Intel Core i7 – приход Nehalem и прощание с FSB
Введение.
За последние 5 лет Intel полностью завладел рынком процессоров благодаря архитектуре Core. Когда Intel представил свой процессор Pentium, новый брэнд овладел рынком за короткое время. В итоге Pentium стал первым процессором, который действительно вывел компанию Intel во главу процессорной индустрии.
Архитектура ядра Core впервые применилась в ноутбуках. Вместе с низким потреблением энергии, большой пропускной способностью памяти и IPC (Instructions Per Clock) – количество инструкций за один такт, сравниваемых с процессорами серии Pentium 4, это поставило крест на архитектуре Netburst.
В итоге появившейся архитектуры Core 2 компания Intel выпускает свою дебютную версию процессора для настольных ПК под маркой Core 2 Duo, который был первым действительно двухъядерным процессором. В отличие от процессоров Pentium D или Pentium Extreme Edition, которые имели два ядра, соединяющиеся по FSB через чипсет, Core 2 фактически мог синхронизировать работу между ядрами напрямую посредством доступного кэша L2. Несмотря на столь кардинальное изменение структуры, процессоры используют тот же сокет LGA775 а также QDR FSB как у процессоров Pentium 4, имея недостаток сравнимый с AMD K8 и K10; их контроллеры памяти были просто неспособны поддерживать процессор в полной мере.
Архитектура ядра Core i7 Nehalem.
Не так давно Intel, официально объявил о выходе процессора Nehalem , с новой архитектурой и новой шиной. Итак, что же такое этот Core i7?
Самое последнее дополнение к архитектуре Core это серия Core i7, которая базируется на той же архитектуре, которая сделала серию Core 2 столь популярной, но с некоторыми изменениями дизайна.
Прощай FSB – здравствуй QPI !!!!
Первая и главная особенность данных процессоров - это удаление FSB из процессора. Ранее процессор выглядел так: CPU был соединён с северным мостом посредством FSB – Front Side Bus. Это информационная шина, которая устанавливала частоту MHz , которая определялась используемой архитектурой. Эта шина позволяла CPU отправлять информацию и получать ей из системной памяти.
Заменив устаревшую FSB, Intel разработал новый протокол соединения «от точки к точке» более известный как Quick Path Interconnect или QPI . Первое поколение QPI компании Intel - это 20-битный интерфейс с двунаправленной передачей данных на скорости 4.8GT/s для ядра Core i7 и 6.4GT/s для ядра Core i7 Extreme соответственно.
Встроенный контроллер памяти.
Эта идея имеет важное преимущество , которая даёт возможность CPU работать с различными типами памяти. Мы видели, что Core 2 поддерживает DDR2 и затем и DDR3 путём модернизации контроллера памяти в северном мосту. Преимущество модернизации малые затраты и минимум изменений структуры северного моста, но это же и является серьёзным препятствием, следствием которого является ограниченность скорости передачи. При обращении к памяти CPU во первых должен передать запрос через FSB на северный мост. Северный мост тем временем изменяет запрос таким образом, чтобы память смогла его «понять» ; запрос затем посылается через системную шину памяти к остальным модулям.
Core i7 следует примеру компании AMD в процессорах AMD 64 , в которых контроллер памяти перенесён непосредственно в процессор. Важным преимуществом в данном случае является непосредственный доступ CPU к памяти, позволяя ещё более расширить пропускную способность, нежели метод, использующий FSB. AMD доказало это, применив обычную память DDR2 800MHz, в то время как Intel нуждался в частоте памяти 1600MHz для перекрытия производительности памяти AMD.
Решив поместить контроллер памяти непосредственно в корпус процессора, Intel обошёл AMD. Вместо применения обычного двухканального режима памяти Intel внедрил трёхканальный контроллер памяти в СPU . На примере ядра Core i7 мы видим что Intel решил окончательно распрощаться с модулями памяти DDR2. Core i7 поддерживает только одиночный контроллер памяти, и стандарт памяти – DDR3, что разрушило все надежды на применение устаревших DDR2 модулей, и вынудило начать применение только стандарта DDR3.
Увеличение кэша
Одним из путей , которым Intel решил увеличить производительность – это введение экстра функций, одной из которых было увеличение размера кэша. В технологии Core 2 этот кэш поделён на несколько разных размеров кэша - от 2MB на оба ядра до 6MB ( 12MB у 4-х ядерных – 2х6МВ ). В Core i7 представлены три уровня кэша. Каждое из 4-х ядер в Core i7 использует 32К кэша L1 для информации и 32К кэша L1 для инструкций . В общей сложности это составляет 256КВ кэша L1.Далее из доступного кэша L2 каждое ядро берёт по 256КВ , что составляет уже 1МВ кэша L2, и в конечном счёте для достижения максимальной производительности CPU использует кэш L3 с объёмом 8МВ поделенным между 4-мя ядрами процессора.
HT – означает «возвращение»
Hyper Threading был первой попыткой компании Intel в создании многопоточного процессора. Это реализовано в процессорах Pentium 4 на ядре серии Northwood начиная с частоты 2.4 GHz и до самых последних Pentium 4 с частотой 3.2Ghz. Пока были проблемы в серии Pentium D, было решено вернуться к серии Pentium Extreme Edition, дающей процессору два ядра с двумя логическими потоками или всего четыре потока. Технология HT уже применялась при разработке процессоров серии Atom, позволяющих каждому ядру обрабатывать один процесс в два потока. Intel видел перспективу применения технологии HT в процессорах настольных ПК давая возможность каждому из 4-х ядер систему HT. Так были протестированы на системах Windows XP и Vista 8 ядер – 4 физических и 4 потоковых.
Новый набор инструкций
SSE4 было последним добавлением к набору мультимедийных инструкций. SSE4 была разбита на два типа – SSE4.1 , которая была представлена в процессоре серии Penryn 45nm Core 2 и содержала в себе 47 новых инструкций. SSE4.2 – это последнее добавление к набору инструкций и было впервые представлено в Core i7. SSE4.2 состоит из семи новых инструкций способствующих медиа акселерации.