Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Итоги IDF 2005. Часть 1. Многоядерность и 64-битность

Pentium M — в десктопы!

С самого появления процессора Pentium M на рынке (когда это был еще Banias и первое поколение Centrino в начале 2003 года) сотрудников Intel постоянно мучили расспросами, не собирается ли корпорация предложить решения для настольных ПК на базе этого процессора? Ведь по сравнению с «жаркими» (и соответственно шумными) Pentium 4 такие системы, потребляющие всего ватт 25-30 в максимуме (а при малой загрузке способные вообще обходиться одним лишь пассивным охлаждением!) и обладающие (как наследники удачной микроархитектуры Pentium III с существенно увеличенным кэшем) очень даже неплохим быстродействием в потребительских задачах, могли бы прийтись по вкусу очень многим пользователям, как корпоративным, так и домашним… И каждый раз с упорством, достойным лучшего применения, интеловцы отвечали, что нет, не собирается, но если кто-то из сторонних производителей компьютеров захочет производить настольные системы на Pentium M, Intel препятствовать вроде бы как не будет. Однако желающих нашлось не много — видимо, ценовые рамки все-таки отпугивали… Гораздо больше желающих использовать Pentium M нашлось среди производителей промышленных контроллеров и встроенных (embedded) компьютеров.

Но нет худа без добра — постоянное давление на Intel со стороны желающих иметь настольный ПК на Pentium M, видимо, дало свои плоды, и на нынешнем IDF корпорация показала собственные концепты настольных ПК на Pentium M, позиционируемые для цифрового офиса и цифрового дома. Если, конечно, язык повернется назвать эти малютки «настольными» — ЖК-монитор, клавиатура и тонюсенький системный блок — размером чуть больше самой клавиатуры!

У концепта для цифрового офиса (на двух фото ниже) спереди, как и полагается, оптический привод (конечно же, slim), сзади — стандартные компьютерные разъемы…

Про шум охлаждающей системы данных нет («отслушать» блок вдали от гама окруживших его журналистов не представилось возможности, но навскидку — очень тих). Вот интересно, если такие блоки появятся в продаже, кто в первую очередь станет их брать — потенциальные покупатели ноутбуков или десктопов?

Любопытно, что представлен этот «Small Form Factor Concept PC based on Intel's Next Generation Mobile Technology» (как следует из подписи) был на докладе, посвященном именно мобильным компьютерам, и стоял он в одном ряду с будущими концепт-ноутбуками, коммуникаторами и «таблетами». Кстати, блок питания в этот «блэйд»-корпус, как говорится, not included.

Другой новинкой, как ее окрестили журналисты — «убийцей mini-Mac» — стал крохотный концепт-PC на базе Yonah. Ее представил на ключевом докладе Don MacDonald, вице-президент и генеральный менеджер, Intel's Digital Home Group.

Крохотный «ящичек», оснащенный всем необходимым для домашнего ПК и даже стильным ИК-пультом управления, также базируется на будущей мобильной платформе Intel и двуядерном процессоре Yonah и создан для недорогих применений. Впрочем, чуть большие (раза в два по объему) баребончики на базе Pentium 4 некоторые тайваньские производители уже предлагают с прошлого года на рынке.

Готовые двуядерные процессоры и платформы Intel

У Intel уже есть практически готовые новые двуядерные процессоры, изготовленные по технологиям 90 и 65 нм! Говоря «готовые», руководители корпорации отнюдь не кривят душой, но демонстрируют эти процессоры не только в «кремнии», но и в работающих системах (см. выше). Это 90-нм Itanium 2 на ядре Madisson, 90-нм Pentium на ядре Smithfield и три процессора, изготовленных по новейшему 65-нанометровому техпроцессу: мобильный Yonah, настольный Presler и серверный Dempsey (см. также фото выше).

Интересно, что всего за неделю до начала IDF (то есть 21 февраля) Intel анонсировала, ни много, ни мало, — целое новое ядро для своих настольных процессоров линейки Pentium 4 — Prescott-2M с кэш-памятью второго уровня объемом 2 Мбайт. И выпустила на нем сразу 5 топовых процессоров — Pentium 4 660/650/640/630 и Extreme Edition 3,73 ГГц. Поэтому решение совсем скоро (во втором квартале, который уже «на носу») выпустить еще одно — революционное — ядро для линейки Pentium выглядит на первый взгляд, маркетинговым перебором. Впрочем, нам от этого шквала новинок — только радость.

