Микроархитектура Intel Nehalem
Федеральное
агентство связи
Сибирский
Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики
Кафедра
ВС
Лабораторная
работа №1
на
тему: «Микроархитектура Intel Nehalem»
Выполнил: Новиков
Никита
Группа: ИП-311
Новосибирск,
2015
Nehalem - микроархитектура процессоров компании
Intel, представленная в 4 квартале 2008 года, произведены по 45 нм
технологическим нормам, на площади кристалла расположен 731 млн. транзисторов.
Под эти чипы разработан новый сокет - Socket B (LGA 1366).
Микропроцессоры продаются под торговой маркой
Core i7 и Core i5
Архитектура Nehalem была представлена в 2008 как
архитектура, которая может адаптироваться для нужд всех трех основных рынков:
мобильного, настольного и серверного.
Одной из причин появления новой микроархитектуры
следует признать некоторые проблемы, испытываемые в последнее время Intel, при
разработке эффективных многоядерных процессоров. Дело в том, что прежняя
успешная микроархитектура для процессоров Core разрабатывалась в свое время на
основе принципов заложенных еще ранее в мобильные процессоры Pentium M и была
оптимизирована только для двух ядерных систем. Новая микроархитектура должна
стать важным шагом в процессе эволюции процессоров Intel.
В Nehalem использован целый ряд
усовершенствований, и можно утверждать, что она имеет кардинальные отличия от
прежних микроархитектур Intel. Основной принцип построения процессоров на
основе Nehalem - модульность, которая позволит варьировать количество ядер и
изменять оснащенность процессорной системы прочими блоками (в т. ч.
графическими), в зависимости от предназначения и требуемой производительности.
Нововведения микроархитектуры
сильно напоминают структуру уже используемых AMD процессоров, но дополненную
вычислительной мощью ядер Core. Core i7, также как и процессоры AMD имеют
встроенный контроллер памяти, что позволяет ядрам напрямую связываться с DDR
модулями на системной плате, значительно ускоряя обмен данными между
процессором и оперативной памятью. Встроенный контроллер памяти имеет
максимальную пропускную способность 25,6 Гбайт/с.
При этом, вместо традиционной двухканальной
системы обмена использована трехканальная, с поддержкой модулей DDR3 1066 МГц.
Традиционная процессорная FSB шина параллельного
типа Quad Pumped заменена последовательным интерфейсом, который уже давно
используется в процессорах AMD. Core i7 общается с элементами чипсета через
последовательную шину с фирменным названием QuickPath Interconnect (QPI).
Микроархитектура Nehalem позволяет использовать несколько таких внешних
интерфейсов для одного процессора. ИнтерфейсQuickPath позволяет объединять
несколько процессоров, в случае использования их в компьютерной системе.
QuickPath состоит из 20 двунаправленных каналов связи. Система обмена данными
построена по т. н. принципу точка-точка, т. е. ядра, используя отдельные
каналы, индивидуально подключаются к внешним устройствам. Для увеличения полосы
пропускания может быть задействовано несколько каналов.
Такая шина может выполнять до 6,4 млн. передач в
секунду, имея полосу пропускания 12,8 Гбайт/c в каждом направлении или 25,6
Гбайт/c в обоих направлениях. Старая шина Intel Quad Pumped Bus позволяла
достичь только 12,8 Гбайт/c. Подобная QPI шина HyperTransport 3.0, используемая
сейчас с процессорами AMD, имеет максимальную пропускную способность 24
Гбайт/c.
Новые принципы организации процессора важные, но
далеко не единственные нововведения микроархитектуры Nehalem. Среди наиболее
важных инноваций отмечается поддержка технологии многопоточности SMT (англ.
Simultaneous Multi-Threading). Эта технология позволяет каждому из четырех ядер
одновременно выполнять две задачи. Таким образом, для операционной системы
новые процессоры становятся, как бы восьми ядерными, и это ускоряет работу
многопоточных приложений, за счет одновременного выполнения большего количества
задач. SMT является по сути реанимацией технологии Intel Hyper-Threading,
разработанной некогда для одно ядерных процессоров.
Процессоры Corei7 поддерживают новый набор
инструкций SSE4.2, имеют более эффективную и быструю кэш-память. Суммируя все
вышесказанное можно сказать, что к основным особенностям архитектуры Nehalem
относятся:
усовершенствованные ядра обладают большей
вычислительной мощностью;технология, увеличивает производительность каждого
ядра;
использована трехуровневая кэш-память: 64KB L1
на ядро, 256KB L2 на ядро, до 24MB L3 (общий кэш);
интегрированный трехканальный контроллер памяти
с поддержкой DDR3;
новая производительная внешняя шина процессора -
QPI;
возможность встраивания графического ядра.
Энергопотребление стало на 30% меньше благодаря
использованию в Nehalem набору инструкций SSE 4.2, вновь стала использоваться
технология Hyper-Threading, позволяющая представить одно физическое ядро как два
виртуальных. В первых процессорах Nehalem использовалась технология 45-нм, а с
2010 стали применять технологию 32-нм. Процессоры устанавливаются в материнские
платы, имеющие разъем LGA1156 или LGA1366. микроархитектура
intel nehalemизначально была разработана модульной - набор базовых
"кирпичей", которые можно собирать, чтобы создавать разные версии
архитектуры.