Процессоры Intel с архитектурой Sandy Bridge

Общая структура процессоров с микроархитектурой Intel Sandy.

Перед началом рассказа о новом поколении процессоров хотелось бы напомнить, в чем состоит разница между терминами «архитектура» и «микроархитектура» и почему некорректно использовать первый вместо второго, хотя так поступают весьма часто.

Архитектура процессора, если говорить несколько упрощенно, это его «внешний вид» с точки зрения программиста: какие команды он способен выполнять, как эти команды кодируются, какие регистры имеются в его распоряжении и т.п. Архитектура всех современных процессоров, используемых в ПК, восходит к микропроцессору 80386 — первому 32-разрядному кристаллу Intel. Официально она называется IA-32 (Intel Architecture, 32 bit), хотя очень часто ее обозначают как х86 (по последним двум цифрам обозначений многих ранних процессоров этой архитектуры). Помимо самой Intel, процессоры аналогичной архитектуры производят и другие компании — на сегодняшний день это AMD и VIA, однако раньше было еще несколько. Хотя технически все современные процессоры для ПК являются (54-разрядными, они по-прежнему относятся к архитектуре IA-32, а 64-битность является лишь дополнением к ней, благодаря чему обеспечивается почти полная обратная совместимость: программа, когда-то написанная для 80386, почти наверняка сможет нормально работать и на Core i7.

Микроархитектура же, о которой мы собираемся говорить, это устройство процессора с точки зрения спроектировавшего его инженера: какие блоки в нем имеются, как они работают, как взаимодействуют между собой и т.п. Одну и ту же архитектуру (IA-32 в нашем случае) можно реализовать Bridge множеством различных способов, что мы и наблюдаем. Даже у одного и того же разработчика (например, Intel) одновременно могут находиться в производстве процессоры нескольких весьма сильно отличающихся микроархитектур. Именно различия в реализации, то есть микроархитектуре, являются главной причиной того, что два процессора с формально одинаковыми характеристиками (разрядностью внешней шины, тактовой частотой и т.п.) могут весьма существенно различаться по производительности.

Современный процессор — это не только процессорное ядро, но еще и много разных интересных схем. Как мы помним, в микроархитектуре Nehalem контроллер памяти перекочевал из северного моста чипсета на кристалл процессора. Несколько позже, в «промежуточных» процессорах семейства Westmere рядом с ЦП оказался и графический процессор (впрочем, весьма слабенький). В Sandy Bridge эти устройства получили окончательную прописку на едином кристалле с ядрами ЦП. Графического процессора на этот раз мы касаться не будем — это тема отдельного исследования. Также у нас не было возможности поместить на страницы журнала подробный рассказ о микроархитектуре процессорных ядер (он есть в полном варианте статьи на диске-приложении), поэтому мы сразу перейдем к описанию структуры новых кристаллов в целом.

Вокруг и около ядер

Начнем рассказ об особенностях и ключевых изменениях в новом поколении процессоров с интегрированного контроллера памяти (IMC). В процессорах Sandy Bridge он, похоже, будет только двухканальным: новые чипы не позиционируются разработчиком как замена топовым решениям, оснащенным трехканальным контроллером. Добавим, что по-прежнему поддерживается DDR3, которая пока вполне справляется со своими обязанностями.

В кристалл процессора теперь интегрирован интерфейс с шиной PCI Express х16, что позволяет подключить дискретный видеоконтроллер почти напрямую. На месте остался интерфейс с шиной DMI, через которую подключается южный мост — микросхема, в которой сосредоточены контроллеры внешних устройств (SATA, USB и т.д.). Интерфейсы памяти и шин, а также дисплейного контроллера и устройства управления электропитанием все вместе собраны в так называемый системный агент (System Agent).

