Intel Core (mikroarchitektura) - Intel Core (microarchitecture)

The Mikroarchitektura Intel Core (dříve známý jako Mikroarchitektura nové generace) je vícejádrový procesor mikroarchitektura odhalil Intel v 1. čtvrtletí 2006. Je založen na Yonah design procesoru a lze jej považovat za iteraci Mikroarchitektura P6 představen v roce 1995 s Pentium Pro. Vysoká spotřeba energie a intenzita tepla, výsledná neschopnost efektivně zvyšovat rychlost hodin a další nedostatky, například neefektivní potrubí byly hlavními důvody, proč Intel opustil Mikroarchitektura NetBurst a přešel na úplně jiný architektonický design, poskytující vysokou účinnost spíše malým potrubím než vysokými rychlostmi hodin. Mikroarchitektura Core zpočátku nedosahovala rychlosti hodin mikroarchitektury NetBurst, ani po přesunu do 45 nm litografie. Po mnoha generacích následných mikroarchitektur, které jako základ používaly Core (např Nehalem, Sandy Bridge a další) se Intelu nakonec podařilo překonat rychlost hodin Netburst s Devil's Canyon (vylepšená verze Haswell) mikroarchitektura dosahující základní frekvence 4 GHz a maximální testované frekvence 4,4 GHz s použitím 22 nm litografie.

První procesory, které používaly tuto architekturu, měly kódové označení 'Merom ', 'Conroe ', a 'Woodcrest '; Merom je určen pro mobilní výpočetní techniku, Conroe je určen pro stolní počítače a Woodcrest je určen pro servery a pracovní stanice. I když jsou architektonicky identické, tři řady procesorů se liší použitým soketem, rychlostí sběrnice a spotřebou energie. Původní tradiční procesory založené na Core byly značkové Dvoujádrový procesor Pentium nebo Pentium a značkový low-end Celeron; byly značkové procesory založené na serveru a pracovní stanici Core Xeon, zatímco první 64bitové procesory Intel pro stolní počítače a mobilní procesory Core byly značkové Jádro 2.

Funkce

Mikroarchitektura Core se vrátila na nižší úroveň hodinové sazby a zlepšilo využití obou dostupných hodinových cyklů a výkonu ve srovnání s předchozím Mikroarchitektura NetBurst z Pentium 4 /D - značkové procesory.^[1] Mikroarchitektura Core poskytuje efektivnější fáze dekódování, prováděcí jednotky, mezipaměti, a autobusy, snížení spotřeba energie procesorů značky Core 2 a zároveň zvyšuje jejich kapacitu zpracování. CPU Intel se značně lišily ve spotřebě energie podle taktovací frekvence, architektury a polovodičového procesu, jak je uvedeno v Ztráta výkonu procesoru tabulky.

Stejně jako poslední procesory NetBurst mají procesory založené na jádru více jader a podporu virtualizace hardwaru (prodáváno jako Intel VT-x ), stejně jako Intel 64 a SSSE3. Procesory založené na jádru však nemají Technologie Hyper-Threading nalezený v procesorech Pentium 4. Je to proto, že mikroarchitektura Core je potomkem Mikroarchitektura P6 používaný Pentium Pro, Pentium II, Pentium III a Pentium M.

Velikost mezipaměti L1 byla v mikroarchitektuře Core zvětšena z 32 kB na Pentium II / III (16 kB L1 Data + 16 KB L1 instrukce) na 64 KB L1 cache / jádro (32 KB L1 Data + 32 KB L1 instrukce) na Pentium M a Core / Core 2. Spotřebitelská verze také postrádá L3 Cache nalezenou v jádru Gallatin Pentium 4 Extreme Edition, i když je přítomna výhradně ve špičkových verzích Xeonů založených na Core. Mezipaměť L3 i Hyper-threading byly znovu zavedeny na spotřebitelskou linku v Nehalemova mikroarchitektura.

Cestovní mapa

Technologie

Mikroarchitektura Intel Core

Zatímco mikroarchitektura Core je významnou architektonickou revizí, je částečně založena na Pentium M rodina procesorů navržená společností Intel Israel.^[2] The Penryn potrubí je 12–14 stupňů dlouhá^[3] - méně než polovina Prescott Je to podpisová vlastnost širokých jader pro provádění objednávek. Penrynův nástupce, Nehalem více si půjčil od Pentia 4 a má 20–24 fází potrubí.^[3] Jádro exekuční jednotka je široký 4 vydání, ve srovnání s jádry 3 vydání P6, Pentium M a jádra se dvěma čísly NetBurst mikroarchitektury. Nová architektura je dvoujádrový design s propojením Mezipaměť L1 a sdílené Mezipaměť L2 navrženo pro maximum výkon na watt a vylepšená škálovatelnost.

