Intel: больше, производительнее, экономичнее

В настоящий момент подавляющее большинство своих процессоров Intel производит по нормам 65-нм техпроцесса. Это позволило на треть увеличить производительность транзисторов, на столько же уменьшить их размеры и в пять раз сократить токи утечки. С момента появления первых 65-нм продуктов скоро пройдет два года — для Intel это означает, что настало время переходить на еще более “тонкий” 45-нм техпроцесс.

Стивен Смит

Как всегда, компания заранее тщательно готовится к важному для себя событию. В прошлом году она продемонстрировала рабочие образцы 45-нм микросхем памяти SRAM — обычно на этих простейших с точки зрения инженерного дизайна устройствах принято обкатывать новые технологии. Тогда же стало известно, что инженеры Intel одновременно ведут работы над 15 проектами по созданию различных процессоров на основе нового техпроцесса для мобильного, настольного и серверного сегментов. До конца текущего года готовые продукты смогут производить два завода, еще два войдут в строй в 2008 году.

На проходившем в Сан-Франциско двадцатом по счету форуме разработчиков Intel (IDF — Intel Developer Forum) представители компании пообещали представить во второй половине текущего года первые коммерческие 45-нм продукты. В специально организованном для журналистов телефонном пресс-брифинге Стивен Смит (Stephen Smith), вице-президент Intel и директор Digital Enterprise Group, подтвердил намерения корпорации и поделился большим количеством подробностей о семействе процессоров с кодовым названием Penryn и микроархитектуре Nehalem.

Тик-так

В течение многих лет Intel примерно каждые два года осуществляла переход на новый техпроцесс, теперь компания с той же периодичностью намерена менять еще и архитектуру х86-процессоров. Чтобы упростить задачу локализации возможных ошибок и сделать продукты более совершенными, Intel решила эти два важных события разнести во времени. Так появилась стратегия выпуска продукции, получившая символическое название tick-tock (с англ. — “тик-так”). По аналогии с механизмом часового маятника она предусматривает поочередный переход на новую микроархитектуру, затем через год — на новый техпроцесс, снова на микроархитектуру и т.д.

Предварительно “обкатав” 65-нм техпроцесс на предыдущих поколениях двухъядерных чипов Yonah, Presler и Dempsey, в 2006 году компания Intel перевела все линейки х86-процессоров на архитектуру Core (см. PCWeek/UE №6, 2006 год). В соответствии со стратегией tick-tock теперь наступает время для перевода Core на более прогрессивный 45-нм техпроцесс. Семейство новых процессоров Penryn получит ряд архитектурных усовершенствований, оно объединит шесть линеек для серверного, настольного и мобильного сегментов.

Переход на микроархитектуру следующего поколения Nehalem по предписанию tick-tock компания начнет только после успешной апробации нового 45-нм техпроцесса на несколько доработанных, но уже хорошо проверенных ядрах на основе Core. Не за горами появление и архитектуры Nehalem — ее время наступит во второй половине следующего года. В 2009 году Nehalem перейдет на 32 нм (соответствующее семейство процессоров известно под кодовым названием Westmere), а еще через год ее сменит Gesher. Примечательно, что разработкой Nehalem и Gesher параллельно занимаются две совершенно разные команды разработчиков.

Intel Core: дубль второй

Переход с распространенного сейчас 65-нм техпроцесса на его 45-нм аналог открывает перед Intel дополнительные возможности по увеличению производительности процессоров при сравнимых тактовых частотах, дальнейшему наращиванию самих частот и сокращению энергопотребления. Примерно двукратный рост количества транзисторов на единице площади позволит интегрировать в продукты новые функции без необходимости увеличения их стоимости. Четырехъядерные процессоры Penryn будут содержать 820 млн. транзисторов на подложке площадью 107 кв. мм, что примерно на четверть меньше современных 65-нм чипов.

Впервые в рамках нового техпроцесса компания заменила в затворах транзисторов поликристаллический кремний на металл, а в изоляторах — оксид кремния на соединения гафния с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (Hi-k). Это дало возможность дополнительно улучшить характеристики транзисторов, повысив их скорость переключения на 20%, и сократить токи утечки, негативно влияющие на энергопотребление. Первые тесты производительности инженерных образцов Penryn продемонстрировали их превосходство над существующими аналогами от 20% до 45% в зависимости от выполняемых задач.

