AMD Ryzen 9000 на архитектуре Zen 5 будут представлены уже во второй половине 2024 года. Сообщается, что анонс новинок может состояться примерно в то же время, когда Intel покажет свежие настольные процессоры Arrow Lake-S на новом разъеме LGA 1851. Ключевой момент в организации многопроцессорных платформ на основе процессоров архитектуры AMD64 заключается в том, что процессоры соединяются при помощи той же самой универсальной шины HyperTransport. Стоит сразу уточнить, что эти новые процессорные ядра будут использоваться во всех флагманских системах на кристалле от Qualcomm, Samsung и MediaTek начиная с 2023 года — речь о процессорах Snapdragon 8 Gen 2, Exynos 2300 и Dimensity 9200 соответственно.
Современные десктопные процессоры архитектуры x86
| Intel представила APX — расширения архитектуры x86-64, которые ускорят любое ПО | Как пишет 3DNews, ранее эта технология применялась в энергоэффективных мобильных чипах Lakefield, а также в серверных Sapphire Rapids и GPU серии Ponte Vecchio. Архитектура чипов, пообещали в Intel, также будет полностью новой. |
| Проектирование процессорных ядер. Часть 3. Микроархитектуры ядра | О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам Условия использования Конфиденциальность Правила и безопасность Как работает YouTube Тестирование новых функций. |
| Виды популярных архитектур процессоров | В новой архитектуре процессоров Intel Эффективное ядро может обрабатывать лишь один поток за раз, в то время как Производительное ядро может работать в многопоточном режиме. |
| Процессорные архитектуры ближайшего будущего | Intel представила APX (Advanced Performance Extensions) — новые расширения системы команд x86-64, с помощью которых она собирается реформировать архитектуру и поднять производительность будущих процессоров при работе с практически любыми приложениями. |
| AMD запустила производство процессоров на архитектуре Zen 5 со встроенным ИИ - Hi-Tech | В 2017 году компания AMD вывела на рынок линейку новейших процессоров для настольных компьютеров и рабочих станций на базе новейшей архитектуры AMD Zen. |
Современные процессорные архитектуры
Ключевой момент в организации многопроцессорных платформ на основе процессоров архитектуры AMD64 заключается в том, что процессоры соединяются при помощи той же самой универсальной шины HyperTransport. Мало того что память и процессор работают на одной частоте (100 МГц Quad Pumped Bus и 200 МГц PC1600 DDR SDRAM), так и пропускная способность вокруг MCH тоже составляет 3,2 Гбайт/с относительно контроллера ввода-вывода (ICH3-S). AMD Ryzen 9000 на архитектуре Zen 5 будут представлены уже во второй половине 2024 года. Сообщается, что анонс новинок может состояться примерно в то же время, когда Intel покажет свежие настольные процессоры Arrow Lake-S на новом разъеме LGA 1851. Хотя архитектура ARM сохраняет лидирующее положение на рынке RISC-процессоров, RISC-V составляет ей серьезную конкуренцию. В таблице ниже приведены основные различия обеих архитектур. Резкий рост производительности происходит уже на этапе добавления каждого нового иона (кубита) в цепочке. В общем в IonQ рассчитывают увеличить число кубитов в предложенной архитектуре до трёхзначного значения. AMD Ryzen 9000 на архитектуре Zen 5 будут представлены уже во второй половине 2024 года. Сообщается, что анонс новинок может состояться примерно в то же время, когда Intel покажет свежие настольные процессоры Arrow Lake-S на новом разъеме LGA 1851.
Новинки процессоров, ожидаемые в 2022 году
| Виды популярных архитектур процессоров | p), а часть – энергоэффективное (efficient - e). Их же называют «большими» и «малыми» соответственно. |
| Война за чипы: сменят ли ARM процессоры x86 и почему все зависит от Apple | Чип представлял 4-разрядный процессор с классической архитектурой ЭВМ гарвардского типа, насчитывал 2300 транзисторов и работал на тактовой частоте 750 кГц (длительность цикла команды 10,8 мкс). |
Нестандартные микроархитектуры
- Почему перевод компьютеров на ARM-процессоры — неудачная идея
- Тенденции в современной архитектуре процессоров: что ожидать
- Трассировка лучей и только 64 бита: какими будут процессоры смартфонов в 2023
- Sandy Bridge
- Intel представила APX — расширения архитектуры x86-64, которые ускорят любое ПО
- Содержание.
