Современные процессоры

Про серверные даже говорить здесь не хочется — таково разнообразие продуктов на платформе Sandy Bridge. Представлены модели во всех возможных сокетах, от 2 до 8 ядер, с контроллерами памяти о 1333 до 1600 МГц. Младшие 2 и 4 ядерные модели имеют встроенные граф. ядро. Средние или старшие Xeon E5 его уже просто «не тянут» по TDP. Напомню, что главное отличие процессоров на LGA 2011 от LGA 1356 (Socket B2 — модифицированный LGA 1366, Socket B) — наличие у первого 2 шин QPI и 2 дополнительных линий для PCI-E 3.0 у первого. К тому же, LGA 1356 поддерживает только 3 канала памяти против 4 у LGA 2011.

Младшие серверные модели Xeon E3 вообще используют LGA 1156 (Socket H), так как у них задействовано только 2 канала памяти.

Ранее задержка выпуска микропроцессоров на архитектуре Ivy Bridge вызвала значительные сдвиги в технологических планах компании. Процессоры Ivy Bridge-E в нынешнем году уже не появятся точно, ожидать их стоит в лучшем случае в третьем квартале будущего года. Конкуренции в сфере столь высокопроизводительных процессоров Intel не испытывает уже давно, так что торопиться ей явно некуда.

Размер имеет значение или «меньше — лучше»: 22 нм

Следующим «тиком» стал обещанный  переход на новый техпроцесс 22 нм в 2012 году. Однако и здесь не обошлось без революций. Усовершенствованная архитектура «мостов» выполненная по новому техпроцессу получила название Ivy Bridge. В мае 2011 года компания Intel объявила о революционном прорыве в эволюции транзисторов — использовании трехмерной структуры, до настоящего момента в массовой электронике использовалась исключительно планарная структура транзисторов. Трехмерные или 3D транзисторы Tri-Gate – это обновленная версия транзистора, где на смену традиционному плоскому слоя затвора пришла тонкая кремниевая пластина, устанавливая перпендикулярно кремниевой подложке.

Прохождение тока контролируют затворы, расположенные на гранях пластины: по два с каждой стороны и один сверху. В плоской версии транзистора  использовался только один затвор, расположенные сверху (затвор является полупроводником). Использование дополнительных затворов позволяет обеспечить максимальную величину потока тока во включенном состоянии, а в выключенном – максимально приблизить к нулю за счет увеличения площади поверхности затвора и одновременного уменьшения его толщины. В результате чего сокращается потребление энергии и ускоряется их переключение. Как приятных побочный результат, такой затвор занимает меньше места, что позволяет создать микросхемы  большой плотностью транзисторов. Сам Гордон Мур признает, что именно благодаря использованию трехмерной структуры транзистора, его закон продолжает действовать.

 

 

 

 

 

 

 

Сам трехмерный транзистор выглядит следующим образом:

Согласно оценкам компании производительность 22-нм Tri-Gate транзисторов на 37 % выше производительности планарных 32-нм структур. При этом энергопотребление у них до 50 % меньше. Однако, по последним сведениям, у этих процессоров проблемы с разгоном. При этом всем, новые процессоры стали самыми маленькими по площади 4-ядерными x86-процессорами со встроенным графическим ядром:

Процессор	Техпроцесс	Количество ядер	Кеш L3	Число транзисторов	Площадь ядра
AMD Bulldozer	32 нм	8	8 Мбайт	1,2 млрд	315 кв. мм
AMD Llano	32 нм	4 + GPU	Нет	1,45 млрд	228 кв. мм
Intel Ivy Bridge	22 нм	4 + GPU	8 Мбайт	1,4 млрд	160 кв. мм
Intel Sandy Bridge E (6C)	32 нм	6	15 Мбайт	2,27 млрд	435 кв. мм
Intel Sandy Bridge E (4C)	32 нм	4	10 Мбайт	1,27 млрд	294 кв. мм
Intel Sandy Bridge	32 нм	4 + GPU	8 Мбайт	995 млн	216 кв. мм

Одно из главных отличий новых  CPU — новое графическое ядро HD Graphics 4000, которое должно быть значительно производительнее. Этот GPU наконец стал поддерживать так необходимые DirectX 11 вместе с DirectCompute, Shader Model 5.0 и 16 универсальными процессорами вместо 12 как у HD 3000, без которых его нельзя было назвать современным.  Оно также поддерживает HDMI 1.4a, что обеспечивает поддержку 3 мониторов. Опять же, новое граф. ядро, в первую очередь, позиционируется для мобильного сегмента рынка, чтобы обеспечивать более-менее конкурентную производительность графической подсистемы без внешней видеокарты.

 

Что радует, это совместимость  новой платформы с уже существующим разъемом LGA1155 и существующим семейством чипсетов 6-й серии, например P67 (потребуется только обновление BIOS). Также, очень неожиданная новость — это поддержка нового стандарта памяти DDR3L с пониженным напряжением для ультра-мобильных компьютеров, где теперь могут отключаться линии памяти в режиме более глубокого сна.

Для пользователей же настольного  сегмента, кроме более холодных систем от Ivy Bridge ожидать особо нечего: разница в производительности по сравнению с Sandy Bridge не более 3-5 %. Правда, приятной новостью станет то, что появилась возможность оверклокинга памяти с шагом 200 и 266 МГц до частоты 2800 МГц. Также, для пользователей видеокарт бонусом станет обновление PCI Express до версии 3.0, что означает увеличение пропускной способности шины до 8 GT/s, то есть почти в два раза (по тестам это около 12 Гбайт/с). Увеличившаяся на 1 такт до 24 тактов латентность кэша L3 также практически не заметна.

