3. Многоядерные процессоры корпорации Intel
Корпорация Intel (www.intel.com) давно работает над концепцией параллелизма иаппаратнымисредствами реализации многопоточности. Уже к 1994 г. в процессореIntel Pentium был реализован параллелизм на уровне команд - архитектурная особенность,прикоторойкоманды одногопотокакодаизвлекаются, выполняютсяпараллельно, а затем объединяются в прежнем порядке. В 1994 г. корпорация реализовала также двухпроцессорную обработку (два полноценных процессора, вставлялись в два разъема системной платы), создав аппаратную многопоточную среду длясерверов и рабочихстанций. В 1995 г.былпредставленпроцессорPentiumPro,поддерживавший эффективное объединение уже четырехпроцессоров на однойсистемной плате, что обеспечило более высокую скорость обработки данных вмногопоточныхприложениях, ориентированныхнасерверныеплатформы и рабочиестанции.
Эти усилиястимулировали разработку однопроцессорных технологий, обеспечивающих более высокуюстепень параллелизма на уровне потоков, длямассовыхплатформ.Корпорация реализовала технологию HT (Hyper-Threading) дляпроцессоров Pentium 4 и Xeon,как инновационный способ достижения более высокойстепенипараллелизманауровнепотоков впроцессорах длямассовыхсистем. Вкорпорациипоняли,что технология HTестественным образом ведет к разработкемногоядерныхпроцессоров, отличающихся более высокими степенями параллелизма.
Для переводасвоейполупроводниковойиндустриина выпускмногоядерныхпроцессоров с 2000 г. Intel вложила большие средства в исследования и разработки по этой тематике.
В Intel не считают целесообразным конструировать многоядерные процессоры,состоящие из одного ядра общего назначения и специализированных ядер. Применениеуниверсальных ядер,способных решатьсамые различныезадачисчитается болееперспективным.
В ПК и серверахбудущегобудутприменятьсямногоядерныепроцессоры,поддерживающие такие инновационные технологии, как ускоренный ввод-вывод, виртуализация (обеспечение виртуальной независимости работы каждого ядра), безопасность и усовершенствованная технологияпамяти.
3.1. Архитектурные особенности процессора Pentium d
С 2005 года был начат выпуск двуядерных процессоров Pentium D. Двуядерныепроцессоры Pentium D содержат два независимых ядра на одной кремниевой пластине(рис.3). Каждое ядро имеет собственный кэш второго уровня L2 объемом 1 Мб.
Рис.3. Двуядерный процессорPentium D
Ядра процессоров базируютсянаархитектуре NetBurstпроцессоровPentium 4. Ядра объединены общей процессорной шиной, работающей на частоте 800 МГц.
Ядра процессоров Pentium D не поддерживают технологию Hyper-Threading. Для двуядерных процессоров она присутствует только в PentiumExtreme Edition, который благодаря этому виден всистеме как четырехядерный (рис.4).
Процессоры Pentium D поддерживают 64-битные расширения команд EM64T итехнологию XD — защита от атак типа "переполнение буфера". Некоторые модели дополнительноподдерживают технологиюSpeedStep,прикоторой возможнодинамическое регулирование частоты и напряжения питания ядер процессора.
Рис.4. Технология Hyper-Threading вмикропроцессореPentium ExtremeEdition.
Выпуск процессоров Pentium D был налажен по 90-нанометровому техпроцессу,приэтомнакристаллеплощадью 206кв.мм. размещалось 230млн. транзисторов. Кроме двухнезависимых ядер микропроцессор включает арбитр, позволяющий двумпроцессорам разделятьмеждусобойпроцессорную шину. Тоесть, фактически, всѐ взаимодействие между ядрамипроисходит толькона уровне системной шины.
Суммарный размер кэшпамяти второгоуровнясоставляет 2 Мбайта. Кэшпамять разделяетсяпополаммежду двумя ядрами таким образом,чтокаждоеизних оперирует с собственной кэшпамятью второгоуровня(L2) емкостью 1мегабайт.
Но эксплуатация двуядерных процессоров на тех же частотах, что и одиночных ядер, невозможна. Вызвано это в первую очередь ограничениями по тепловыделению и энергопотреблениюпроцессоров,поскольку объединение двух ядерна одномкристалле приводит к значительному росту этих характеристик. Поэтому,двуядерныепроцессорыимеют гораздо болеенизкую тактовуючастоту,чемиходно ядерные"прародители".
Двуядерный процессор Pentium Extreme Edition был выпущен с тактовойчастотой 3,2 ГГц,частотойсистемной шины 800 МГц и 2 Мбкэш-памяти второгоуровня (по 1 Мбна каждое ядро).
Каждое ядроподдерживаетHyper-Threading,поэтому всистеме виднычетырепроцессора.