микропроцессора Cranford только наличием кэша L3 размером 8 МБ;DP - представлен 10 октября 2005 года, двухъядерная версия микропроцессора Irwindale, имеющая кэш L2 размером 4 МБ (по 2 МБ на ядро), 2,8 ГГц, пропускная способность системной шины: 800 миллионов транзакций в секунду; MP - 90 нм технологический процесс (2.67 - 3.0 ГГц), представлен 1 ноября 2005 года, серия Dual-Core Xeon 7000, версия микропроцессора Paxville DP с поддержкой MP (MP-capable), кэш L2: 2 МБ (по 1 МБ на ядро) или 4 МБ (по 2 МБ на ядро), пропускная способность системной шины: 667 или 800 миллионов транзакций в секунду;- 65 нм технологический процесс (2.67 - 3.73 ГГц), представлен 23 мая 2006 года, серия Dual-Core Xeon 5000, MP версия микропроцессора Presler, пропускная способность системной шины: 667 или 1066 миллионов транзакций в секунду, кэш L2: 4 МБ (по 2 МБ на ядро), упаковка процессора: Socket J, также известный как LGA 771.
-битные процессоры: EM64T - Микроархитектура Intel Core:- 65 нм технологический процесс, микропроцессор для серверов и рабочих станций с поддержкой симметричной многопроцессорности (SMP) (в случае двухпроцессорных систем), представлен: 26 июня 2006 года, двухъядерный (Dual-Core) микропроцессор, поддержка, инструкций SIMD: SSE4, реализованы технологии: Intel Virtualization Technology - поддержка нескольких операционных систем на одном компьютере, EIST (Enhanced Intel SpeedStep Technology) в моделях 5140, 5148LV, 5150, 5160, Execute Disable Bit, LaGrande Technology - enhanced security hardware extensions, iAMT2 (Intel Active Management Technology) - удаленное управление компьютерами;- 65 нм технологический процесс, микропроцессор для серверов и рабочих станций с поддержкой симметричной многопроцессорности (SMP) (в случае двухпроцессорных систем), представлен: 13 декабря 2006 года, четырёхъядерный (Quad-Core) микропроцессор, Intel Virtualization Technology - поддержка нескольких операционных систем на одном компьютере, EIST (Enhanced Intel SpeedStep Technology), Execute Disable Bit, LaGrande Technology - enhanced security hardware extensions, SSSE3 SIMD instructions, iAMT2 (Intel Active Management Technology) - удаленное управление компьютерами;- 45 нм технологический процесс, микропроцессор для серверов, представлен: четвёртый квартал 2007 года, четырёхъядерный (Quad-Core) микропроцессор;/Yorkfield - 45 нм технологический процесс, микропроцессор для настольных систем, поддержка инструкций SIMD: SSE4.1, количество транзисторов: 410 миллионов у моделей с двумя ядрами и 6 МБ кэш-памяти и 820 миллионов у моделей с четырьмя ядрами и 12 МБ кэш-памяти, площадь ядра: 107 мм² для моделей с двумя ядрами и 214 мм² для моделей с четырьмя ядрами, представлены: 12 ноября 2007 года: 15 моделей серии Intel Xeon и модель Core 2 Extreme QX9650 (3,0Ггц), 7 января 2008 года: настольные и мобильные Core 2 Duo с двумя ядрами и первый квартал 2008 года: настольные Core 2 Duo c четырьмя ядрами и некоторые модели Xeon, сокет: LGA775 (настольные), S479 (мобильные), LGA771 (Xeon), вместо производства транзисторов MOSFET (канальный полевой униполярный МОП-транзистор) внутри процессора на технологии с диоксидом кремния, которая работает с 1960-х годов, Intel впервые производит транзисторы по новой технологии с диэлектриком High-K;Xeon (UP/DP):- 32 нм технологический процесс, микропроцессор серверов и рабочих станций со встроенным двухканальным контроллером DDR3-1066 памяти и поддержкой ECC, реализованы технологии: Hyper-Threading (отсутствует в Xeon L3403), Intel Turbo Boost (отсутствует в Xeon L3403), Intel Trusted Execution Technology, Enhanced Intel SpeedStep Technology, Intel Virtualization technology for directed I/O, Intel Virtualization Technology, Execute Disable Bit, поддержка инструкций SIMD: SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4, SSE4.1, SSE4.2, тип шины: DMI, размер кэша L1: по 32 KБ данных и 32 KБ инструкций на каждое ядро, размер кэша L2: по 256 KБ данных на каждое ядро, TDP: 30 Вт, Сокет: LGA1156, варианты: Intel Xeon L3403 - 2.0 ГГц, 2 ядра, кэш L3=4 МБ и Intel Xeon L3406 - 2.26 ГГц, (Turbo Boost до 2.53 ГГц), 2 ядра, 4 потока, кэш L3=4 МБ, TDP 30 Вт;- 45 нм технологический процесс, варианты: Intel Xeon L3426 - 1.86 ГГц (до 3.2 ГГц), 4 ядра, 8 потоков, кэш L3=8 МБ, TDP 45 Вт и др.; - 45 нм технологический процесс, микропроцессор для одно процессорных серверов и рабочих станций со встроенным трехканальным контроллером DDR3 памяти и поддержкой ECC, реализованы технологии: Hyper-Threading (отсутствует в Xeon W3503 и W3505), Intel Turbo Boost (отсутствует в Xeon W3503 и W3505), Enhanced Intel SpeedStep Technology, Intel Virtualization Technology, Execute Disable Bit, поддержка инструкций SIMD: SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4, SSE4.1, SSE4.2, тип шины: QPI, размер кэша L1: по 32 КБ данных и 32 КБ инструкций на каждое ядро, размер кэша L2: по 256 КБ данных на каждое ядро, TDP: 130 Вт, сокет: LGA1366, варианты: Intel Xeon W3503 - 2.4 ГГц, 2 ядра, (4 МБ L3) и др.; - 45 нм технологический процесс, серия Intel Xeon 5500, микропроцессор для двух и одно процессорных серверов и рабочих станций со встроенным трехканальным контроллером DDR3 памяти и поддержкой ECC, реализованы технологии: Enhanced Intel SpeedStep Technology, Intel Virtualization Technology, Execute Disable Bit, поддержка инструкций SIMD: SSE, SSE2, SSE3, SSSE3, SSE4, SSE4.1, SSE4.2, тип шины: QPI, сокет: LGA1366, варианты: Intel Xeon E5502- 2.0 ГГц, 2 ядра, 2 потока, кэш L3=4 МБ, TDP 80 Вт, DDR3-800 и др.- 32 нм технологический процесс, серия Intel Xeon 5600, процессор для двухпроцессорных серверов и рабочих станций со встроенным трёхканальным контроллером DDR3 памяти, поддерживающим до 288 GB памяти, представлены: 1-й квартал 2010 г. - 1-й квартал 2011 г., размер кэша L1: 64 КБ x 4; L2: 256 КБ x 4, тип шины: QPI, сокет: LGA1366,
-х ядерные: Intel Xeon X5677 - 3.46 ГГц (до 3.73 ГГц), 4 ядра, 8 потоков, кэш L3=12 МБ, TDP 130 Вт, DDR3-800/1066/1333 и др. Xeon E3:Bridge - 32 нм технологический процесс, сокет: LGA1155, варианты: Intel Xeon E3-1290 - 3.6 ГГц (до 4.0 ГГц), 4 ядра, 8 потоков, кэш L2=1 МБ, кэш L3=8 МБ, TDP 95 Вт и др.