Осталось только добавить, что эта платформа в купе получила наименование Maho Bay/Chief River.

Будущие удары часов Intel

То, что топовые процессоры Intel сейчас вне конкуренции, очевидно всем. Это сказалось и общем замедлении темпов во внедрении новых ядер. Ко всему прочему, компания решила начать экономить, увлеклась «контролируемым» оверклокингом своих же ядер через технологию Intel Turbo, подкинула пользователям возможности оверклокинга памяти. Ну и непосредственно со стабильностью её же разогнанных чипов до частоты примерно 4,8 ГГц возникли вопросы. Все это вылилось в то, что очередной «так» компании — платформа Ivy Bridge-E — отложена до третьего квартала 2013 года.

Согласно слайду, выпуск процессоров Ivy Bridge-E Core i7 произойдёт после выхода платформы Haswell на сокете LGA1150 (Socket H3), который запланирован на второй квартал 2013 года. Ещё одним интересным фактом является то, что новый чип будет полностью совместим с существующим сокетом LGA2011 и материнскими платами на базе чипсета Intel X79 Express.

 

Будущий процессор Ivy Bridge-E является расширенной версией современного чипа Ivy Bridge, и будет построен на таком же 22-нм техпроцессе, но при этом будет содержать больше вычислительных ядер, каналов памяти, кэш-памяти. Вполне возможно, что Intel захочет выпустить под новый процессор и новый чипсет, но может и внести некоторые корректировки в существующий модельный ряд системной логики. К примеру, компания обеспечивала поддержку чипсета X58 Express в течение двух поколений Core i (45-нм Core i7 Bloomfield и 32-нм Core i7 Westmere).

Вернемся к ближайшему будущему — ядру Haswell, которая потребует смены платформы в связи с использованием нового сокета. Связано это с тем, что наиболее значимые изменения, влияющие на компоновочную схему будущей платформы, связаны с повышением пропускной способностью системной шины, изменением в распиновке, отвечающей для работу с шиной PCIe (включая пины FDI), изменением в схеме пинов питания и пинов для прочих целей. В этот раз было решено отказаться от использования отдельного блока с функцией питания графического контроллера процессора.

Поколение Haswell принесёт с собой ряд новых функций, в числе которых – технология RapidStart следующего поколения, позволяющая сократить время выхода системы из режима ожидания до 2 секунд. Новая архитектура позволит выполнять большее количество инструкций за такт (instructions per clock, IPC) по сравнению с предшественником в лице Ivy Bridge. В новом чипе будет полностью выполнен редизайн кэша. Мобильная версия процессора будет поддерживать функции, позволяющие ещё больше продлить время автономной работы ноутбуков основного сегмента. Ожидается снижение энергопотребления до 30% по сравнению с Sandy Bridge.

Помимо этого, CPU Haswell предлагают улучшенные возможности по перекодированию HD-видео. Предусмотрена поддержка и ряда других технологий, в том числе интерфейса Thunderbolt со скоростью передачи данных до 10 Гбит/сек и беспроводного механизма передачи данных NFC (near-field communication). Новые графические ядра пока имеются GT1, GT2 и GT3. Первые два с меньшей производительностью, нацелены на настольные решения, а GT3 на мобильные.

 

Сама платформа, получившая название «Shark Bay», будет доступна в двух вариантах: двухчиповая конфигурация (4- и 2-ядерный CPU + южный мост) и одночиповая конфигурация (2-ядерный CPU, без отдельного чипа PCH). Для 4-ядерных и некоторых 2-ядерных моделей потребуются материнские платы с обычным размещением сокета на базе чипсета в составе одной микросхемы, представляющей собой чип южного моста (Platform Controller Hub, PCH), имеющей меньшие размеры по сравнению с размерами современных PCH. В то же время некоторые 2-ядерные CPU Haswell полностью «поглотят» южный мост, избавляя от необходимости использования чипсета в системных платах. Двухъядерные Haswell будут выпускаться в корпусировке BGA для пайки на плату.

Вся эта сумятица, которая  ломает привычные принципы строения плат связана с тем, что компания решила поделить сегменты процессорного  рынка иначе, чем мы привыкли. Обусловлено  это тем, что мобильные версии процессоров уже очень приблизились по своим характеристикам к настольным, а вот версии для ультрабуков значительно дистанцировались от них.

Вывод:

Анализируя все это, невольно приходишь к выводу, что  пришла пора смены концепций и  традиционного восприятия настольных и мобильных процессоров. А вместе с этим и меняются принципы проектирования материнских плат, чипсетов. Те функции, которые много лет привычно возлагались на северный и южный мост постепенно поглощаются самим процессоров. Логично, что к этому пришли — бутылочным горлышком всех систем всегда были интерфейсы. Создавая «системы на кристалле» это вопрос снимается сам собой.

О линейном росте производительности мы забыли давно. Настала пора новых  технологий, оптимизаций, наборов команд, и все это на фоне борьбы за энергопотребление с привычными системами охлаждения у потолстевших от транзисторов кристаллов. «Попугаями» уже мало кого удивишь, а бороться за рынок надо. Получается, что кремниевые гигатны отламывают кусок от хлеба вендоров плат, вбирая все в свои чипы.