Читайте также:
- Публикации
- Программные продукты и системы
- Архитектура современных процессоров
- Архитектура современных процессоров.docx
- Тенденции в современной архитектуре процессоров: что ожидать
Архитектура компьютера
Чип представлял 4-разрядный процессор с классической архитектурой ЭВМ гарвардского типа, насчитывал 2300 транзисторов и работал на тактовой частоте 750 кГц (длительность цикла команды 10,8 мкс). Процессоры MIPS основаны на архитектуре RISС (reduced instruction set computing), кото-рая позволяет увеличить быстродей-ствие за счет простых коротких инструк-ций, причем одинакового размера, чтобы их выборка и декодирование про-исходили наиболее быстро. На данный момент архитектура x86 не располагает к развитию: создавать более мощные процессоры можно только за счет увеличения частоты работы процессора, объема потребления энергии. Intel отходит от X86-архитектуры, чтобы обеспечить большие вычислительные мощности и энергоэффективность. Новая архитектура называется «конфигурируемый пространственный акселератор» (CSA, Configurable Spatial Accelerator). Процессор Sapphire Rapids производится по технологическому процессу Intel 7 и включает в себя новую микроархитектуру процессорного ядра Intel Performance, которая разработана для повышения производительности и уменьшения задержек в однопоточных приложениях.
Новейшие тенденции в архитектуре процессоров
AMD не заставила себя долго ждать и уже 21 апреля ознакомила публику с тремя серверными двуядерными процессорами Opteron, а также представила новую торговую марку — Athlon 64 X2, под которой уже 9 мая были официально презентованы двуядерные процессоры для настольных ПК. Переход на двуядерную архитектуру обусловлен тем, что традиционные методы по увеличению производительности практически исчерпали себя. Из-за ряда технологических проблем темпы наращивания тактовых частот в последнее время заметно замедлились. Как видим, рост тактовых частот дается нелегко. А другие методы, такие как увеличение скорости шины и размера кэш-памяти, ощутимого прироста производительности не дают. Поэтому понятно, почему именно внедрение двуядерных процессоров оказалось наиболее логичным шагом на пути к новым вершинам быстродействия и ознаменовало начало новой эры в развитии процессорного рынка.
Что же представляет собой двуядерный процессор? На первый взгляд это просто два процессора, объединенных в общем корпусе. Но не все так просто. Во-первых, нужно различать термины «процессор» и «процессорное ядро». Во-вторых, существует проблема общих ресурсов, доступ к которым нужно распределять между двумя ядрами.
Если же посмотреть с точки зрения программного обеспечения, то двуядерный процессор система рассматривает как два независимых. Понятно, что двуядерный процессор способен одновременно выполнять два потока инструкций, в то время как обычный CPU производит вычисления строго по очереди. До этого уже была произведена попытка разделить выполняемые инструкции — речь идет о технологии Intel Hyper-Threading. Вот только в ней два «виртуальных» процессора почти во всем разделяют между собой ресурсы одного «физического» процессора кэши, конвейер, исполнительные устройства. Практически все ресурсы общие — и если они уже заняты одним из выполняющихся потоков, то второй будет вынужден ожидать их освобождения.
По сути, принцип работы процессора с Hyper-Threading похож на принцип работы многозадачной операционной системы, только происходит это не на программном, а на аппаратном уровне. Разделение потока на две части, как правило, позволяет эффективнее загрузить исполнительные устройства процессора. И при этом немного облегчить операционной системе задачу имитации множества независимых компьютеров на одном существующем процессоре. Полноценный двуядерный процессор — совсем другое дело. В этом случае система определяет действительно два «честных» процессорных ядра.
В принципе, двуядерный процессор представляет собой SMP-систему SMP — Symmetric MultiProcessing, симметричная многопроцессорная обработка; термин, обозначающий систему с несколькими равноправными процессорами. По сути своей он не отличается от обыкновенной двухпроцессорной системы, в которой установлено два независимых процессора. В результате мы получаем все преимущества двухпроцессорных систем без необходимости использования сложных и дорогих двухпроцессорных материнских плат.
Первые тесты показали, что компьютеры на M1 очень быстрые и энергоэффективные. Давайте разберёмся, в чём магия процессора M1 и стоит ли сейчас рассматривать его как рабочий инструмент. Стоит ли переходить на ноутбуки с процессорами Apple сейчас или в ближайшее время? Эта статья — разбор видеоролика, который вышел на канале Engadget. Если знаете английский, лучше посмотрите видео, а если нет — читайте нашу короткую версию.
Архитектуры процессора У процессоров есть понятие архитектуры: как в нём всё устроено, как двигаются сигналы, в каком порядке и кем обрабатываются инструкции. Представьте, что у вас на этаже живёт 100 студентов: мальчиков и девочек. Каждое утро им нужно одновременно встать, сходить в туалет, умыться и спуститься на лифте в столовую. Как организовать лифты, санузлы и комнаты, чтобы минимизировать заторы? При этом есть физические ограничения: не больше какого-то количества санузлов и только одна лифтовая шахта. В зависимости от того, как вы скомпонуете санузлы и лифты, у вас в общежитии по утрам будет либо свободно, либо час пик. Похожая проблема у разработчиков процессоров: у них есть команды разного типа, которые нужно отдавать разным обработчикам. Каждый обработчик занимает место, это место ограничено.
