Материал: 4433

71

параметры. Однако на первых IBM PC кэш тоже устанавливался на материнской плате и выигрывал только за счет преимуществ самого типа памяти SRAM и работы с процессорной шиной. Кстати такой тип памяти более дорогой и энергоемкий, именно поэтому он до сих пор не вытеснил DDR SDRAM даже в видеоадаптерах.

Начиная с Intel Pentium II микросхемы кэш-памяти перекочевали поближе к процессору, на отдельную плату, которая вставлялась в Slot 1. А в Intel Pentium Pro они в виде отдельного кристалла монтировались вместе с процессором в одном корпусе. Недавно кэш стали делать полностью на одном кристалле с процессором.

Итак, процессор сначала обращается к кэш, а если нужных данных там нет, то задействуется медленная оперативная память. Рассмотрим происходящее подробнее.

Из кэш можно не только читать данные, но и записывать их туда. Но тогда в оперативной памяти и в кэш будут разные значения. Для этого все изменения в кэш должны отражаться и на оперативке. Однако если после каждого изменения в кэш ждать, пока они будут внесены в ОП (write-through), то прирост скорости сводится на нет. Поэтому используются буферы, в которых выставляются изменения. Кэш продолжает нормально работать дальше, в то время как с буфера данные переписываются в оперативную память. Такой режим называется

«write-back» (WB).

Часто приходится видеть в прайсах, что один и тот же процессор с одинаковой тактовой частотой поставляется в двух вариантах, например с кэш L2 256 Кб и 512 Кб. Отсюда и цена разнится. Оказывается, внутри процессора есть также многоступенчатая иерархия памяти. L1 (Level 1) — это уровень самый близкий непосредственно к АЛУ. L2 обычно кэширует оперативную память, a L1 кэширует L2. В некоторых версиях процессоров между L2 и оперативной памятью добавляют уровень L3. Но в «настольных» процессорах на сегодняшний день чаще всего встречаются только два уровня: L1 и L2

Последнее время производители утверждают, что оба уровня, а если есть третий, то и он тоже, работают на частоте ядра процессора. Однако L1, как правило, меньше по объему, чем L2. Раньше L2 выносился рядом с процессором на модуль для установки в SLOT 1. Перекочевав на кристалл CPU, L2 первоначально работал не на полной скорости процессора. Есть все основания предполагать, что L2 все же работает медленнее, чем L1. Но самое главное архитектурное различие в том, что L1 делится на кэш команд и кэш данных, в то

72

время как в L2 находятся избранные копии содержимого оперативной памяти. Рассмотрим три процессора AMD K7. Как зависит степень интеграции

процессоров этого поколения от объема кэш L2: 25.2 миллионов транзисторов

(152 Кб L1, 64 Кб L2); 37.2 миллионов транзисторов (152Кб L1, 256 Кб L2); 54.3

миллионов транзисторов (152Кб L1, 512 Кб L2). Нетрудно посчитать, что один килобайт кэш L2 увеличивает степень интеграции процессора примерно на 66 тысяч транзисторов. Причем 512 Кб кэш L2 занимает больше половины площади кристалла. То есть вместо этого дополнительного кэш можно вполне вместить второй процессор. Похожая ситуация наблюдается и у двух процессоров Intel Pentium 4: 42 миллионов транзисторов (12 Кб Lite + 8 Кб L1d, 256 Кб L2); 55

миллионов транзисторов (12 Кб Lite + 8 Кб L1d, 512 Кб L2). Здесь на каждый дополнительный килобайт приходится примерно 50 тысяч транзисторов.

Теперь ясно, почему процессоры с большим кэш дороже. Ведь с его увеличением растет степень интеграции и площадь кристалла, на одну пластину помещается меньше кристаллов, уменьшается выход годных. Хотя производители часто предпочитают продавать процессоры с отключенным дополнительным объемом кэш. Так, например, у Intel Pentium 4 55 миллионов транзисторов с кэш L2 всего 256 Мб, при этом он греется сильнее, чем CPU со степенью интеграции 42 миллиона транзисторов.

Хотя есть и другой вариант развития и разрешения ситуации: выпуск многоядерных процессоров на одном кристалле.

Для мультимедийных домашних задач объем кэш L2, L3 не так критичен. А работа в офисных приложениях вообще не требует большой производительности. Однако разработчики, рекламируя большой объем кэша, вынуждают приобретать новые процессоры, которые к тому же еще сильно греются.

4.3. Основные направления развития компьютерной индустрии в ближайшем будущем в рамках форума IDF

Форум IDF (Intel Developer Forum) имеет свою историю с 1995 года и проводится дважды в год, — весной и осенью — привлекая к себе внимание как компьютерной прессы, так и разработчиков аппаратных средств и программного обеспечения. В ходе форума рассматриваются различные вопросы, связанные с передовой компьютерной технологией и продукцией для ПК, серверов, коммуникационного оборудования и других вычислительных устройств.