Усовершенствования затрагивают не только структуру транзисторов в процессорах Penryn, но и особенности строения самой микроархитектуры Core.

• Intel Wide Dynamic Execution
В расширенном конвейере команд Penryn появится поддержка алгоритма Radix 16, позволяющего при делении инструкций и команд обрабатывать 4 бита за такт вместо двух в современных процессорах на основе Core. В результате возрастет производительность всех приложений, особенно требовательных к вычислительным ресурсам. Изменения, внесенные в блок виртуализации, помогут на 25–75% увеличить скорость аппаратного переключения между виртуальными машинами, причем для этого не потребуется вносить какие-либо изменения в существующее ПО.

Ядро кристалла Penryn

• Intel Advanced Smart Cache
Объем разделяемого кэша второго уровня процессоров Penryn вырастет на 50% — до 6 Мб в двухъядерных моделях и 12 Мб в четырехъядерных. Поскольку последние состоят из двух отдельных кристаллов, размещенных в одном корпусе, каждой паре ядер в таких чипах придется делить между собой половину кэша объемом 6 Мб.

• Intel Smart Memory Access
Кэш-память Penryn позволит загружать дескрипторы по частям, тем самым увеличивая частоту “попаданий” в предварительно отобранные из оперативной памяти данные. Возросшие частоты системной шины в свою очередь помогут увеличить скорость обмена информацией между процессором и системной памятью.

• Intel Advanced Digital Media Boost
К наборам инструкций SSE, SSE2, SSE3 для работы с потоковыми данными в Penryn добавится еще SSE4. Новые команды в первую очередь позволят повысить производительность настольных приложений по обработке фото и видеоконтента — в настоящий момент Intel тесно сотрудничает с разработчиками над оптимизацией популярных программных продуктов. Специальный 128-разрядный блок Super Shuffle Engine сократит время обработки некоторых операций по перетасовке данных с помощью SSE2, SSE3, SSE4 до одного процессорного такта.

• Intel Intelligent Power Capability
Для сокращения энергопотребления в режиме простоя в мобильных процессорах Penryn появится расширенное состояние глубокого сна с пониженным напряжением питания ядра и отключенной кэш-памятью первого и второго уровней — соответствующая технология получила название Deep Power Down. Обратной стороной медали в этом случае является большее время, необходимое для выхода процессора из состояния сна, однако выгода от снижения энергопотребления в мобильных системах имеет решающее значение. Технология Intel Dynamic Acceleration поможет повысить производительность однопоточных приложений за счет отключения одного ядра и увеличения скорости работы второго.

Для мобильного сегмента Intel представит только двухъядерные Penryn с объемом кэша второго уровня до 6  Мб. Хотя по физическим размерам и энергопотреблению они не будут отличаться от своих предшественников, установить их в существующие материнские платы для ноутбуков не получится — помешают специальные защитные ключи.

Для настольных платформ компания выпустит две линейки 45-нм процессоров  — двухъядерные и четырехъядерные Core 2 и исключительно четырехъядерные Core 2 Extreme Edition. Их энергопотребление составит 65 Вт, 95  Вт и 130 Вт соответственно, а тактовые частоты превысят 3 ГГц. Частота системной шины возрастет скорее всего до 1,33 ГГц.

Наконец, для серверного сегмента Intel подготовила сразу три линейки Penryn  — двухъядерные и четырехъядерные Xeon для однопроцессорных, двухпроцессорных и многопроцессорных платформ. Энергопотребление моделей с двумя ядрами, способных работать поодиночке или парами, лежит в пределах 40–80 Вт, с четырьмя  —  50–120 Вт. Частота их системной шины возрастет до 1,6 ГГц, а тактовые частоты превысят 3 ГГц. В отличие от мобильных аналогов, настольные и серверные процессоры Penryn полностью совместимы с существующими сокетами.

Курс на восьмиядерность

В полной мере раскрыть весь потенциал 45-нм техпроцесса с применением принципиально новых материалов для создания транзисторов призвана приходящая в следующем году на смену Core архитектура Nehalem. Как и ее предшественница, она позволит выполнять 4 инструкции за один такт. На этом совпадения заканчиваются, и начинаются самые неожиданные нововведения.