Чтобы все устройства, расположенные на одном кристалле, могли успешно взаимодействовать друг с другом без лишних тормозов, существенно усовершенствована система внутренних связей. Все процессорные ядра, графический процессор, системный агент и кеш последнего уровня (LLC, Last Level Cache — третьего на данный момент) объединены кольцевой шиной. Благодаря этому услугами кеша пользуются не только процессорные ядра, но и графический процессор, что резко ускоряет обмен данными между ЦП и ГП. Шина на самом деле состоит из четырех колец: кольца данных 32-байтовоп ширины (Data Ring), кольца запросов (Request Ring), кольца подтверждений (Acknowledge Ring) и кольца слежения (Snoop). По первому из них осуществляется передача данных, второе служит для выдачи запросов на выполнение операций обмена данными и некоторых других, третье — для передачи ответов на эти запросы. Кольцо слежения дает возможность всем «заинтересованным сторонам» наблюдать за выполнением операций на шине, например замечать, когда выполняется запись по интересующим адресам.

Наконец, следует отметить изменения в управлении энергопотреблением. Второе поколение технологии Turbo Boost позволяет на короткое время превышать предельное тепловыделение (TDP), установленное для процессора, благодаря чему может быть получен приличный прирост производительности (но не во время длительной работы процессора с максимальной нагрузкой, а лишь когда всплески активности чередуются с достаточно длительными спадами). Кроме того, блок управления питанием теперь заботится о балансировке запросов процессорных ядер и ГП: если последний стоит без дела, частота работы первых может быть повышена, и наоборот.

Производительность

Как мы уже сказали, в нашем распоряжении оказались две модели — Core i7-2600K и Core i5-2500K: на сегодняшний день они являются самыми производительными представителями Sandy Bridge. Тестирование проводилось на материнской плате Gigabyte GA-P67A-UD7, построенной на базе чипсета Intel Р67 с двумя модулями памяти Transcend DDR3 суммарным объемом 4 Гбайт, работающими на частоте 1333 МГц по таймингам 9-9-9-24. видеоконтроллером AMD Radeon HD 6850 и жестким диском Western Digital WD1002FAEX.

Для сравнения использовались данные, полученные при тестировании процессоров AMD Phenom II Х6 1100Т (самое производительное на сегодня решение конкурента) и Intel Core i7-970 (второй по производительности кристалл предыдущего поколения). Основные характеристики участвовавших в тестировании процессоров и результаты приведены в таблицах. Заметим, что в данный тест не попала графическая составляющая «песочных мостов». С ней мы теоретически и практически познакомимся в ближайшем будущем, заодно сравнив с присутствующими на рынке доступными дискретными графическими решениями.

Даже беглого взгляда на таблицу достаточно, чтобы понять: новая микроархитектура весьма эффективна. На большинстве задач новые четырехъядерники Intel не уступали, а нередко и превосходили почти топовый шестиядерник Core i7-970, но и в случае его замены на самый высокопроизводительный в мире (на сегодняшний день) Core i7-980 мало что изменится: даже относящийся, в общем-то, к среднему классу Core i5-2500 будет смотреться весьма достойно. Только в двух категориях задач новички уступают предкам высшего класса: это рендеринг и исполнение сложных Java-программ, но в обоих случаях причина заключается в количестве одновременно исполняемых потоков, что очень важно для этих задач. Но это не так критично для подавляющего большинства других применений, где обычно за глаза хватает двух-четырех потоков. У Core i5- 2500К их всего четыре, у Core i7-2600K — восемь, а у Core i7-970 — целая дюжина. Не приходится сомневаться, что середнячки прошлого поколения (Core i7-8xx и i5) от новичков в большинстве случаев отстанут весьма прилично. Что же касается конкурентов, то даже самый мощный AMD Phenom II Х6 1100Т вчистую проиграл более мощному из новых кристаллов Intel, ну а более слабый Core i5-2500K уступил ему лишь самую малость (2-4%) и тоже только в двух упомянутых категориях (рендеринг и Java) — естественно, по той же самой причине (4 потока против 6). Правда, ради объективности добавим, что в наиболее ресурсоемком из обычных домашних применений (в играх), топовый кристалл AMD уступил лишь 4% в общем зачете. Итак, Intel вновь подтвердила свою репутацию как производителя наиболее мощных микропроцессоров в мире.

Вам понравиться

Добавить комментарий