И нужно так разложить процессор, чтобы не было заторов, но при этом сэкономить место. Их мало, но выполняются они очень быстро. Чтобы из RISC-команд получилась полезная программа, нужно много инструкций, а для них — много памяти. Одна из фишек RISC — принцип «одна инструкция — один цикл». Цикл — это одно действие процессора. Если у вас процессор на 2 гигагерца — это 2 миллиарда действий в секунду.
Актуальная микроархитектура, основанная на ARMv8, созданная Qualcomm. Отличается расширенным набором инструкций и удлиненным конвейером. Применяется во флагманских чипах Snapdragon, например, 821. Еще одна микроархитектура, производная от архитектуры ARMv8. Используется Samsung в топовых процессорах семейства Exynos. В сравнении с базовой Cotrex A72 имеет небольшие отличия, касающиеся энергосбережения и производительности. Возможно вам будет интересно: Архитектура современных процессоров стр. Одноядерные процессоры 3. Переход к двуядерным процессорам 4. Виртуализация 5. Кратко о некоторых других технологиях 6. Будущие технологии Библиографический список Введение Процессор или центральный процессор, ЦП — это транзисторная микросхема, которая является главным вычислительным и управляющим элементом компьютера. Процессор представляет собой специально выращенный полупроводниковый кристалл, на котором располагаются транзисторы, соединенные напыленными алюминиевыми проводниками. Кристалл помещается в керамический корпус с контактами. В первом процессоре компании Intel — i4004, выпущенном в 1971 году, на одном кристалле было 2300 транзисторов, а в процессоре Intel Pentium 4, выпущенном 14 апреля 2003 года, их уже 55 миллионов. Современные процессоры изготавливаются по 0,13-микронной технологии, то есть толщина кристалла процессора, составляет 0,13 микрон. Для сравнения — толщина кристалла первого процессора Intel была 10 микрон. Рисунок 1 — принципиальная схема процессора Управляющий блок — управляет работой всех блоков процессора. Арифметико-логический блок — выполняет арифметические и логические вычисления. Регистры — блок хранения данных и промежуточных результатов вычислений — внутренняя оперативная память процессора. Блок декодировки — преобразует данные в двоичную систему. Блок предварительной выборки — получает команду от устройства клавиатура и т. Кэш-память или просто кэш 1-го уровня — хранит часто использующиеся инструкции и данные. Кэш-память 2-го уровня — хранит часто использующиеся данные. Блок шины — служит для ввода и вывода информации. Эта схема соответствует процессорам архитектуры P6. В процессорах Pentium 4 кэш 1-го уровня поделен на две части — кэш данных и кэш команд. Существует два типа тактовой частоты — внутренняя и внешняя. Внутренняя тактовая частота — это тактовая частота, с которой происходит работа внутри процессора. Внешняя тактовая частота или частота системной шины — это тактовая частота, с которой происходит обмен данными между процессором и оперативной памятью компьютера. До 1992 года в процессорах внутренняя и внешняя частоты совпадали, а в 1992 году компания Intel представила процессор 80486DX2, в котором внутренняя и внешняя частоты были различны — внутренняя частота была в 2 раза больше внешней. В современных процессорах, например, при тактовой частоте процессора 3 ГГц, частота системной шины 800 МГц. Для чего предназначены дополнительные наборы команд? В первую очередь — для увеличения быстродействия при выполнении некоторых операций. Одна команда из дополнительного набора, как правило, выполняет действие, для которого понадобилась бы небольшая программа, состоящая из команд основного набора. Опять-таки, как правило, одна команда выполняется процессором быстрее, чем заменяющая ее последовательность. Таким образом, упомянутая выше проверка программой поддержки дополнительных наборов команд процессором, должна выполнять очень простую функцию: если, например, процессор поддерживает SSE — значит, считать будем быстро и с помощью команд из набора SSE. Если нет — будем считать медленнее, с помощью команд из основного набора. Корректно написанная программа обязана действовать именно так. Впрочем, сейчас практически никто не проверяет у процессора наличие поддержки MMX, так как все CPU, вышедшие за последние 5 лет, этот набор поддерживают гарантированно. Для справки приведем таблицу, на которой обобщена информация о поддержке различных расширенных наборов команд различными десктопными предназначенными для настольных ПК процессорами. Во всяком случае, так принято считать — хотя на самом деле еще в 1968 году инженеры Рэй Холт и Стив Геллер создали подобную универсальную микросхему SLFдля бортового компьютера истребителя F-14. Первый процессор работал на частоте 750 кГц. Сегодняшние процессоры от Intelбыстрее своего прародителя более чем в десять тысяч раз Тактовая частота — это то количество элементарных операций тактов , которые процессор может выполнить в течение секунды. Еще недавно этот показатель был для пользователей не то, что самым важным — единственным значимым! Многие пользователи пытались «разогнать» свой процессор при помощи специальных программ. Впрочем, частота процессоров и безо всякого разгона возрастала в геометрической прогрессии — в полном соответствии с так называемым «законом Мура» в свое время Гордон Мур предсказал, что каждые полтора года частота микропроцессоров будет удваиваться вместе с числом транзисторов на кристалле. Этот принцип успешно работал вплоть до 2004 г. Ведь размеры транзисторов «ужимать» до бесконечности нельзя. Уже сегодня процессоры производятся по 65-наномикронной технологии технология 65 нанометров , а толщина «подложки» транзисторов не превышает 1 нм всего 5 атомов. В ближайшие годы размеры транзисторов могут сократиться до 22 нм, что близко к физическому пределу. Одновременно с уменьшением размеров транзисторов резко возрастает количество тепла, которое выделяет работающий процессор — например у последних моделей Pentiumтепловыделение составляет около 120 ватт что соответствует двум бытовым электролампам! Этот 16-битный процессор мог работать с 1 Мбайт памяти по внешней 20-битной адресной шине. Первые ПК использовали производную процессора 8088, которая имела всего 8-битную внешнюю шину данных. Что интересно, системы управления в американских шаттлах используют процессоры 8086, и NASA пришлось в 2002 году покупать процессоры через eBay, поскольку Intel их больше не производила. Таблица 2 Характеристики 8086 80286: 16 Мбайт памяти, но всё ещё 16 битов Выпущенный в 1982 году, процессор 80286 был в 3,6 раза быстрее 8086 на той же тактовой частоте. Он мог работать с памятью объёмом до 16 Мбайт, но 286 всё ещё оставался 16-битным процессором. Он стал первым процессором x86, оснащённым диспетчером памяти memory management unit, MMU , который позволял работать с виртуальной памятью. Подобно 8086, процессор не содержал блока работы с плавающей запятой floating-point unit, FPU , но мог использовать чип-сопроцессор x87 80287. Intel выпускала 80286 на максимальной тактовой частоте 12,5 МГц, хотя конкурентам удалось добиться 25 МГц. Таблица 3 Характеристики 8026 386: 32-битный и с кэш-памятью Intel 80836 стал первым процессором x86 с 32-битной архитектурой. Вышло несколько версий этого процессора. Две наиболее известные: 386 SX Single-word eXternal , который использовал 16-битную шину данных, и 386 DX Double-word eXternal с 32-битной шиной данных. Можно отметить ещё две версии: SL, первый процессор x86 с поддержкой кэша внешнего и 386EX, который использовался в космической программе например, телескоп «Хаббл» использует этот процессор. Архитектура компьютера — Википедия Материал из Википедии — свободной энциклопедии Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 января 2019; проверки требуют 5 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 5 января 2019; проверки требуют 5 правок. Архитектура связана с программными аспектами. Аспекты реализации например, технология, применяемая при реализации памяти не являются частью архитектуры[1]. Выделяют несколько уровней организации компьютера компьютерной архитектуры , от двух и более:[1] Схема, иллюстрирующая многоуровневую структуру компьютера Уровень 0 Цифровой логический уровень, это аппаратное обеспечение машины, состоящий из вентилей. Электронные схемы исполняют машинно-зависимые программы. Совокупность регистров процессора формирует локальную память. Уровень 2 Уровень архитектуры системы команд, трансляция ассемблер. Уровень 3 Уровень операционной системы, трансляция ассемблер. Это гибридный уровень: одна часть команд интерпретируется операционной системой, а другая — микропрограммой. Уровень 4 Уровень языка ассемблера, трансляция компилятор. Четвертый уровень и выше используется для написания прикладных программ, с первого по третий — системных программ. Программы в удобном для человека виде транслируются на язык уровней 1-3. Уровень 5 Язык высокого уровня. Программы на языках высокого уровня транслируются обычно на уровни 3 и 4. Первая документально оформленная компьютерная архитектура находилась в переписке между Чарльзом Бэббиджем и Адой Лавлейс, описывающим механизм анализа. При создании компьютера Z1 в 1936 году Конрад Цузе описал в двух патентных заявках свои будущие проекты. Термин «архитектура» в компьютерной литературе можно проследить до работы Лайла Р. Джонсона, Фридриха П. Брукса-младшего и Мохаммада Усмана-хана. Все они были членами отдела машинной организации в основном исследовательском центре IBM в 1959 году. У Джонсона была возможность написать собственное исследовательское сообщение о суперкомпьютере Stretch, разработанном IBM в Лос-Аламосской национальной лаборатории в то время известном как Лос-Аламос Научная лаборатория. Чтобы описать уровень детализации для обсуждения роскошно украшенного компьютера, он отметил, что его описание форматов, типов команд, аппаратных параметров и улучшений скорости было на уровне «системной архитектуры» — термин, который казался более полезным, чем «машинная организация». Впоследствии Брукс, дизайнер стретч, начал главу 2 книги «Планирование компьютерной системы: проект Stretch», изд. Buchholz, 1962 , написав: «Компьютерная архитектура, как и другая архитектура, — это искусство определения потребностей пользователя структуры, а затем проектирования для максимально эффективного удовлетворения этих потребностей в рамках экономических и технологических ограничений. Позже прототипы компьютерной архитектуры были физически построены в виде транзисторно-транзисторной логической системы TTL , такой как прототипы 6800 и испытанного PA-RISC, и исправлены, прежде чем перейти к окончательной аппаратной форме. Начиная с 1990-х годов, новые компьютерные архитектуры обычно «строятся», тестируются и настраиваются внутри какой-либо другой компьютерной архитектуры в симуляторе компьютерной архитектуры; или внутри ПЛИС в качестве мягкого микропроцессора; Или оба — перед тем, как совершить окончательную аппаратную форму.