Одна из главных «процессорных» новостей IDF — для новых настольных процессоров Intel решила отказаться, наконец, от раскрученной годами (но впитавшей при этом, что греха таить, немало противоречивых эмоций) марки «Pentium 4» (благо — есть подходящий повод — двуядерность), и теперь настольные процессоры корпорации будут называться просто — Pentium Processor Extreme Edition и Pentium D Processor (последний — видимо, по аналогии с Celeron D и Pentium M/Celeron M, хотя вместо «Desktop» тут напрашивается параллель и с «Dual Core»). (К тому же четверка в китайской культуре — это несчастливая цифра, и она звучит похоже на слово «смерть».)

Как известно, для новых настольных процессоров Pentium D и EE Intel подготовила ядро Smithfield, которое содержит в себе (на едином кристалле, см. фото)

фактически два независимых ядра слегка модифицированного Prescott. Концепция и работа многоядерности в Smithfield базируется, в частности, на предыдущем успехе параллельных вычислений в одном процессоре, оснащенном многопоточной технологий Hyper-Threading (Intel Pentium 4 и Xeon). Однако здесь идея параллельных вычислений в одном ядре получила дальнейшее развитие, причем, если для старшего процессора на ядре Smithfield (а это будет Pentium Extreme Edition 840 с тактовой частотой 3,2 ГГц) оба вычислительных ядра (напомню — по архитектуре аналогичных Prescott) также имеют Hyper-Threading (что в сумме дает 4 логических процессора для одного физического Pentium EE), то для более массового Pentium D технология Hyper-Threading для ядер будет (пока) дезактивирована, то есть в системе он будет виден как два (а не 4) логических процессора.

И, кажется, я даже догадываюсь, почему дезактивирована: если исключить чисто маркетинговые причины (а их, в принципе, уже достаточно, чтобы оправдать этот шаг), то проблема может заключаться в следующем. Для Pentium D, как и для их предшественников Pentium 4 6xx, заявлена поддержка технологии энергосбережения EIST, позволяющая практически моментально менять частоту работы и напряжение питания ядра процессора, так что приложения и пользователь этого практически не замечают. Например, даже когда вы активно «колотите» по клавиатуре, набивая текст, процессор в паузах нажатия на клавиши может переходить в маломощное состояние и обратно. Поддержка EIST, как мы помним, принудительно отключена в самом старшем современном процессоре — P4 Extreme Edition 3,73 — для того, чтобы не терять ни процента производительности самого дорогого на данный момент настольного решения. Очевидно, таким же образом поступят и с Pentium Extreme Edition 840 — он не будет поддерживать EIST. И при этом проблем в совместимости EIST (и более глубоких состояний «сна») с одновременной работой Hyper-Threading на двух ядрах не может быть по определению. В ситуации же с Pentium D накладывается еще и желание понизить тепловой пакет процессора — 4 логических процессора потребляют явно больше при активной работе, чем два ядра без HT.

Благодаря этому удалось уместить тепловой пакет двуядерных Pentium в скромные цифры — 130 ватт для старших моделей и 95 ватт для мейнстрима.

Попутно отмечу еще два отличия новых двуядерных процессора — по организации схемы понижения питания при EIST и при мониторинге температуры. Они наглядно пояснены на соответствующих рисунках.

Оба ядра двуядерных процессоров работают от одного и того же напряжения питания, а динамический VID меняется так, что Vcc понижается только когда оба ядра готовы к этому. Частоты ядер могут меняться независимо друг от друга, но напряжение питания будет следовать за наиболее активно используемым ядром. В плане оптимизации энергопотребления и распределения вычислительных ресурсов с целью экономии потребления между ядрами нет никаких связей. Отсюда, в частности, вытекает и то, что экономия энергопотребления от использования EIST в случае двуядерных процессоров будет в процентном отношении меньше, чем у одноядерных (и это стало одной из причин отключения HT в Pentium D).