Jedna nová technologie zahrnutá v designu je Macro-Ops Fusion, který kombinuje dva x86 instrukce do jednoho mikrooperace. Například běžná sekvence kódu, jako je porovnání následované podmíněným skokem, by se stalo jedinou mikroopicí. Tato technologie bohužel nefunguje v 64bitovém režimu.

Mezi další nové technologie patří propustnost 1 cyklu (dříve 2 cykly) všech 128bitových pokynů SSE a nový design pro úsporu energie. Všechny komponenty poběží při minimální rychlosti a podle potřeby se budou dynamicky zvyšovat (podobně jako u AMD Cool'n'Quiet technologie úspory energie i vlastní technologie Intel SpeedStep technologie od dřívějších mobilních procesorů). To umožňuje čipu produkovat méně tepla a spotřebovávat co nejméně energie.

Pro většinu procesorů Woodcrest je přední autobus (FSB) jede v 1333 MT / s; toto je však sníženo na 1066 MT / s pro varianty nižšího 1,60 a 1,86 GHz.^[4][5] Mobilní varianta Merom byla původně zaměřena na provoz na FSB 667 MT / s, zatímco druhá vlna Meroms, podporující 800 MT / s FSB, byla vydána jako součást platformy Santa Rosa s jinou zásuvkou v květnu 2007. Desktop -oriented Conroe začal s modely, které mají FSB 800 MT / s nebo 1066 MT / s s linkou 1333 MT / s oficiálně zahájenou 22. července 2007.

Spotřeba energie těchto nových procesorů je extrémně nízká - průměrná spotřeba energie se má pohybovat v rozmezí 1–2 W ve variantách s velmi nízkým napětím, s tepelné návrhové síly (TDP) 65 W pro Conroe a většinu Woodcrests, 80 W pro 3,0 GHz Woodcrest a 40 W pro nízkonapěťový Woodcrest. Ve srovnání s AMD Opteron Procesor 875HE spotřebuje 55 wattů, zatímco je energeticky efektivní Zásuvka AM2 linka zapadá do 35 wattů tepelná obálka (uvedeno jiným způsobem, takže není přímo srovnatelné). Merom, mobilní varianta, je uvedena na 35 W TDP pro standardní verze a 5 W TDP pro verze Ultra Low Voltage (ULV).^{[Citace je zapotřebí ]}

Intel dříve oznámil, že se nyní zaměří spíše na energetickou účinnost než na surový výkon. Nicméně v IDF na jaře 2006 Intel inzeroval oba. Některá ze slíbených čísel byla:

• O 20% vyšší výkon pro Merom při stejné úrovni výkonu (v porovnání s Core Duo )
• O 40% vyšší výkon pro Conroe o 40% nižší výkon (ve srovnání s Pentium D )
• O 80% vyšší výkon pro Woodcrest při 35% menším výkonu (ve srovnání s originálem dvoujádrový Xeon )

Jádra procesoru

Procesory mikroarchitektury Core lze kategorizovat podle počtu jader, velikosti mezipaměti a soketu; každá jejich kombinace má jedinečný kódový název a kód produktu, který se používá u řady značek. Například kódový název „Allendale“ s produktovým kódem 80557 má dvě jádra, 2 MB mezipaměti L2 a používá stolní soket 775, ale byl uváděn na trh jako Celeron, Pentium, Core 2 a Xeon, každé s povolenou jinou sadou funkcí. Většina mobilních a stolních procesorů přichází ve dvou variantách, které se liší velikostí mezipaměti L2, ale konkrétní množství mezipaměti L2 v produktu lze také snížit deaktivací součástí v době výroby. Wolfdale-DP a všechny čtyřjádrové procesory kromě Dunnington QC jsou vícečipové moduly kombinující dvě matrice. U 65 nm procesorů může být stejný kód produktu sdílen procesory s různými matricemi, ale konkrétní informace o tom, který z nich je použit, lze odvodit z krokování.

Conroe / Merom (65 nm)

Původní procesory Core 2 jsou založeny na stejných matricích, které lze identifikovat jako CPUID Rodina 6, model 15. V závislosti na jejich konfiguraci a balení jsou jejich kódové názvy Conroe (LGA 775, 4 MB L2 cache), Allendale (LGA 775, 2 MB L2 cache), Merom (Zásuvka M, 4 MB mezipaměti L2) a Kentsfield (Vícečipový modul, LGA 775, 2x4 MB L2 cache). Procesory Merom a Allendale s omezenými funkcemi najdete v Pentium Dual Core a Celeron procesory, zatímco Conroe, Allendale a Kentsfield jsou také prodávány jako Xeon procesory.

