Centrino Duo и все-все-все. Часть первая: процессор Core

Одно ядро хорошо, а два – лучше!
Народная мудрость.

Если для настольных компьютеров двуядерные процессоры были доступны уже достаточно давно, то на ноутбуках эти достижения современных технологий до сих пор места не находили. Тому были объективные причины, главная из которых – недопустимо высокие энергопотребление и тепловыделение существовавших ранее образцов.

И вот, наконец, наступил праздник на улице любителей мобильного образа жизни – появился новейший двуядерный процессор, специально разработанный для использования в ноутбуках.

Давно ожидаемая новая версия платформы Centrino была официально представлена в начале января, а буквально недавно прошла российская презентация кардинально обновлённой платформы.

Новый процессор: ядро Yonah

Внешне новинка не особенно отличается от привычного Pentium M. Новый процессор содержит 151,6 млн. транзисторов (предшественник, Pentium M на ядре Dothan, содержит около 140 млн.), площадь кристалла составляет 90,3 мм 2 против 83,6 мм 2 у Dothan. На глаз эта разница практически незаметна, в том числе потому, что кристалл развёрнут на 90 градусов.

Несмотря на то, что процессор имеет те же 478 ножек, что и Pentium M, электрически сокеты несовместимы. А чтобы подчеркнуть эту разницу, процессоры сделаны несовместимыми и механически – для этого производитель изменил положение ключа (отсутствующей ножки). Так что у пользователя при всём желании не получится сжечь процессор, установив его в неподходящую материнскую плату.

Процессор Core изготавливается по новому технологическому процессу 65 нм, собственно, отсюда и столь незначительное отличие площади кристалла.

Архитектура

Самое интересное, что специалистам компании Intel удалось сделать этот CPU не только «тихим» и «холодным», но и превосходящим настольные двуядерные решения по части архитектуры. Взгляните на диаграммы сегодняшних двуядерных решений Intel и AMD, предназначенных для десктопов – Pentium D и Athlon 64 X2:

При всей несхожести архитектур ядер, оба процессора имеют одну общую черту – одинаково реализованную двуядерность: каждое ядро имеет собственный кэш второго уровня (до 2048 Кбайт на каждое ядро у Pentium D 9xx и до 1024 Кбайт у Athlon 64 X2), а для связи ядер используется внутренняя шина (в случае Pentium D передача данных между ядрами возможна и через FSB). Разумеется, решение не самое удобное в том случае, когда одному ядру надо получить данные, содержащиеся в кэше другого ядра – ведь нередко ядра работают над одной и той же задачей, просто выполняя разные её части. Отсюда неминуемые задержки в доступе к информации, а также такие неприятности, как простой одного из ядер по той причине, что его кэш полностью заполнен данными, которые всё ещё нужны второму ядру.

Логичное решение этой проблемы – использование общей кэш-памяти. И именно таким образом работает Core Duo.

Интересно, что в настольных двуядерных процессорах появление этого крайне приятного удобства – общего кэша – ожидается лишь во втором полугодии. А вот пользователям мобильных компьютеров оно уже доступно!

Коль скоро мы разобрались с реализацией двуядерности, посмотрим и на остальные технические характеристики в сравнении с предшественником. Благо, отличия имеются.

Перечислим наиболее важные отличия (не считая двуядерности, которую мы уже обсудили):

• Тактовые частоты пока не выросли и даже наоборот ­– слегка поуменьшились. Конечно, через некоторое время будут представлены новые модели процессоров, сначала с тактовой частотой 2,33 ГГц, а потом, возможно, и 2,5 ГГц. А там уже и до следующей версии Centrino недалеко...
• По сравнению с Pentium M, частота FSB выросла на 133 МГц и составила 667 МГц – практически 666. Интересно, что этой «дьявольской» частоты FSB при очередном изменении модельного ряда Pentium 4 аккуратно избежали, сразу перейдя на 800 МГц. Наверняка маркетологи Intel решили не нервировать покупателей ::)
• Наконец-то добавилась поддержка последнего, третьего набора инструкций SIMD Streaming Instructions. Напомним, SSE представляет собой расширение стандартных инструкций x86, предназначенное для повышения скорости обработки мультимедийных данных. SSE3 добавляет к функциональности более ранних наборов SSE и SSE2 дополнительные 13 новых инструкций, разработанных для увеличения скорости в играх и мультимедиа-приложениях.
• Вместе с шиной FSB выросла тактовая частота процессора в режиме минимального потребления энергии. Эта частота задается фиксированным коэффициентом 6, не зависящим от номинальной частоты процессора. Таким образом, Core работает на 1000 МГц, тогда как Pentium M работал на частоте 800 МГц (600 МГц для ядра Banias).