В настольных двуядерных процессорах для температурного мониторинга используется термодиод только в одном из ядер на кристалле (видимо, в целях совместимости с решениями для существующих сокетов и платформ), но в серверных двуядерных процессорах каждый чип/ядро имеет собственный мониторинг. А вообще, по мнению Intel, многоядерные технологии — это именно тот путь развития микропроцессоров на современном этапе, который позволяет получить нужную производительность при сохранении энергопотребления в разумных пределах.

Новое ядро Smithfield насчитывает 230 млн. транзисторов, занимает площадь 206 кв. мм, производится по стандартному 90 нм процессу, имеет 2 Мбайт кэш-памяти второго уровня (по 1 Мбайту на ядро) и рассчитано на использование в конструктиве LGA 775. Системная шина Pentium D и Pentium Extreme Edition — пока лишь 800 МГц, поддерживаются технологии EM64T, XD-bit, EIST (для Pentium D) и более ранние. Максимальная тактовая частота — пока 3,2 ГГц.

Работать эти процессоры будут только (!) с будущими чипсетами Intel — на первых порах должны появиться чипсеты линейки Lakeport — 955X Express и 945G/P Express. Они поддерживают системную шину 800 МГц и 1066 МГц, двухканальную память DDR2 с частотой до 667 МГц, наличием или отсутствием ECC и суммарным объемом до 8 Гбайт (!) — впервые для настольных систем. Есть шина PCI Express x16 (при помощи специального моста можно добавить и вторую PCI Express x16). Новый южный мост ICH7 имеет шесть PCI Express x1, 8 портов USB 2.0, 4 порта SATA (и один UATA) с возможностью организации RAID уровней 0, 1, 5 или 10 (и, конечно же, Matrix RAID). Интегрированный в 945G видеоускоритель — более производительный, чем у 915G, но изменения в нем не носят кардинального характера.

Северный мост нового чипсета будет иметь более высокое тепловыделение, чем текущий 915G — его TDP составляет 23,8 ватт против 18,7 ватт у предшественника. Соответственно потребуется более эффективный теплоотвод и для ATX-плат уже спроектирован более массивный радиатор (на фото). Максимально допустимая температура внутри кристалла Lakeport составляет 96 градусов Цельсия.

По технологии 90 нм все двуядерные процессоры Intel производятся как единые кристаллы, однако следующие 65-нм двуядерные процессоры, несмотря на почти вдвое меньшую площадь одного ядра по сравнению с их 90-нм предшественниками Smithfield, будут составляться из двух кристаллов (одно ядро на кристалле), хотя никакой разницы по функционированию при этом не будет. Зато независимые кристаллы, упакованные в один корпус, проще подбирать в пары по характеристикам с одной пластины или даже разных пластин, достигая тем самым более высокого выхода годных, чем когда оба ядра расположены на одном кристалле.

Кроме того, у Intel одновременно будет выпускаться и одноядерный процессор аналогичной архитектуры — Cedar Mill. Поэтому для обоих процессоров выгоднее иметь единый производственный процесс на кремнии. Наконец, при «сборке» двух кристаллов в один корпус, в ряде случаев упрощается решение проблем с тепловыделением, хотя пока непонятно, как при этом будет обстоять дело с температурным мониторингом — ведь эти «двухкристальные» процессоры также предназначены для Socket LGA 775.

Основное архитектурное отличие здесь — 65-нм кристаллы имеют уже по 2 Мбайт кэш-памяти L2 на каждое вычислительное ядро (то есть всего 4 Мбайт в процессоре). Причем для Presler работа Hyper-Threading пока не заявлена, тогда как для его одноядерного аналога Cedar Mill — технология Hyper-Threading присутствует. Есть Hyper-Threading и в аналогичных Presler серверных процессорах Dempsey, предназначенных для Socket LGA 771, а также в многопроцессорных Xeon MP на 65-нм ядре Paxville, которое будет производиться по 90-нм технологии на едином кристалле. Таким образом, если Hyper-Threading в Presler так и не включат, то это будет объясняться почти полностью маркетинговыми соображениями (и в небольшой степени — стремлением снизить энергопотребление).