Несправедливо забытая в последнее время технология Hyper-Threading (выполнение двух потоков на одном физическом ядре) снова вернется в процессоры на основе Nehalem. Они смогут поддерживать до 8 ядер и одновременно обрабатывать до 16 потоков. Технология Intel Advanced Smart Cache получит дальнейшее продолжение, обеспечив доступ всем ядрам к единой многоуровневой системе кэш-памяти. При этом появится возможность динамического управления отдельными ядрами, потоками, кэшем и энергопотреблением.

Претерпит ряд изменений и архитектура платформы в целом. Некоторые из процессоров получат интегрированный контроллер памяти, что неизбежно приведет к появлению дополнительного семейства наборов системной логики без северного моста. Кроме того, в отдельных моделях процессоров будет встроенное графическое ядро, которое за счет непосредственной близости к вычислительному ядру существенно обгонит по производительности современные интегрированные в чипсеты решения.

Технологии для корпоративного рынка

Для компаний, в которых работают сотни сотрудников, актуальны вопросы оптимизации использования серверной инфраструктуры и управления растущим парком ПК. Консолидация приложений и внедрение централизованных систем администрирования позволяет уменьшить количество используемых в компании серверов и снизить расходы на содержание техники.

Вице-президент и генеральный менеджер Digital Enterprise Group корпорации Intel Том Килрой, посетивший недавно Киев, рассказал о технологиях, которые Intel предлагает для корпоративных клиентов. По словам г-на Килроя, основу стратегии Intel составляют три основных элемента: совершенствование технологии полупроводникового производства, разработка микропроцессоров и использование собственных производственных мощностей. Intel инвестирует миллиарды долларов в развитие полупроводниковых мощностей, что позволяет корпорации совершенствовать производство, повышать производительность и снижать энергопотребление процессоров. Примером успешной реализации этой стратегии являются серверные двух- и четырехъядерные процессоры Intel Xeon серии 5300 и 5100, потребляющие столько же электроэнергии, сколько одноядерные процессоры Xeon предыдущих поколений. А мощность недавно представленных процессоров Intel Xeon L5320 и 5310 с низким энергопотреблением составляет всего 50 Вт, т.е. по 12,5 Вт на каждое из 4 ядер.

Г-н Килрой подчеркнул, что Intel работает в тесном сотрудничестве с ведущими разработчиками аппаратных платформ и программного обеспечения. Примером такого взаимодействия стал недавно объявленный стратегический альянс между Intel и Sun Microsystems, в рамках которого Intel будет поддерживать Solaris как массовую операционную систему для систем на базе процессоров Xeon, а Sun расширит линейку серверов 1-, 2-, 4- и многопроцессорными решениями на Intel Xeon.

Для сегмента корпоративных настольных систем корпорация Intel предлагает технологию vPro, уже реализованную в системах ведущих разработчиков. Технология vPro предоставляет средства для удаленного управления и мониторинга ПК, с помощью которых администраторы могут удаленно производить большинство стандартных сервисных процедур: инвентаризацию аппаратных средств, установку операционной системы, обновлений, драйверов, настройку BIOS и т.п.

Недавно представленное промежуточное решение Centrino Pro привносит в современную платформу поддержку проводного и беспроводного вариантов технологии vPro для корпоративных пользователей (см. PCWeek/UE №21, 2006 год).

Что день грядущий нам готовит?

Следует отметить, что новыми подробностями относительно семейства процессоров Penryn и архитектуры Nehalem компания Intel поделилась незадолго до предстоящего IDF. Обычно в рамках данного мероприятия, которое на протяжении уже 10 лет проходит два раза в год, ключевые руководители корпорации и ее ведущие инженеры рассказывают о достижениях и планах на будущее. На этот раз весеннюю сессию форумов впервые откроет мероприятие не в США, а в Пекине (Китай). Можно только догадываться, что именно послужило тому причиной, но в большом количестве предстоящих анонсов сомневаться не приходится.

Если верить заявлениям сотрудников Intel, сделанным на последнем осеннем IDF в Сан-Франциско, в самое ближайшее время стоит ожидать еще одного важного события — всемирной премьеры мобильной платформы Santa  Rosa, которая представляет собой уже четвертое поколение процессорной технологии Centrino.