Без внедрения конвейеризации процесс будет происходить следующим образом: пока один покупатель не пройдет все три такта на кассе — следующий будет ждать. То есть, пока один покупатель не сложит свой оплаченный товар в пакет, другой не начнет выкладывать свой товар на ленту. Но если внедрить конвейеризацию, то все будет происходить по-другому. Первый покупатель выкладывает товар на ленту и переходит ко второму такту — оплате через терминал. Пока он оплачивает, второй покупатель начинает выкладывать товар на ленту. Первый покупатель оплачивает товар и начинает складывать его в пакет. Пока он это делает, второй покупатель начинает оплачивать свой товар через терминал, а третий уже начинает выкладывать свой товар на ленту. Точно так же происходит и с инструкциями в процессорах с архитектурой RISC. Кстати, в 2020-м году с большим отрывом по производительности среди всех суперкомпьютеров мира победил суперкомпьютер, который использовал в качестве своей «начинки» ARM-процессоры с архитектурой RISC. Может возникнуть резонный вопрос: «Если архитектура RISC настолько хороша и работает быстрее, то почему ее не применяют во всех современных компьютерах? Объясняется все очень просто: исторически так сложилось. То есть до какого-то времени в компьютерах применяли только архитектуру CISC, а это значит, что все старые и многие новые программы были написаны именно для этой архитектуры и они не будут работать в RISC. Огромное количество такого ПО является проприетарными программами, а это значит, что, для того чтобы они заработали в RISC — этого должны захотеть их создатели и, соответственно, их переделать. В итоге получается, что если сейчас использовать компьютер с RISC-процессором, то для него будет очень ограниченное количество программного обеспечения, что доставит массу неудобств пользователям. Поэтому смену архитектуры разом должны захотеть и производители процессоров, и производители ПО.
Архитектура современных процессоров
По данным пользователя Broly_X1 появление процессоров на новой архитектуре стоит ждать ближе к 4 кварталу 2022 года, а анонс произойдет осенью. По данным “Moore’s Law is Dead” Zen 4 увидит свет в третьем квартале следующего года. Суперскалярные процессоры – это реализация ILP-процессора для последовательных архитектур – архитектур, программа для которых не должна передавать и, фактически, не может передавать точную информацию о параллелизме. Компания Apple, с ее переходом к собственным процессорам на архитектуре ARM в компьютерах Mac, представляет яркий пример того, как эффективно можно использовать эту архитектуру в высокопроизводительных системах.
У процессора есть:
- Архитектура и микроархитектура процессора в чем разница
- Навигация по записям
- Определение понятий «архитектура» и «микроархитектура» процессора.
- Архитектура современных процессоров (стр. 1 из 3)
- Как устроен процессор
- Как работает процессор и что важно знать? |
Архитектуры процессоров: сравнение различных типов архитектур и их влияние на производительность.
