20. Новые технологии в процессорах Intel Pentium 4 (vt, ht, eist, em64t)

Hyper-threading (англ. Hyper-threading — Гиперпоточность, официальное название Hyper-Threading Technology (HTT)) — это торговая марка компании Intel для реализации технологии «одновременной мультипоточности» (англ. Simultaneous multithreading) на микроархитектуре Pentium 4. Расширенная форма суперпоточности (англ. Super-threading), впервые появившаяся в процессорах Intel Xeon и позднее добавленная в процессоры Pentium 4. Эта технология увеличивает производительность процессора при определённых рабочих нагрузках путём предоставления «полезной работы» (англ. useful work) исполнительным устройствам (англ. execution units), которые иначе будут бездействовать; к примеру, в случаях кэш-промаха. Процессоры Pentium 4 с включённым Hyper-threading операционная система определяет как два разных процессора вместо одного.

Развивая возможности архитектуры NetBurst, фирма Intel разработала новую перспективную технологию Hyper-Threading, обеспечивающую обработку процессором данных в многопроцессорном режиме. Поддержка этой технологии осуществляется моделями процессоров, начиная с объявленного Pentium 4 c рабочей частотой 3.06 ГГц

Несмотря на неблагоприятные прогнозы многочисленных скептиков, компьютерная отрасль продолжает свое стремительное развитие, удивляя многочисленных пользователей новыми технологиями и созданными на их основе изделиями. Казалось бы, еще совсем недавно высшим достижением считался изобретенный специалистами фирмы Intel первый микропроцессор. Известный как i4004, он решал задачи со скоростью 60 тысяч операций в секунду, работал на частоте 108 кГц, был создан по технологии 10 мкм, имел 2300 транзисторов, подключался через 4-разрядную шину и был способен адресовать 640 байт. И вот совсем недавно, спустя 31 год после выпуска первого процессора, была объявлена новая флагманская модель процессора, рабочая частота которого уже превышает 3 ГГц. Этот процессор архитектуры NetBurst является наиболее мощным представителем линейки Pentium 4. Он создан по технологии 0.13 мкм, имеет ядро Northwood, кэш-память второго уровня (L2) 512 Кбайт, рабочую частоту 3.06 ГГц, рассчитан на работу в системах с процессорной шиной 533 МГц (тактовая частота FSB 133 МГц, что обеспечивает частоту передачи данных 533 МГц) и ориентирован на рынок настольных компьютеров.

Являясь наиболее производительной моделью, этот процессор воплотил в себе все достижения специалистов Intel. Эти достижения в совокупности с потенциалом, заложенным в архитектуру NetBurst, позволили достичь столь высоких тактовых частот ядра, а также шин кэш-памяти L2 и процессорной FSB. Но ни для кого не секрет, что разработка высокочастотных изделий является чрезвычайно сложной задачей, требующей разрешения многочисленных научно-технических проблем.

Однако частотный рост является не единственным средством повышения производительности. Специалисты постоянно предлагают новые пути и средства. Ими стали, например, реализация новых, дополнительных команд и даже групп команд типа MMX, SSE и SSE2. Другим путем является использование многочисленных конвейеров и даже нескольких арифметико-логических устройств, реализующих одновременное исполнение нескольких команд.

Все это вместе с ростом тактовых частот ядра и шин способствовало значительному росту производительности процессоров.

Следующим, логическим путем развития архитектуры процессоров стала бы реализация в составе одной микросхемы нескольких ядер, что позволило бы создавать сложные системы, выполняющие команды параллельно на уровне нескольких процессоров. Этот путь собираются выбрать некоторые крупные корпорации, занимающиеся разработкой и выпуском процессоров.

Однако, не рассматривая всех сложностей этого решения, необходимо признать, что данный путь ведет к значительному увеличению цены изделий, по крайней мере, на цену второго ядра.

Специалисты Intel избрали другой путь. Они тщательно проанализировали работу всех внутренних структур ядра процессора архитектуры NetBurst. В результате они обнаружили, что нагрузка на некоторые важные узлы процессора является неравномерной. Как следствие, в отдельные моменты некоторые подсистемы ядра процессора оказываются загруженными далеко не на 100%. Более того, в ряде случаев наблюдается простой компьютера, ожидающего новых команд и данных. Все это связано с особенностями выполнения задач. Реализовать резерв мощности процессора можно за счет загрузки его новыми задачами. При этом оказалось, что для этого требуется сравнительно небольшое усложнение архитектуры ядра, что незначительно увеличивает площадь ядра: примерно на 5%. Но это решение позволяет значительно увеличить производительность процессоров без существенного усложнения их архитектуры и себестоимости.

SpeedStep — энергосберегающая технология Intel, в основе которой лежит динамическое изменение частоты и энергопотребления процессора в зависимости от используемого источника питания. Впервые была использована в процессорах Mobile Pentium III.

C1E — одна из функций энергосбережения процессоров серии 570J (ядро Prescott степпинга E0). Состояние C1E позволяет снизить напряжение при переводе процессора в состояние HALT, применяемое при низком уровне загрузки системы. При этом снижается уровень энергопотребления системы при низкой загрузке процессора.

Intel Virtualization Technology — поддержка нескольких операционных систем на одном компьютере

EIST (Enhanced Intel SpeedStep Technology)