Как видим, производители сделали неплохой «бонус» к двуядерности. Все эти нововведения позволяют с уверенностью полагать, что производительность нового процессора будет выше, чем у предшественника, даже в задачах, никоим образом не использующих многопоточность. Впрочем, на второе ядро всегда можно «скинуть» как минимум какие-нибудь фоновые процессы, так что двуядерность, как ни крути, штука беспроигрышная. В итоге – новый, более производительный CPU с передовой архитектурой, поддержкой новых технологий и неплохими скоростными характеристиками. Но это только одна сторона «медали Centrino», теперь же мы перейдём ко второй – пожалуй, более примечательной стороне...

Энергопотребление

Самое важное достижении технологии Centrino – низкое энергопотребление. И в новой версии платформы ему уделено не меньшее (если не большее) внимание. Естественно, Core поддерживает технологию Enhanced SpeedStep, позволяющую «на лету» изменять тактовую частоту процессора и напряжение на ядре в зависимости от необходимой на данный момент производительности. Но это ещё далеко не всё – в новом процессоре реализован и ряд других, не менее интересных и полезных энергосберегающих технологий, таких, например, как Dynamic Power Coordination. Суть этой технологии в том, что ядра могут независимо друг от друга менять энергопотребление в зависимости от текущей нагрузки на процессор. В том числе, возможна ситуация, когда одно ядро работает, а другое находится в состоянии Deep Sleep, в котором потребление энергии близко к минимальному.

Фактически, получается, что второе ядро вовсе не означает двухкратного увеличения энергопотребления и тепловыделения, ведь оно работает только тогда, когда это действительно нужно. Компания Intel называет это красивой и ёмкой фразой Dual-Core Performance on Demand – «производительность двуядерного процессора по требованию». Получается очень удобно: с одной стороны, в случае необходимости процессор может потреблять мало энергии, работая в «одноядерном режиме», а с другой стороны, способен мгновенно перейти в режим высокой производительности, задействовав второе ядро.

Теперь перейдем к еще одной важной технологии, позволяющей увеличить время работы от аккумулятора. Если вы посмотрите на фото процессора, то увидите, что кэш занимает примерно 35-40% площади ядра. Естественно, и энергии он потребляет немало. Поэтому одной из задач инженеров Intel стала минимизация потребления этой части процессора. И с этой задачей они успешно справились, разработав технологию Dynamic Cache Sizing – «динамическое изменение размера кэш-памяти». Работает эта технология просто – отключает простаивающие блоки кэш-памяти.

И даже более того, если информация, содержащаяся в кэше, в течение какого-то времени не используется, то она переносится в оперативную память, а блоки кэша опять-таки отключаются. Учитывая, что объём кэша у ядра Yonah достаточно велик – целых 2 Мбайта – полностью он будет использоваться не так уж часто, особенно при невысокой нагрузке на систему, как это обычно и бывает при работе от батареи. Стало быть, с помощью данной технологии сэкономить можно немало.

Вплоть до того, что можно полностью отключить кэш, «сбросив» данные в память, и перевести процессор в режим Enhanced Deeper Sleep, в котором потребляется совсем уж мизерное количество энергии.

Охлаждение двуядерного процессора – дело более тонкое, чем охлаждение обычного одноядерного. Поэтому для более надёжного контроля и оптимального режима охлаждения в Yonah используются аж три термосенсонсора!

Сенсоры имеются на обоих ядрах, кроме того, предусмотрен третий, общий датчик, который призван обеспечивать устойчивость от ошибок и legacy-совместимость.

Как видите, компания Intel провела грандиозную работу по обеспечению минимального энергопотребления и тепловыделения, а также масимально эффективного и безопасного охлаждения.