При этом каждая из этих подсистем минимизируется отдельно, а функции, составляющие их, совместно. После получения минимизированных описаний схем, заданных в виде совокупности взаимосвязанных формул разложения Шеннона либо двухоперандных логических уравнений, соответствующих булевым сетям, осуществляется синтез логических схем в одной и той же библиотеке проектирования заказных цифровых сверхбольших интегральных схем, выполненных по КМОП СБИС комплементарной метал-оксид-полупроводник технологии. Полученные логические схемы сравниваются по площади кристалла и по быстродействию временной задержке. Были проведены эксперименты на 39 промышленных примерах схем. Pезультаты показали конкурентоспособность и целесообразность использования на практике всех трех рассмотренных подходов. Улучшение параметров схем площадь, временная задержка при выделении из исходной системы связанных подсистем достигается за счет того, что каждая выделенная подсистема минимизируется на основе разложений Шеннона по своей для каждой подсистемы перестановке переменных разложения. При этом для одной половины схем более эффективным является минимизация многоуровневых представлений на основе разложений Шеннона для исходных матричных описаний систем функций, а для другой — на основе разложений Шеннона систем функций, представленных в виде логических уравнений. Практическая значимость проведенного исследования заключается в том, что использование разработанной программы, реализующей предложенный алгоритм выделения подсистем булевых функций, позволяет во многих случаях сокращать площадь и увеличивать быстродействие функциональных блоков заказных КМОП СБИС. Abstract: The paper presents experimental results obtained from studying the effectiveness of programs for minimizing multilevel algebraic representations of Boolean function systems performed in combinational circuit synthesis. The resulting minimized logical descriptions are presented as Shannon expansion formulas or formulas defining Boolean networks. Three approaches are investigated: joint minimization of multilevel representations of Boolean function systems; separate minimization; selection of connected subsystems from an original system, where each connected subsystem is minimized separately, however functions that make up each subsystem are minimized together.
Процессоры Intel известны своей высокой производительностью и широкими возможностями. Другим важным производителем является AMD. Они также производят процессоры с архитектурой x86, но последние годы они активно развивают свою собственную архитектуру Zen. Процессоры AMD на основе архитектуры Zen предлагают отличную производительность по доступной цене и достаточно широко применяются в настольных компьютерах и серверах. Однако, существуют и другие архитектуры процессоров, которые используются в специализированных системах. Например, ARM — архитектура, разработанная для использования в мобильных устройствах, таких как смартфоны и планшеты. Процессоры на базе архитектуры ARM потребляют меньше энергии и отличаются низкой стоимостью, что делает их предпочтительными в мобильных устройствах. Также стоит отметить и архитектуру Power, разработанную компанией IBM.
Она применяется в серверах и суперкомпьютерах, где требуется высокая производительность и возможность обработки больших объемов данных. В итоге, каждый производитель процессоров предлагает свои собственные архитектуры, со своими преимуществами и особенностями. Выбор архитектуры процессора влияет на общую производительность компьютера и его способность выполнять определенные задачи. Архитектура процессора и энергопотребление компьютера Архитектура процессора играет ключевую роль в энергопотреблении компьютера. Различные архитектурные решения оказывают влияние на энергоэффективность работы процессора. Одним из факторов, влияющих на энергопотребление, является количество ядер и потоков процессора. Многоядерные процессоры имеют большую производительность, но потребляют больше энергии по сравнению с одноядерными процессорами.
По некоторым данным правда, официального подтверждения на этот счет нет , процессоры Lynnfield и Havendale будут оснащены двухканальным контроллером памяти. Следующая особенность процессоров Nehalem заключается в том, что на кристалле процессора расположен разделяемый между всеми ядрами кэш L3. Для процессора Bloomfield размер кэша L3 составит 8 Мбайт.
Отметим, что в некоторых моделях процессоров Nehalem предположительно в процессорах для ноутбуков кэш L3 может отсутствовать. Напомним, что в процессорах с архитектурой Intel Core используется разделяемый между всеми ядрами кэш L2. В процессорах с архитектурой Nehalem кэш L2 не является разделяемым и находится в эксклюзивном применении каждого ядра процессора, но зато появился разделяемый кэш L3. В процессоре Bloomfield каждому ядру процессора отводится кэш L2 размером 256 Кбайт. Еще одна особенность процессоров на базе микроархитектуры Nehalem заключается в том, что вместо шины FSB, которая ранее использовалась для связи процессора с чипсетом, теперь применяется принципиально иной интерфейс, называемый Intel QuickPath Interconnect QPI. Эта новая шина увеличивает скорость передачи данных в 4-8 раз в сравнении с шиной FSB. Естественно, на кристалле процессора также располагается контроллер шины QPI. Шина QPI используется для связи процессора с чипсетом и для связи процессоров друг с другом в случае многопроцессорных конфигураций. QPI является последовательной, высокоскоростной двунаправленной шиной. Ее ширина в каждую сторону передача и прием составляет по 20 бит 20 отдельных пар линий , при этом 16 бит отводится для передачи данных, две линии зарезервированы для передачи служебных сигналов и еще две — для передачи кодов коррекции ошибок CRC.