Další kódové názvy pro procesory založené na tomto modelu jsou Woodcrest (LGA 771, 4 MB L2 cache), Clovertown (MCM, LGA 771, 2 × 4 MB L2 cache) a Tigerton (MCM, Zásuvka 604, 2 × 4 MB L2 cache), všechny jsou prodávány pouze pod značkou Xeon.

Conroe-L / Merom-L

Procesory Conroe-L a Merom-L jsou založeny na stejném jádru jako Conroe a Merom, ale obsahují pouze jedno jádro a 1 MB mezipaměti L2, což výrazně snižuje výrobní náklady a spotřebu energie procesoru na úkor výkonu ve srovnání s dvoujádrová verze. Používá se pouze v procesorech Core 2 Solo U2xxx s ultra nízkým napětím a v procesorech Celeron a je identifikován jako CPUID rodiny 6 model 22.

Penryn / Wolfdale (45 nm)

V Intel Tik tak cyklu 2007/2008 „Tick“ bylo zmenšení mikroarchitektury Core na 45 nanometrů jako model CPUID 23. V procesorech Core 2 se používá s kódovými názvy Penryn (Socket P), Wolfdale (LGA 775) a Yorkfield ( MCM, LGA 775), z nichž některé se také prodávají jako procesory Celeron, Pentium a Xeon. Ve značce Xeon je Wolfdale-DP a Harpertown kódové názvy se používají pro MCM založené na LGA 771 se dvěma nebo čtyřmi aktivními jádry Wolfdale.

Architektonicky jsou 45nm procesory Core 2 vybaveny SSE4.1 a novým motorem dělení / náhodné přehrávání.^[6]

Čipy přicházejí ve dvou velikostech, s 6 MB a 3 MB L2 cache. Menší verze se běžně nazývá Penryn-3M a Wolfdale-3M, stejně jako Yorkfield-6M. Jednojádrová verze Penryn, zde uvedená jako Penryn-L, není samostatným modelem jako Merom-L, ale verzí modelu Penryn-3M s pouze jedním aktivním jádrem.

Dunnington

The Xeon "Dunnington" procesor (CPUID Family 6, model 29) úzce souvisí s Wolfdale, ale je dodáván se šesti jádry a mezipamětí L3 na čipu a je určen pro servery se Socket 604, takže se prodává pouze jako Xeon, ne jako Core 2.

Kroky

Mikroarchitektura Core používá řadu steppings, které na rozdíl od předchozích mikroarchitektur představují nejen přírůstková vylepšení, ale také různé sady funkcí, jako je velikost mezipaměti a režimy nízké spotřeby. Většina z těchto kroků se používá napříč značkami, obvykle deaktivací některých funkcí a omezením taktovacích frekvencí na low-end čipech.

Steppingy se sníženou velikostí mezipaměti používají samostatné schéma pojmenování, což znamená, že vydání již nejsou v abecedním pořadí. V interních a technických ukázkách byly použity další krokování, ale nejsou uvedeny v tabulkách.

Mnoho špičkových procesorů Core 2 a Xeon používá Vícečipové moduly dvou nebo tří čipů, aby bylo možné získat větší velikosti mezipaměti nebo více než dvě jádra.

Kroky používající 65 nm proces

Počáteční kroky ES / QS jsou: B0 (CPUID 6F4h), B1 (6F5h) a E0 (6F9h).

Steppings B2 / B3, E1 a G0 procesorů modelu 15 (cpuid 06fx) jsou evoluční kroky standardního nástroje Merom / Conroe se 4 MiB L2 cache, přičemž krokování E1 s krátkou životností se používá pouze v mobilních procesorech. Krokové L2 a M0 jsou „Allendale „čipy s pouhými 2 mezipaměti MiB L2, které snižují výrobní náklady a spotřebu energie u procesorů nižší třídy.

Krokování G0 a M0 zlepšuje klidovou spotřebu energie ve stavu C1E a přidává stav C2E u stolních procesorů. V mobilních procesorech, které všechny podporují klidové stavy C1 až C4, přidává podpora E1, G0 a M0 podporu pro Mobile Intel 965 Express (Santa Rosa ) platforma s Zásuvka P, zatímco dřívější krokování B2 a L2 se objevují pouze pro Zásuvka M mobilní Intel Intel 945 Express (Napa refresh ) plošina.

