Микроархитектура Intel нового поколения

На прошедшем в середине октября ежегодном московском форуме для разработчиков Intel Developer Forum традиционная завеса секретности, плотно окружающая все перспективные разработки корпорации, была немного приоткрыта над одной из самых интригующих новинок 2006 г. — новой процессорной микроархитектурой Intel.

Как известно, используемая сегодня в процессорах серии Pentium 4 и Xeon архитектура NetBurst была разработана Intel еще в 90-х годах прошлого века и фокусировалась прежде всего на достижении максимальных тактовых частот — основном, как тогда казалось, способе повышения процессорной производительности. Однако в последние несколько лет эта архитектура практически полностью исчерпала возможности дальнейшего роста и развития, а зависимость производительности процессора от его частоты из-за ограничений современных производственных процессов превратилась из блага в один из главнейших недостатков, обернувшись чрезмерным тепловыделением быстрых кристаллов.

Вместе с тем в начале этого века Intel выпустила на рынок платформу Centrino и соответствующий процессор с новой, принципиально отличной от NetBurst микроархитектурой. Дальнейшее развитие событий показало, что семейство Pentium M (именно так окрестили новый мобильный процессор) оказалось чрезвычайно эффективным решением как по параметрам энергосбережения, так и по быстродействию. Однако его проникновение на рынок настольных систем и серверов стандартной архитектуры затруднено, прежде всего в силу высоких экономических издержек для производителей платформ. Впрочем, отдельные попытки наладить выпуск настольных систем и даже серверов на базе Pentium M периодически предпринимаются разными компаниями.

Очевидное решение, к которому в конце концов и прибегли в Intel, — использовать все лучшее, что есть в обеих микроархитектурах, для разработки нового решения, отвечающего и сегодняшним, и будущим потребностям пользователей.

Согласно данным корпорации, новая процессорная микроархитектура в самом обобщенном виде представляет собой конгломерат технологий и технических решений, разработанных в рамках проектов семейства Pentium 4/Xeon и Pentium M. От первой ветви планируется заимствовать высокопроизводительную системную шину, 64-разрядную технологию расширения доступной физической памяти EM64T, а также ряд других технологий, подробный перечень которых пока не сформирован окончательно. От второй — все, что так или иначе связано с оптимизацией энергоснабжения и снижением уровня тепловыделения кристаллов.

Важная особенность новой микроархитектуры состоит в том, что она будет единой для всех трех потребительских секторов — серверов, настольных и мобильных ПК. В зависимости от того, для решения каких задач будет предназначен процессор, в ядро будут вноситься лишь небольшие оптимизирующие изменения.

На данный момент о конкретных технических характеристиках новой микроархитектуры известно не так уж много. В первую очередь, в процессорах предполагается реализовать новый высокопроизводительный механизм внеочередного исполнения инструкций (out-of-order) с возможностью исполнения четырех инструкций за один такт. Кроме того, будут увеличены объемы буферов и использован конвейер с 14 ступенями. Предполагается значительно расширить возможности системы в области управления энергоснабжением и оптимизации энергопотребления. Определенные изменения ожидаются в подсистеме работы с памятью — улучшенный механизм упреждающей выборки позволит снизить или вовсе устранить противоречия доступа к данным. Наконец, в свете грядущей повсеместной многоядерности модернизации подвергнется подсистема кэш-памяти: кэш 2-го уровня будет совместно используемым, при этом объем кэша, доступный тому или иному ядру, будет динамически меняться в зависимости от потока данных и потока команд, обрабатываемых этим ядром. Будет серьезно повышена и пропускная способность кэш-памяти второго уровня. Кроме того, планируется реализовать прямую передачу данных между кэш-памятью 1-го уровня процессорных ядер.

Согласно оценкам Intel, все реализованные нововведения позволят новым процессорам более чем в два раза превзойти по производительности существующие сегодня системы в случае прямого тестового сравнения. При оценке эффективности с помощью шкалы «производительность/Ватт», характеризующей эффективность вычислительного процесса по отношению к потребляемой им электроэнергии, выигрыш еще более впечатляющий — 3,5 раза.

По заведенной традиции Intel не оглашает ни названий новых технологий, ни имен продуктов, разрабатываемых на их основе, до момента официального представления, так что как именовать новую процессорную микроархитектуру и ее основные компоненты, пока неясно. Впрочем, уже достаточно давно известны кодовые имена первых процессоров, которые должны быть спроектированы на ее базе, — это процессор Merom для мобильных решений, Conroe для настольных систем, Woodcrest для двухпроцессорных серверов на базе Xeon DP и Tigerton для многопроцессорных серверов на базе Xeon MP. Первые три кристалла должны увидеть свет в начале 2006 г., последний годом позже — в 2007-м. На данный момент о них известно следующее: все процессоры будут изготавливаться по 65-нм технологическим нормам, Merom, Conroe и Woodcrest будут двухъядерными, Tigerton — четырехъядерным. Система энергоснабжения процессора Merom будет оптимизирована для использования в мобильных компьютерах, его ориентировочная рассеиваемая мощность не превысит 25 Вт. Расчетная мощность процессора Conroe — 65 Вт; у кристаллов Woodcrest и Tigerton она будет на 40% ниже аналогичных показателей сегодняшних кристаллов Xeon. Процессоры Conroe, Woodcrest и Tigerton будут поставляться с двумя различными объемами кэш-памяти 2-го уровня. И, наконец, Woodcrest и Tigerton будут поддерживать многопроцессорные конфигурации — первый до двух процессоров в системе, второй — до восьми.