Процессоры девятого поколения

Прежде чем перейти к описанию процессоров девятого поколения, необходимо сделать небольшое отступление. В начале зарождения микропроцессорной техники поколения процессоров просматривались достаточно четко, при этом сами фирмы-разработчики, и в первую очередь Intel, указывали сведения о процессорах, которые позволяли однозначно отнести тот или иной процессор к соответствующему поколению. Если взять процессоры Intel, то это был ряд 18 086, I80286, I80386,180 486. У фирмы AMD соответствующий процессорный ряд выглядел следующим образом: Лт8086, Лш80 286, Ат80 386, Ат80 486. В самой цифре обозначения процессора были заложены сведения о его поколении. Процессоры пятого поколения стали последними, которые также однозначно можно было идентифицировать. У фирмы Intel это был процессор Pentium, который также обозначался как 180 586, у фирмы AMD — процессоры К-5. Вплоть до пятого включительно поколения отличались четким набором усовершенствований.

Далее, с появлением процессора Pentium Pro фирма Intel отошла от четкой нумерации, и отнести тот или иной процессор к соответствующему поколению стало сложнее. Фирма AMD продолжила практику нумерации поколений своих процессоров — К-5, К-6, /С-7, /С-8.

К шестому поколению у фирмы Intel относились сразу целых три типа процессоров: Pentium Pro, Pentium II и Pentium III, так как, несмотря на отличия в производительности, тактовой частоте, объемах кэш-памяти, все они имели одну и ту же внутреннюю структуру и логику работы.

С седьмым поколением процессоров Intel сначала все было ясно, так как они были выполнены на основе принципиально новой микроархитектуры NetBurst (см. параграф 5.2). В процессе развития этой микроархитектуры создавались новые процессорные ядра, и хотя в них вносились некоторые усовершенствования, коренным образом микроархитектура не изменялась.

Фирма AMD первой выпустила процессоры восьмого поколения 64-разрядные процессоры К-8. Свой ответ фирма Intel сделала, выпустив процессор Pentium 4 °F. Технология, которая обеспечила появление этого процессора — ЕМ64Т, впоследствии стала использоваться во всех процессорах Intel, но сама фирма Intel не стала идентифицировать ее как новое поколение процессоров. Более того, усовершенствованная микроархитектура NetBurst в ядрах Prescott, в которой число ступеней конвейера было доведено до 31, также никак не дистанцировалась как новое поколение. Таким образом, если шестое поколение Intel пришлось на целых три типа процессоров, то в рамках процессоров Pentium 4 можно было бы выделить сразу два поколения.

Первые двухъядерные процессоры фирмы Intel выполнялись как на основе микроархитектуры, использованной в процессорах седьмого поколения Pentium 4, так и микроархитектуры, ставшей основой всех процессоров шестого поколения. Фирма AMD использовала для своего первого двухъядерного процессора микроархитектуру К-8. Сразу необходимо отметить, что первые многоядерные микропроцессоры обоих ведущих производителей выполнялись простым объединением двух кристаллов одноядерных процессоров в одном корпусе либо путем их совмещения в одном кристалле. Поэтому их с большим трудом можно считать процессорами нового поколения.

К девятому поколению будем относить многоядерные процессоры, для которых была разработана специальная многоядерная микроархитектура. Такими процессорами у фирмы Intel стала серия Intel Core 2, у фирмы AMD — серия Phenom, выполненная на базе микроархитектуры К-10.