Model 22 stepping A1 (cpuid 10661h) představuje významnou designovou změnu, protože pouze jedno jádro a 1 mezipaměť MiB L2 dále snižují spotřebu energie a výrobní náklady pro low-end. Stejně jako dřívější kroky se A1 nepoužívá s platformou Mobile Intel 965 Express.

Steppingy G0, M0 a A1 většinou nahradily všechny starší steppingy v roce 2008. V roce 2009 byla zavedena nová steppingová G2, která nahradila původní stepping B2.^[7]

Stepping pomocí 45 nm procesu

V modelu 23 (cpuid 01067xh) společnost Intel zahájila marketing krokování s plnou (6 MiB) a sníženou (3 MiB) L2 mezipamětí současně a dala jim stejné hodnoty cpuid. Všechny kroky mají nové SSE4.1 instrukce. Stepping C1 / M1 byla opravená chyba verze C0 / M0 speciálně pro čtyřjádrové procesory a používala se pouze u nich. Stepping E0 / R0 přidává dvě nové instrukce (XSAVE / XRSTOR) a nahrazuje všechny dřívější kroky.

V mobilních procesorech se krokování C0 / M0 používá pouze v Intel Mobile 965 Express (Santa Rosa obnovit ) platforma, zatímco krokování E0 / R0 podporuje pozdější Intel Mobile 4 Express (Montevina ) plošina.

Model 30 stepping A1 (cpuid 106d1h) přidává L3 cache stejně jako šest namísto obvyklých dvou jader, což vede k neobvykle velké velikosti matrice 503 mm².^[8] V únoru 2008 si našel cestu pouze do velmi špičkové řady Xeon 7400 (Dunnington ).

Požadavky na systém

Kompatibilita základní desky

Conroe, Conroe XE a Allendale používají Socket LGA 775; ne však každý základní deska je kompatibilní s těmito procesory.

Vedlejší čipové sady jsou:

• Intel: 865G / PE / P, 945G / GZ / GC / P / PL, 965G / P, 975X, P / G / Q965, Q963, 946GZ / PL, P3x, G3x, Q3x, X38, X48, P4x, 5400 Express Viz také: Seznam čipsetů Intel
• NVIDIA: nForce4 Ultra / SLI X16 pro Intel, nForce 570/590 SLI pro Intel, nForce 650i Ultra / 650i SLI / 680i LT SLI / 680i SLI a nForce 750i SLI / 780i SLI / 790i SLI / 790i Ultra SLI.
• PŘES: P4M800, P4M800PRO, P4M890, P4M900, PT880 Pro / Ultra, PT890. Viz také: Seznam čipsetů VIA
• SiS: 662, 671, 671fx, 672, 672fx
• ATI: Radeon Xpress 200 a CrossFire Xpress 3200 pro Intel

Yorkfield XE model QX9770 (45 nm s 1600 MT / s FSB) má omezenou kompatibilitu s čipovou sadou - pouze s X38, P35 (s Přetaktování ) a některé vysoce výkonné základní desky X48 a P45 jsou kompatibilní. Aktualizace systému BIOS byly postupně vydávány, aby poskytovaly podporu pro technologii Penryn, a QX9775 je kompatibilní pouze se základní deskou Intel D5400XS. Model Wolfdale-3M E7200 má také omezenou kompatibilitu (alespoň čipová sada Xpress 200 je nekompatibilní)^{[Citace je zapotřebí ]}.

Ačkoli základní deska může mít požadovanou čipovou sadu pro podporu Conroe, některé základní desky založené na výše uvedených čipových sadách nepodporují Conroe. Důvodem je, že všechny procesory založené na Conroe vyžadují novou sadu funkcí dodávky energie uvedenou v Regulátor napětí dolů (VRD) 11.0. Tento požadavek je výsledkem výrazně nižší spotřeby energie Conroe ve srovnání s CPU Pentium 4 / D, které nahradil. Základní deska, která má jak podpůrnou čipovou sadu, tak VRD 11 podporuje procesory Conroe, ale i tak některé desky budou potřebovat aktualizovanou BIOS rozpoznat FID (ID frekvence) a VID (ID napětí) společnosti Conroe.