Первые оценки быстродействия двуядерных процессоров

Для демонстрации производительности нового двуядерного процессора Pentium Extreme Edition сотрудники корпорации на одном из докладов IDF запустили один из хорошо оптимизированных для NetBurst и Hyper-Threading тест Cinebench 2003, который осуществляет рендеринг трехмерных сцен с использованием четырех одновременных потоков в профессиональном пакете трехмерного моделирования Maxon Cinema 4D.

Полученные в реальном времени результаты показали, что скорость рендеринга стандартной сцены на Pentium Extreme Edition 3,2 ГГц составила 696 CB-CPU, тогда как тот же процессор при отключении многопоточности (рендеринг одним потоком) показал лишь 229 CB-CPU, то есть ускорение от многопроцессорности в этом тесте составляет более трех раз!

Чтобы «почувствовать разницу» — у Pentium 4 6xx/5xx ускорение от HT в этом тесте составляет «всего» 20%. Для сравнения приведу собственные данные для самых последних Pentium 4 в этом процессорном тесте (с Hyper-Threading):

Производительность двуядерного процессора по сравнению с предшественниками впечатляет. Но несколько настораживает и другое: на одиночном потоке, равно как и в других подтестах этого бенчмарка новый процессор заметно уступает предшественникам: 1290 и 270 единиц CB-GFX в OGL software и C4D Shading соответственно явно меньше показателей старших Pentium 4.

Для Pentium Extreme Edition 3,2 ГГц с частотой FSB 800 МГц (который, по утверждению производителя, уже представлен серийными, промышленными, а не опытными образцами) здесь использовалась платформа на базе будущего чипсета 955X Express (препродакшн-версии) с 1 Гбайт памяти DDR2-667 под Windows XP Professional SP2 с видеокартой ATI X800 XT (мои результаты для нынешних процессоров, показанные выше, как и данные для P4 EE 3.73, показанные Intel ниже, получены на такой же системе, за исключением типа памяти (DDR2-533) и чипсета — i925XE). Так что влияние графической подсистемы здесь сведено к минимуму. Конечно, окончательные выводы о производительности нового процессора делать еще очень рано, но неужели Intel пошла на дальнейшее удлинение конвейера в Smithfield (это могло бы быть одним из объяснений наблюдаемых результатов)?

С другой стороны, как заявил Stephen Smith, вице-президент Digital Enterprise Group, на фото,

во многих мультимедиа-приложениях скорость нового Extreme Edition возрастает по сравнению с прежним (3,73 ГГц; тестовая конфигурация описана выше) в полтора и более раза, см. слайд.

Впрочем, скорость Pentium D, где HT дезактивирована, может оказаться несколько меньше, и бурной революции производительности в повседневных задачах от первых двуядерных процессоров нам ожидать не стоит. Тем более что они работают на более низких частотах, чем текущие Pentium 4. Впрочем, такой шаг корпорации понять не сложно — незачем внезапно выбрасывать на рынок продукт с вдвое большим быстродействием, если можно наращивать его постепенно, имея в запасе некоторый резерв и снимая за каждый шаг небольшого повышения производительности платформ определенную маржу.

Другую оценку производительности новых двуядерных Pentium можно провести, если воспользоваться текущими данными теста SPEC jbb2000 для нынешних Pentium 4 с частотой 3,6 ГГц и двухпроцессорных систем на Xeon DP с частотой 3,2 ГГц и включенным и отключенным Hyper-Threading (первый будет представлять Pentium Extreme Edition, второй — Pentium D). Результаты для таких систем показаны на слайде и внушают определенный оптимизм.

Впрочем, реальных систем на новых процессорах ждать осталось не так уж долго — тогда и посмотрим, насколько эти данные будут соответствовать реальности.

А напоследок замечу, что большинство современных операционных систем Microsoft уже поддерживают двуядерные процессоры, коль скоро они полностью эквивалентны двухпроцессорным системам. Причем, никакой дополнительной оплаты за многоядерность Microsoft брать не собирается, и система для определения вида лицензии, как и в случае с Hyper-Treading, будет оцениваться по количеству физических процессоров (сокетов), а не логических процессоров.

[ Вся статья на одной странице ]