Первые процессоры Intel Core 2 были представлены 27 июля 2006 г. Они были выполнены по 65 нм технологии. В основу их архитектуры была положена архитектура процессоров не седьмого, а шестого поколения (Pentium Pro). Путь развития за счет увеличения числа ступеней конвейера и тактовой частоты был признан тупиковым, так как это вело к возрастанию энергопотребления без заметного прибавления в производительности. Основными направлениями совершенствования в процессорах Intel Core 2 стали:

• • эффективная работа исполнительных узлов за счет аппаратной реализации дополнительного набора команд;
• • снижение энергопотребления;
• • эффективная работа кэш-памяти;
• • 64-разрядное адресное пространство;
• • технология поддержки виртуальных машин (одновременное обслуживание процессором двух разных операционных систем);
• • аппаратная поддержка технологии защиты информации (La Grande Technology);
• • технология, позволяющая удаленно управлять настройками и безопасностью компьютера независимо от наличия питания и состояния операционной системы (Active Management Technology).

Intel вела одновременную разработку нескольких вариантов процессоров семейства Intel Core 2. Первыми появились двухъядерные процессоры Conroe и Мегош, имеющие 4 Мбайта кэш-памяти и 291 млн транзисторов. Процессоры Conroe были предназначены для настольных систем (ПК) и выпускались с тактовыми частотами 1,86-^3 ГГц. Процессоры Мегош были ориентированы на использование в мобильных системах (ноутбук), поэтому особое внимание при их разработке было уделено пониженному энергопотреблению, соответственно и тактовые частоты в них были ниже — 1,06-^2,4 ГГц.

Фирма Intel 13 декабря 2006 г. представила четырехъядерные процессоры Kentsfield, представлявшие собой по сути два процессора Conroe в одном корпусе. Ядра этих процессоров обладали теми же характеристиками, что и у Conroe, но сам процессор содержал уже 582 млн транзисторов.

В сентябре 2006 г. компания Intel анонсировала новую стратегию разработки процессоров «тик-так» (англ, tick-tock). Эта стратегия включает две стадии разработки процессора: «tick» соответствует микроминиатюризации технологического процесса и переходу на более низкую технологическую норму. При этом выполняются также некоторые усовершенствования микроархитектуры. «Тоск» соответствует кардинальной переработке микроархитектуры процессора и выпуску процессоров на основе уже освоенной технологической нормы. На каждую стадию отводился примерно один год. На основе этой стратегии шло развитие процессорной техники Intel вплоть до 2016 г.

В рамках провозглашенной стратегии в 2007 г. фирма Intel разработала новую технологию изготовления транзисторов, которая была реализована в процессорах семейства Intel Core. Они имели ту же архитектуру, но уже с более низкой технологической нормой — 45 нм. Был увеличен объем кэш-памяти и внесены некоторые улучшения. В частности, был реализован новый расширенный набор команд. Модели процессоров с двумя ядрами и 6 Мбайт кэш-памяти имели 410 млн транзисторов, а четырехъядерные модели с 12 Мбайт кэш-памяти — 820 млн транзисторов. Эту линейку процессоров, отличающихся различными тактовыми частотами (2,1…3,33 ГГц) и частотой системной шины (800, 1066 и 1333 МГц) фирма Intel выпускала в течение 2007 и 2008 гг.

Ответом фирмы AMD в области процессоров девятого поколения стали процессоры семейства Phenom, реализованные на базе микроархитектуры К-10. Они, как и первые процессоры семейства Intel Core, создавались на основе технологической нормы 65 нм и появились в продаже в конце 2007 г. Эти процессоры четырехъядерные, причем в отличие от всех своих предшественников, все четыре ядра расположены на одном кристалле. Кроме того, в них внедрен целый ряд новых решений, во многом аналогичных внедренным в процессорах Intel Core:

• • технология прямого соединения контроллера памяти и канала ввода/ вывода с ядром процессора, обеспечивающая сокращение задержек, связанных с обращением к памяти;
• • общая для всех ядер кэш-память третьего уровня объемом 2 Мбайта;
• • усовершенствованный 128-битный блок обработки чисел с плавающей точкой;
• • усовершенствованная технология HyperTransport:;
• • высокоскоростной интегрированный контроллер памяти;
• • технология поддержки виртуальных машин;
• • система управления питанием, обеспечивающая пониженное энергопотребление.