C учетом еще двух пар линий, применяемых для синхронизации сигналов одна на прием и одна на передачу , получаем, что шина QPI состоит из 42 пар линий, то есть является 84-контактной. Вместо этого будет применяться термин «трансферы в секунду», то есть количество передач запакетированных данных по шине в секунду. Вообще, нужно отметить, что архитектура процессора Nehalem подразумевает модульную двухуровневую структуру рис. На одном уровне уровень Core Logic располагаются ядра процессора, количество которых, как уже отмечалось, может варьироваться от двух до восьми. На другом уровне уровень Uncore Logic находятся такие компоненты процессора, как L3-кэш, контроллер памяти и интерфейсы QPI. Причем компоненты уровня Core Logic, то есть ядра процессора, и компоненты уровня Uncore Logic электрически и по частоте независимы друг от друга. Это означает, что компоненты уровня Uncore Logic не синхронизованы по частоте с ядрами процессора, то есть кэш L3 будет работать на частоте, отличающейся от частоты работы ядер процессора и соответственно кэшей L1 и L2. Пока частоту работы элементов Ucore Logic компания Intel держит в секрете. Известно лишь, что все компоненты уровня Uncore Logic контроллер памяти, кэш L3 и шина QPI будут работать на одной частоте. Пока что известно лишь то, что максимальная частота работы компонентов Uncore Logic составит 2,8 ГГц, а максимальная частота ядер процессора — 3,2 ГГц.
Двухуровневая структура процессора Nehalem При этом ожидается, что пользователю будет предоставлена возможность через настройки BIOS разгонять по частоте элементы Uncore Logic, но разгон будет производиться синхронно для всех элементов уровня. Также это означает, что каждый процессор будет ориентирован на использование только одного типа памяти. То есть если процессор поддерживает память DDR3-1066, то с ним, в принципе, можно будет использовать и менее скоростную память, но в этом случае понизится частота и всех остальных компонентов уровня Uncore Logic. Вот такой «зоопарк» получится. Кроме того, в некоторые модели процессоров Nehalem также будет интегрироваться графический контроллер, который ранее, так же как и контроллер памяти, встраивался в северный мост чипсета. Причем в новые процессоры будет интегрироваться тот самый графический контроллер, который имеется сегодня у Intel. Естественно, название у графического контроллера будет другое, но никаких конструктивных изменений в его архитектуре пока не произойдет. Правда, нужно иметь в виду, что если ранее графический контроллер был составной частью северного моста чипсета и выполнялся как и сам чипсет по 90-нм техпроцессу, то теперь он станет составной частью процессора и, как и сам процессор, будет выполняться по 45-нм техпроцессу. По всей видимости, это позволит увеличить тактовую частоту графического ядра, а следовательно, и производительность интегрированной графики. Однако официально подтвержденных данных на этот счет пока нет.
Но и это еще не всё. Процессоры Nehalem будут поддерживать технологию многопоточной обработки Simultaneous Multi-Threading, которая известна под названием Hyper-Threading. Напомним, что данная технология использовалась еще в процессорах Intel Pentium 4 с микроархитектурой NetBurst, однако в процессорах c микроархитектурой Intel Core она отсутствовала. С учетом технологии Hyper-Threading операционная система будет позиционировать двухъядерный процессор Nehalem как четыре отдельных логических процессора или ядра, а четырехъядерный — как восемь отдельных логических процессоров. В процессорах на базе микроархитектуры Nehalem повышена эффективность выполнения команд по сравнению с процессорами на базе микроархитектуры предыдущего поколения, что позволяет выполнять вычисления без избыточной конвейерной обработки данных. В микроархитектуре Nehalem реализован набор инструкций SSE4. Все компоненты новой микроархитектуры Nehalem разрабатывались с учетом эффективности энергопотребления. То есть в процессорах Nehalem реализованы только энергоэффективные функции. Ну и еще одна инновационная особенность новой микроархитектуры Nehalem заключается в новом подходе к управлению питанием. Сегодня увеличение числа ядер процессора не приводит к возрастанию эффективности работы приложений, которые не поддерживают обработку нескольких потоков.
В данном случае страдает и энергоэффективность, поскольку при выполнении однопоточных приложений применяется только одно ядро многоядерного процессора, а незадействованные ядра «греются» впустую. Микроархитектура Nehalem предусматривает инновационную систему управления питанием и тактовой частотой загруженных и простаивающих ядер, которая позволит в значительной степени сократить расход энергии незадействованными в обработке приложений ядрами, обеспечивая тем самым низкий уровень энергопотребления процессора. Кроме того, подобная система управления питанием позволяет повысить эффективность работы операционной системы и приложений. Ядро процессора на базе микроархитектуры Nehalem Рассмотрев в общих чертах особенности новой микроархитектуры Nehalem и процессора Bloomfield, давайте более детально ознакомимся с особенностями ядра процессора на базе микроархитектуры Nehalem. Новая микроархитектура Nehalem пор сути является развитием микроархитектуры Intel Core, то есть это своего рода улучшенный вариант микроархитектуры Intel Core. Дабы разобраться с тем, какие улучшения были сделаны в микроархитектуре Nehalem в сравнении с архитектурой Intel Core, напомним принцип работы вычислительного ядра процессора на базе микроархитектуры Intel Core. Вычислительное ядро процессора на базе микроархитектуры Intel Core При работе ядра процессора на базе микроархитектуры Intel Core инструкции x86 выбираются из кэша инструкций L1 Instruction Сache размером 32 Кбайт рис. Команды загружают из кэша блоками фиксированной длины, из которых выделяются инструкции, направляемые на декодирование.