Как результат, TDP для стандартных двуядерных процессоров Core составляет 31 Вт, а для остальных версий – и того меньше. Полезно будет привести сравнение с процессором Pentium M на ядре Dothan.

В среднем же, по утверждениям компании Intel, потребляемая мощность Core такая же, как и у Pentium M, и составляет всего 1,1 Вт. Всё это позволяет надеяться, что обновлённая платформа Centrino и дальше будет радовать нас отсутствием шума и нагрева корпуса ноутбука, а также длительным временем работы от батареи.

Занимательные факты

Если сравнить первый микропроцессор, разработанный Intel в 1971 году, с новейшей разработкой компании – Core Duo, мы получим следующее:

• 1971: микропроцессор Intel 4004 содержал 2 300 транзисторов; ширина печатного проводника у него составляла 10 микронов (10000 нм), а тактовая частота – 108 кГц. Он мог выполнять 60 000 вычислений в секунду и имел размер кристалла 13,5 мм 2, но при этом обладал таким же объёмом вычислительной мощности, как и первая электронная вычислительная машина – ENIAC.
• 2006: процессоры Intel Core Duo содержат свыше 151 млн. транзисторов, ширина печатного проводника составляет 65 нм (0,065 микрона), тактовая частота превышает 1,5 ГГц, а размер кристалла при этом – около 90 мм 2. Кроме того, эти процессоры доступны в версиях для тонких и легких форм-факторов ноутбуков.

Кроме того, компания Intel приводит ряд занимательных факторов, наглядно иллюстрирующих технологичность нового процессора и сравнивающих его свойства с различными объектами и явлениями.

Плотность размещения транзисторов

• Процессор Intel Core Duo содержит более 151,6 млн. транзисторов. Если бы каждый транзистор соответствовал человеку, то население Японии (127 млн. человек) или России (145 млн. человек) оказалось бы меньше, чем «население» данного процессора.
• Транзисторы процессора Intel Core Duo размещены на кристалле размером 90,3 мм 2, то есть на одном квадратном миллиметре (площадь поверхности кончика стержня шариковой ручки) в среднем расположено 1,7 млн. транзисторов. А в некоторых блоках микропроцессора – таких, как, например, кэш-память – плотность транзисторов достигает даже 10 млн. штук на квадратный миллиметр.
• Если собрать столько же монет номиналом в 1 цент, сколько транзисторов содержится в процессоре Intel Core Duo, и сложить их столбиком, то высота получившейся «башни» превысит 150 миль (около 240 км). Если же монетки разложить по горизонтальной поверхности рядом друг с другом, общая площадь подобной денежной «мозаики» превысит площадь 8,5 футбольных полей.
• Процессор Intel Core Duo соответствовал бы по размеру огромной пицце диаметром 19,5 дюймов (около 50 см), если бы его транзисторы имели такой же размер, как у первого микропроцессора Intel – 4004. Микропроцессор Intel 4004 содержал 2 300 транзисторов, в то время как процессор Intel Core Duo содержит 151,6 млн транзисторов.
• Если собрать столько же рисовых зернышек, сколько транзисторов содержится в процессоре Intel Core Duo, и сварить из них кашу, то таким блюдом можно будет накормить свыше 100 000 человек.

Выделение тепла

• Средняя мощность процессора Intel Core Duo – меньше 1,1 ватт, что существенно ниже, чем стандартная потребляемая мощность привычных бытовых приборов.

Производительность

• Процессор Intel Core Duo может совершить более миллиарда вычислительных операций в мгновение ока (средняя продолжительность моргания человеческого глаза – 300-400 мс) или четыре миллиона вычислений за период времени, необходимый пуле для преодоления расстояния в один дюйм (2,5 см).
• Если бы скорость автомобиля росла с 1971 г. теми же темпами, что и тактовая частота процессора, то сейчас можно было бы преодолеть расстояние от Сан-Франциско до Нью-Йорка меньше чем за 13 секунд (исходя из того, что скорость автомобиля в 1971 г. составляла 90 км/ч, а расстояние от Сан-Франциско до Нью-Йорка – 5000 км).