Synchronní paměťové moduly

Na rozdíl od předchozího Pentium 4 a Pentium D Technologie Core 2 vidí větší užitek z provozu paměti synchronně s Přední boční autobus (FSB). To znamená, že pro CPU Conroe s FSB 1066 MT / s je ideální výkon paměti pro DDR2 PC2-8500. V několika konfiguracích pomocí PC2-5300 místo PC2-4200 může ve skutečnosti snížit výkon. Pouze když jdete na PC2-6400 došlo k výraznému zvýšení výkonu. Zatímco modely pamětí DDR2 s přísnějšími specifikacemi načasování zvyšují výkon, rozdíl ve hrách a aplikacích v reálném světě je často zanedbatelný.^[9]

Optimálně by poskytovaná šířka pásma paměti měla odpovídat šířce pásma FSB, to znamená, že CPU s jmenovitou rychlostí sběrnice 533 MT / s by měly být spárovány s RAM odpovídající stejnou jmenovitou rychlostí, například DDR2 533 nebo PC2-4200 . Společný mýtus^{[Citace je zapotřebí ]} je to, že instalace prokládané RAM nabídne dvojnásobnou šířku pásma. Nanejvýš však nárůst šířky pásma instalací prokládané RAM je zhruba 5–10%. The AGTL + PSB používají všichni NetBurst zpracovatelé i současné a střednědobé (předQuickPath ) Procesory Core 2 poskytují 64bitovou datovou cestu. Současné čipové sady poskytují několik kanálů DDR2 nebo DDR3.

U úloh vyžadujících velké množství přístupu do paměti mohou čtyřjádrové procesory Core 2 významně těžit^[10] z používání PC2-8500 paměť, která běží přesně stejnou rychlostí jako FSB CPU; nejde o oficiálně podporovanou konfiguraci, ale podporuje ji celá řada základních desek.

Procesor Core 2 nevyžaduje použití DDR2. Zatímco čipové sady Intel 975X a P965 tuto paměť vyžadují, některé základní desky a čipové sady podporují procesory Core 2 i DDR Paměť. Při použití paměti DDR může být výkon snížen z důvodu nižší dostupné šířky pásma paměti.

Chip errata

Jádro 2 jednotka správy paměti (MMU) v procesorech X6800, E6000 a E4000 nefunguje podle předchozích specifikací implementováno v předchozích generacích x86 Hardware. To může způsobit problémy, z nichž mnohé mají závažné problémy se zabezpečením a stabilitou, s existujícími operační systém software. Dokumentace společnosti Intel uvádí, že jejich programovací manuály budou aktualizovány „v příštích měsících“ o informace o doporučených metodách správy překladová vyrovnávací paměť (TLB) pro Core 2, aby se předešlo problémům, a připouští, že „ve výjimečných případech může nesprávné zneplatnění TLB vést k nepředvídatelnému chování systému, jako je zablokování nebo nesprávná data.“^[11]

Mezi problémy uvedené:

• Nevykonat bit je sdílen mezi jádry.
• Nesoudržnost instrukce s plovoucí desetinnou čárkou.
• Povolené poškození paměti mimo rozsah povoleného zápisu pro proces spuštěním běžných sekvencí instrukcí.

Intel errata Ax39, Ax43, Ax65, Ax79, Ax90, Ax99 jsou považovány za obzvláště závažné.^[12] 39, 43, 79, které mohou způsobit nepředvídatelné chování nebo zablokování systému, byly v nedávné době opraveny steppings.

Mezi těmi, kteří uvedli, že errata je zvláště závažná, jsou OpenBSD je Theo de Raadt^[13] a DragonFly BSD je Matthew Dillon.^[14] Zaujmout kontrastní pohled bylo Linus Torvalds, volání problému TLB „zcela bezvýznamný“, a dodal: „Největším problémem je, že Intel měl jen lépe dokumentovat chování TLB.“^[15]

Společnost Microsoft vydala aktualizaci KB936357, aby vyřešila tuto chybu do roku mikrokód Aktualizace,^[16] bez trestu za výkon. K vyřešení problému jsou k dispozici také aktualizace systému BIOS.

Viz také

• architektura x86
• Seznam mikroarchitektur CPU Intel

Reference

externí odkazy

• Web Intel Core Microarchitecture
• Tisková zpráva společnosti Intel oznamující plány na novou mikroarchitekturu
• Tisková zpráva společnosti Intel představující Core Microarchitecture
• Plán procesoru Intel
• Podrobný pohled na novou architekturu Intel
• Intel pojmenoval Core Microarchitecture
• Fotografie procesorů využívajících mimo jiné Core Microarchitecture (také první zmínka o Clovertown-MP)
• Hlavní přednášky IDF propagující výkon nových procesorů
• Jádro nových čipů Intel
• Přehled RealWorld Tech o mikroarchitektuře Core
• Podrobný přehled mikroarchitektury Core v Ars Technica
• Intel Core versus AMD K8 architektura na Anandtech
• Data vydání připravovaných procesorů Intel Core využívajících mikroarchitekturu Intel Core
• Srovnávací hodnoty srovnávající výpočetní výkon jádrové architektury se staršími jednotkami Intel Netburst a AMD Athlon64 Central Processing Unit