Его мощности хватало не только для гейминга с высокой частотой кадров на ультрах, но и для профессиональной работы в тяжелых творческих приложениях. Рост производительности был связан с увеличением IPC — количеством инструкций, который ЦП мог выполнять за один такт вычислений. Это позволило без повышения частоты и нагрева значительно увеличить скорость работы моделей Rocket Lake. Также за повышение мощности отвечал новый контроллер памяти. Он увеличивал пропускную способность ОЗУ и позволял новым ЦП стабильно работать с высокочастотными модулями оперативной памяти. Количество линий для работы с комплектующими увеличилось с 16 до 20. Последним крупным изменением стала поддержка технологии Resizable BAR. Эта разработка от компании NVIDIA, которая позволяла процессору напрямую работать с видеопамятью графического ускорителя. Раньше ЦП обращались к видеопамяти через специальный буфер, что снижало производительность в играх. Alder Lake С выходом первого поколения компания Intel доминировала на рынке центральных процессоров. Ее главный конкурент в лице AMD не мог даже приблизится по мощности к продукции Intel, но в 2019 году это изменилось. Это стало возможным благодаря большему количеству ядер. У Ryzen 9 3900X их было 16, а у Core i9-9900K — всего 8. Чтобы снова выйти в лидеры, компания Intel добавила технологию многопоточности в десятое и одиннадцатое поколение, но этого было мало. Она опережала все модели Intel не только в профессиональных задачах, но и в играх, где раньше AMD всегда проигрывала. Инженеры Intel поняли, что единственный способ вернуть лидерство — увеличить количество ядер. На деле это очень сложная задача, так как внутри процессоров очень мало места. Инженерам не хватало свободного пространства, поэтому увеличить количество ядер они не могли. Компания AMD успешно решила эту проблему, разработав технологию чиплетов. С ее помощью она выпускала относительно недорогие многоядерные ЦП. У Intel похожих разработок не было, а на их изучение могло уйти много лет. Возвращать лидерство нужно было как можно скорее, и инженеры придумали добавлять в процессоры не большие ядра, которые занимали много места, а маленькие. Тогда свободного пространства хватит для всех. Пусть маленькие ядра будут не очень мощные, но если их окажется много, то это компенсирует разницу в производительности. Идея оказалось отличной, и в 2021 году компания Intel выпускает двенадцатое поколение под названием «Alder Lake». Ее главная особенность — использование двух типов ядер. Первые — производительные P-Core. Вторые — энергоэффективные E-Core. Данную идею компания Intel подсмотрела у производителей ЦП для смартфонов и планшетов. В этих устройствах уже давно используются два типа ядер. Архитектура Alder Lake получилась гибридной. Производительные ядра Intel строились по архитектуре «Golden Cove», а энергоэффективные — по «Gracemont». Причем они обе были совершенно новые, созданные по 10-нанометровому техпроцессу. Чтобы ядра эффективно распределяли нагрузку между собой, инженеры разработали Thread Director — микроконтроллер, который устанавливался внутри ЦП. Он анализировал степень загрузки ядер и их рабочую температуру. Затем контроллер передавал данные операционной системе, и она решала, какие ядра на какие задачи направить. К примеру, на компьютере запускается требовательная видеоигра. Система понимает это и направляет производительные ядра на ее обработку, а фоновые задачи, которым не нужно много мощности, будут переключены на энергоэффективные. Благодаря увеличенному количеству ядер, гибридной архитектуре и микроконтроллеру Thread Director, поколение Alder Lake оказалось намного мощнее предыдущего. Но, понимая, что многие пользователи еще не перешли на новый тип ОЗУ, инженеры добавили в новые ЦП сразу два контроллера памяти. Большие изменения в архитектуре привели к новому сокету LGA 1700, который сильно отличался своей формой. Если раньше гнездо для установки ЦП на материнской плате было квадратным, то теперь оно становилось прямоугольным.
Современные процессорные архитектуры
Спецификации и стоимость производственного узла определят для архитекторов, в какой области они будут создавать микросхемы, бюджет на количество транзисторов и время разработки, которое им потребуется для создания новых конструкций ЦП. рассмотрение основных характеристик современных процессоров; - выделение особенностей современных процессоров. Начав с высокоуровневого кода, мы узнали, как он компилируется в язык ассемблера и далее – в бинарные инструкции, с которыми работает процессор. Мы заглянули в архитектуру процессоров и поняли, как они обрабатывают инструкции.