За время своего существования Форум IDF, первоначально задумывавшийся

73

как мероприятие именно компании "Intel", постепенно превратился в форум всей компьютерной индустрии. Последний форум (Сан-Франциско, сентябрь 2004 г.) проходил под девизом «Сотрудничество без преград» и его спонсорами стали такие известные компании, как "Microsoft", "NVIDIA", "Samsung", "Semiconductor", "Rambus", "SGI", "Hewlett-Packard", "ATI Technologies Inc.", "D- Link", "Kingstone" и др.

На форуме были представлены ключевые доклады высших руководителей корпорации "Intel", по различным направлениям, а также состоялась выставка достижений компьютерной индустрии как самой корпорации "Intel", так и более чем 150 других ведущих компаний ИТ-индустрии.

Для того чтобы обеспечить участникам мероприятия оперативную связь со своими компаниями и доступ в Интернет, в специально оборудованном зале было установлено несколько десятков компьютеров и развернуты беспроводные сети с множеством точек доступа.

В пленарном докладе, президент и главный директор "Intel" по операциям, продемонстрировал следующее поколение процессоров Intel Itanium под кодовым названием Montecito с 1,7 млрд транзисторов и 24 Мбайт кэш-памяти уровня L3. В дан данном процессоре будут реализованы функции параллелизма на уровне как инструкций, так и потоков. Если сравнить Montecito с современным процессором Intel Itanium, то при той же тактовой частоте превосходство нового двухъядерного процессора по производительности составит около 25%.

Уже в 2005 году начнется выпуск процессоров с двумя ядрами для настольных ПК, серверов (процессоры Itanium и Хеоn) и ноутбуков и уже через год, то есть в 2006 году, доля двухъядерных процессоров для настольных ПК составит более 40%, доля двухъядерных и многоядерных серверных процессоров — свыше 85%, а доля двухъядерных мобильных процессоров — более 70%.

Повышение производительности процессоров на данном технологическом этапе развития должно сопровождаться добавлением новых функциональных возможностей, что невозможно реализовать путем элементарного увеличения тактовой частоты. Начав с технологии Hyper-Threading, позволяющей увеличить производительность без изменения тактовой частоты, сегодня компания "Intel" делает следующий логический шаг, переходя от объединения двух логических процессоров к объединению двух физических процессоров на одном кристалле.

Так, впервые здесь была продемонстрирована пластина, выполненная по

74

новому 65-нанометровому технологическому процессу и основанная на микросхемах SRAM-памяти емкостью по 70 Мбит, каждая из которых содержит более 0,5 млрд транзисторов.

Корпорация "Intel" объявила о планах выпуска новых платформ на базе процессоров Intel Xeon MP и Intel Itanium 2 для высокопроизводительных серверных систем. Первые два процессора Intel Xeon MP, созданные по 90нанометровой производственной технологии (кодовые названия Cranford и Potomac), будут выпущены в первой половине 2005 года. В них будут реализованы поддержка технологии Intel Extended Memory 64 (Intel EM64T) и

улучшенная технология Intel SpeedStep, позволяющая оптимизировать энергопотребление. Для новых процессоров выпустят новый набор микросхем (известный под кодовым названием Twin Castle) для четырехпроцессорных систем, поддерживающий технологию PCI Express и память DDR2.

Технология процессоров с несколькими ядрами начнет применяться в высокопроизводительных серверных системах после выпуска процессоров Intel Xeon MP с двумя ядрами (кодовое название Tulsa) и процессоров Itanium 2 (Montecito). Улучшенный процессор Itanium 2 с двумя ядрами, имеющий кодовое название Montvale, станет первым процессором семейства Itanium, изготовленным по 65-нанометровой производственной технологии. Его выпуск планируется после процессора Montecito. В перспективе корпорация "Intel" предполагает выпустить процессоры Intel Xeon МР с несколькими ядрами (Whitefield) и процессоры Itanium 2 с несколькими ядрами (Tukwila), в которых будет использована общая архитектура платформ.

Вобласти двухпроцессорных серверов и рабочих станций корпорация "Intel" объявила о выпуске процессоров под кодовым названием Irwindale, которые станут преемниками недавно представленных процессоров Intel Xeon с тактовой частотой 3,6 ГГц. Процессоры Irwindale будут обладать значительно более высокой производительностью по сравнению с процессорами Intel Xeon предыдущих поколений благодаря более высокой тактовой частоте и 2 Мбайт кэш-памяти второго уровня.

Вкачестве примера успешного сотрудничества между различными компаниями можно привести разработку домашних ПК (Entertainment PC, EPC) на базе процессоров Intel Pentium 4 с технологией Hyper-Threading и семейства чипсетов Intel 915 Express. Эти компьютеры сочетают в себе мультимедийные возможности по обработке аудио- и видеоданных с высокой производительностью, поскольку они выполнены в компактных тонких корпусах.