Технологический процесс

• 65-нанометровый технологический процесс корпорации Intel предполагает использование транзисторов, у которых длина затвора составляет всего 35 нм. Приблизительно 100 подобных затворов могли бы поместиться в красной кровяной клетке человека, будучи расположенными по её диаметру.
• 65-нанометровый технологический процесс корпорации Intel предполагает использование транзисторов с высотой затвора 1,2 нм. Более 100 000 слоёв диоксида кремния, используемого в транзисторе в качестве диэлектрика, понадобилось бы, чтобы их общая толщина соответствовала толщине листа бумаги (толщина листа бумаги около 0,1 мм).
• Ширина печатного проводника: 65-нанометровый технологический процесс корпорации Intel обеспечивает печать отдельных проводников, которые меньше по размеру, чем вирус (размеры вирусов составляют от 20 до 400 нм в диаметре; размер риновируса – около 20 нм; размеры самых маленьких бактерий – около 400 нм), и в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос (толщина человеческого волоса колеблется в районе 50-100 мкм).

Новый модельный ряд: Core Duo и Core Solo

«Король умер. Да здравствует король!» – такая ситуация складывается в модельном ряду процессоров Intel. Компания отказалась от брэнда Pentium – пока применительно к мобильной платформе Centrino и платформе для домашних компьютеров VIIV – и выпустила процессоры на ядре Yonah уже под новым брэндом. Новинки получили официальные имена Core Solo и Core Duo – одноядерный и двуядерный соответственно.

Помимо всего прочего, линейка использует новую, более сложную систему нумерации моделей процессоров. Теперь наименования процессоров состоят из пяти символов (напомним, ранее они состояли из трёх):

ABCDE

A (буква) – этот символ указывает на энергопотребление процессора. На данный момент существует два варианта: «T» (процессоры с нормальным энергопотреблением) и «L» (Low Voltage, процессоры с пониженным энергопотреблением). Также можно ожидать появления «U» (Ultra Low Voltage).

B (цифра) – отражает количество ядер. На сегодня доступны процессоры с «1» и «2». По всей видимости, Intel не собирается останавливаться на достигнутом, и со временем мы увидим и более интересные цифры.

CDE (число) – указывает на место процессора в линейке. На данный момент дело обстоит следующим образом: больше число – больше тактовая частота. Последние два симола пока представлены нулями, но в дальнейшем, скорее всего, будут модели и с другими цифрами, зависящими, скажем, от величины кэш-памяти, частоты FSB или ещё от чего-либо.

Вслед за «любимым конкурентом» компания Intel продолжает отучать пользователей от привычки сравнивать тактовые частоты процессоров «в лоб». Впрочем, новой нумерации не откажешь в удобстве и логичности – если знать систему, то по номеру модели сразу понятно, who is who.

Итак, с нумерацией мы разобрались, теперь посмотрим на модельный ряд, который нам предлагает Intel. Пока что процессоров не слишком много. Но, судя по запасу в номерах, оставленному как «вверх», так и «вниз», следует в скором времени ожидать появления новых моделей – благо, техпроцесс 65 нм должен позволить ощутимо поднять максимальную частоту, а уж понизить её и вовсе не сложно.

Все процессоры поддерживают технологии Enhanced Intel SpeedStep и Execute Disable Bit. Так что даже одноядерный Core Solo T1300 – вовсе не аналог Celeron (о чём, кстати, говорит и его не самая низкая цена), а полноценный процессор новой линейки, предназначенный для пользователей, не испытывающих потребности в высокой производительности, но желающих получить все преимущества низкого энергопотребления новой версии технологии Centrino.

В компании Intel полагают, что таких пользователей будет не так уж много – основной акцент в новой линейке сделан именно на двуядерные процессоры. Как вы увидите ниже, цена одноядерного Core не слишком сильно отличается от цены Core Duo, так что, скорее всего, желающих сэкономить и остаться без второго ядра будет действительно мало.

Итак, мы поведали вам о «гвозде программы» – новом двуядерном процессоре Intel Core. Но, как вы понимаете, все нововведения Centrino Duo не ограничиваются процессором. О том, что ещё интересного появилось в новой версии платформы, о перспективах дальнейшего развития Centrino, а также о том, сколько будет стоить «двуядерность» конечному пользователю, мы расскажем вам во второй части статьи.

Продолжение обзора читайте здесь.