Игра на понижение

Intel уменьшает тактовую частоту и длину конвейера новых микропроцессоров

Пол Отеллини: «Новая энергосберегающая архитектура найдет применение в двухъядерных процессорах Intel для настольных систем, ноутбуков и серверов»

Официальные лица корпорации Intel, как давно ожидалось, объявили на конференции Intel Development Forum о том, что разработанная ею новая архитектура, продукты на основе которой начнут появляться во второй половине будущего года, заимствует многие из инженерных решений, принесших успех мобильному процессору Pentium M. В нарушение традиций кодового имени новой архитектуре в Intel решили не давать. Как подчеркнул президент и генеральный директор корпорации Пол Отеллини, тем самым в компании хотят сосредоточить внимание пользователей на индивидуальных процессорах и системах, в которых они используются. По его словам, новая энергосберегающая архитектура найдет применение в двухъядерных процессорах Intel для настольных систем, ноутбуков и серверов. Кодовые имена соответствующих продуктовых линеек — Conroe, Merom и Woodcrest.

Как сообщил Стивен Смит, генеральный менеджер по настольным платформам подразделения Intel Digital Enterprise Group, новая архитектура сохранит в себе также некоторые технологии архитектуры Netburst, которой отвечают процессоры Pentium 4: «64-разрядность», механизмы виртуализации и безопасности. Однако с Pentium M у нее общих черт больше, и главный акцент при разработке делался на энергосберегающие функции.

Процессоры семейства Pentium 4 Netburst были спроектированы в расчете на достижение максимально возможных тактовых частот. Чтобы добиться этого, конвейер микропроцессора был удлинен до 31 ступени, что почти втрое больше, чем у Pentium III.

Конвейер процессора можно представить себе как последовательность этапов, на которых происходит обработка данных. Данные поступают на первый этап, обрабатываются и передаются дальше. Параллельно на предыдущий этап приходит следующая порция и так далее.

Процессорам с коротким конвейером на каждом из этапов приходится выполнять больший объем работы. В результате они функционируют медленнее, чем процессоры с длинным конвейером, у которых на каждой ступени происходит обработка малого количества данных. Чтобы выполнить за единицу времени тот же объем работы, как и у процессора с коротким конвейером, чипы типа Pentium 4 должны работать на очень большой частоте.

«Гонка» частот для Intel не составляла труда примерно до 2003 года, пока корпорация не перевела производство на норму проектирования 90 нм. Транзисторы стали меньше, и в связи с этим возникла проблема сильной утечки тока, обострившаяся к тому же резко возросшим энергопотреблением процессоров, необходимым для поддержания высокой частоты.

По словам Смита, новая архитектура Intel предусматривает снижение тактовой частоты процессоров и соответствующее сокращение их конвейера всего до 14 ступеней. Как и Pentium M, новые чипы будут выполнять больше работы на каждой из ступеней и станут работать с меньшей частотой.

По его словам, Merom и остальные новые процессоры смогут выдавать на обработку до четырех команд за такт. Как отмечают эксперты, это существенное усовершенствование: соответствующий у Pentium M показатель был меньше.

Еще одним улучшением стала возможность прямого обмена данными между смежными банками кэш-памяти. Данная особенность появится уже в двухъядерном мобильном процессоре Yonah, запланированном к выпуску на первый квартал будущего года, а впоследствии найдет применение и в остальных новых процессорах Intel.

Во встроенном кэше хранятся часто используемые инструкции, откуда получить их можно гораздо быстрее, чем из системной памяти. В первых двухъядерных процессорах Intel, когда одно из ядер нуждалось в данных, хранимых в кэше смежного, ему приходилось запрашивать их через системную шину, на что расходовалось много времени.

Совместно используемые банки кэш-памяти могут обмениваться данными друг с другом напрямую, в результате чего производительность значительно повышается. Как отметил Смит, новая архитектура Intel обладает достаточной гибкостью, чтобы обеспечить возможность выпуска процессоров с различной емкостью встроенного кэша для разных применений.

Неразрешенной, однако, в новой архитектуре осталась проблема несовершенства шины, в которой процессор соединяется с основной памятью. Как отмечают специалисты, данный интерфейс остается узким местом системы, поскольку по нему оба ядра общаются с памятью, и скорость обработки оказывается более высокой, чем скорость передачи данных.

В авангарде — Yonah

Предвестником перехода Intel на новую архитектуру станет двухъядерный мобильный процессор Yonah, который выйдет в первом квартале 2006 года. В Intel заявляют, что он будет настолько же революционным, как и Pentium M, выход которого ознаменовал коренные изменения принципов проектирования Intel ее процессоров. Как признались представители Intel на недавней конференции Hot Chips, ее первый настольный двухъядерный процессор Pentium D проектировался в спешке и потому представлял собой просто два Pentium 4, выполненных на одном кристалле. У проектировщиков не хватило времени на то, чтобы разрешить проблему сигнальных помех и разработать новый корпус. По словам Ронни Корнера, руководителя отдела раннего тестирования мобильных платформ Intel, Yonah в отличие от Pentium D изначально проектировался с учетом сложностей изготовления двухъядерных чипов.

Как указал Корнер, каждое из ядер Yonah имеет в своей основе Pentium M, и они работают в тесной связке, экономя энергию за счет контроля над рабочей нагрузкой и оптимизируя производительность благодаря возможности прямого обмена информацией между соответствующими банками кэш-памяти.

Одной из особенностей Yonah станет возможность перехода в режим «глубокого» сна: после длительного периода бездействия процессор будет сохранять содержимое кэша в основную память и отключать питание соответствующих транзисторов. Как заявляют в Intel, благодаря этому и другим механизмам экономии Yonan будет потреблять не больше, чем его одноядерный предшественник.

Энергосберегающие технологии будут также предусмотрены в наборе микросхем 945 Express и адаптере Wi-Fi Pro/Wireless 3945ABG, которые вместе с Yonah составят мобильную платформу Napa, наследницу Centrino. Ноутбуки на базе Napa, как заявляют в Intel, смогут дольше работать от батарей, чем их предшественники с Pentium M при существенном увеличении производительности по сравнению с ними.

В частности, чипсет 945 сможет автоматически уменьшать яркость дисплея ноутбука по мере истощения батарей и сможет блокировать обработку графической информации, не влияющей на качество финальной картинки.

Yonah и Napa планируется выпустить к марту будущего года.

Также на IDF было сообщено о партнерском договоре Intel с компанией Matsushita Electric, в рамках которого планируется разработать технологию, способную увеличить время работы ноутбуков от батарей на 30%. Данная технология поможет Intel добиться поставленной ею цели: к 2008 году довести время работы ноутбуков от аккумуляторов до 8 часов.