Процессоры Intel с 2 Мбайт кэш-памяти

Евгений Рудометов

rudometov@rudometov.com

Недавно корпорация Intel объявила курс на «платформизацию» своих решений. Одним из шагов стало объявление новых процессоров, созданных по технологии 90 нм и обладающих кэш-памятью большого объема. Новые процессоры от Intel ориентированы как на серверный сегмент компьютерного рынка, так и для настольных систем

Укрепляя свое присутствие на компьютерном рынке корпорация Intel представила ряд новых процессоров и платформ с расширенной поддержкой 64-разрядного режима, улучшенной производительностью, повышенным энергосбережением и высоким уровнем безопасности. Новые решения, являющиеся иллюстрацией перехода от увеличения производительности за счет приоритетного наращивания тактовых частот к совершенствованию архитектуры и оптимальному решению задач, стоящих перед пользователями, представлены в сегментах настольных ПК, серверов и рабочих станций. Новый подход корпорации заключается в разработке оптимальных платформ для каждого сегмента рынка (Рис. 1) 

Рис. 1. Новая стратегия Intel

Одновременно с объявлением новых решений корпорация Intel сообщила о своих планах по выпуску серверных платформ нового поколения, архитектура которых поддерживает процессоры с двумя ядрами. Это еще один шаг вперед на пути к многоядерным процессорам.

Выпуск корпорацией Intel новых клиентских и серверных платформ для предприятий в сочетании с ожидаемым выпуском Windows x64 Edition позволит вывести на массовый рынок экономичные 64-разрядные платформы. Пользователи смогут воспользоваться новыми мощными 64-разрядными функциями Windows, не отказываясь от используемых 32-разрядных приложений Windows

Новый усовершенствованный 64-разрядный процессор Intel Xeon ранее был известен под кодовым названием Irwindale. В этом процессоре двое увеличен объем кэш-памяти 2-го уровня, что обеспечивает до 18% прирост производительности по сравнению с предыдущей версией процессора. Новые результаты теста TeraByte TPC-H для кластерных систем, опубликованные компанией IBM, демонстрируют высокий уровень масштабируемости новых платформ на базе 64-разрядных процессоров Intel Xeon. При этом показатели превосходят ранее достигнутые на 52%. Активный спрос породил рекордные объемы производства - приблизительно за 8 месяцев заводами Intel было изготовлено 2 миллиона 64-разрядных процессоров Intel Xeon.

Новый процессор Intel Xeon, совместимый с предыдущим поколением процессоров Intel Xeon, включает функции энергосбережения с поддержкой технологии Demand Based Switching, улучшенную производительность и гибкость. Новые платформы поддерживают память DDR2-400 и архитектуру шины PCI Express.

Объем поставок 64-разрядных процессоров Intel Xeon в IV квартале 2004 г. превысил объем поставок 32-разрядных процессоров. За 6 месяцев был выпущен первый миллион 64-разрядных процессоров Intel Xeon; второй миллион будет поставлен всего за 3 месяца – уже  к концу февраля 2005 г. Ранее было объявлено, что 80% процессоров Intel Xeon, которые будут поставлены в I квартале 2005 г., будут поддерживать 64-разрядный режим

Производительность новых платформ обеспечена как большим объемом кэш-памяти второго уровня, так и высокой тактовой частотой. Но высокая производительность не дается бесплатно. Следствием высокой производительности является высокое энергопотребление и тепловыделение. Все это требует соответствующих средств электропитания и охлаждения, что отражается на конечной цене системы и затратах на эксплуатацию. Снизить расходы, а заодно повысить надежность и ресурс безаварийной работы помогают фирменные технологии, внедренные в архитектуру процессоров. Например, технология Demand Based Switching, призванная обеспечить энергосбережение и уменьшение теплообразования за счет снижения тактовой частоты и напряжения питания ядра в периоды неполной загрузки процессора и установки максимальных значений при максимальной загрузки, требующей максимальной производительности.   

В дополнение к частотному потенциалу и встроенной кэш-памяти большого объема высокая производительность обеспечена аппаратной поддержкой 64-разрядных вычислений.

Здесь стоит напомнить, что современные компьютеры оперируют данными, представленными в двоичном формате – с помощью единиц и нулей. А термин «64-разрядные» относится к максимальному размеру двоичных чисел, которые процессор может обрабатывать в определенный момент времени как данные, хранящиеся в памяти (внутренние реестры или внешняя память DRAM), или как адреса внешней памяти. Теоретически 64-разрядные компьютерные системы поддерживают адресацию до 16 эксабайт (2⁶⁴ байт) памяти, включая физическую память системы и виртуальную память, которая физически не присутствует в системе, однако используется процессором. Большинство современных компьютерных систем (и приложений) используют 32-разрядные данные, удовлетворяющие требованиям большинства клиентских приложений и серверных приложений интерфейсного уровня и поддерживающие адресацию до 4 ГБ (2³² байт) памяти. Однако 64-разрядные процессоры поддерживают адресацию гораздо большего объема памяти: например, 64-разрядные процессоры Intel Xeon поддерживают адресацию до 1 терабайта (1024 Гбайт) памяти, а, например, процессоры Intel Itanium 2 поддерживают адресацию до 1 петабайта (1024 Тбайт) памяти. Указанные выше цифры относятся к объему физической памяти, который может быть установлен в системе.

Однако следует отметить, что для процессоров с поддержкой 64-разрядных вычислений сохраняются возможности традиционных 32-разрядных приложений на должном уровне  надежности, обеспеченном соответствующими платформенными решениями.

К таким решениям относится ряд используемых технологий. Это, например, автоматическое обнаружение и устранение ошибок памяти. Достигается такими технологиями, как зеркальное отражение памяти, резервирование DIMM, автоматическое переключение с двухканального режима на одноканальный при сбое, применение кодов коррекции ошибок, очистки памяти и т.п. Совершенствование же архитектуры, например, за счет внедрения PCI Express позволило не только достичь высокой пропускной способности, но и предоставить возможность замены карт без выключения сервера. Почти все разрабатываемые в настоящее время адаптеры основаны на архитектуре PCI Express. Остается добавить, что специальными решениями, к которым относятся, например, RAID, удалось повысить надежность и защиту данных. А защиту от ряда вирусных атак обеспечит встроенная в процессор технология Execute Disable Bit: улучшенная защита системы и данных от вирусов, использующих уязвимости типа «переполнение буфера».

Что же касается производительности новых Intel Xeon c 2 Мбайт кэш-памяти L2, то этот параметр можно проследить на примере сравнения с предыдущими моделями этого класса процессоров, снабженных 1 Мбайт L2. Некоторые оценки такого сравнения приведены на Рис. 2. А на Рис.3 представлены результаты тестирования двухпроцессорных систем.

Рис. 2. Сравнение моделей процессоров Intel Xeon с кэш-памятью 2 и 1 Мбайт

Рис. 3. Сравнение производительности одно и двухпроцессорных систем, созданных на основе процессоров Intel Xeon с кэш-памятью 2 Мбайт

Следует отметить, что корпорация Intel предлагает две линейки 64-разрядных процессоров: процессоры Intel Xeon с 64-разрядной адресацией и процессоры семейства Intel Itanium. По мнению IDC, эти две линейки продукции отличаются друг от друга, и будут сосуществовать на рынке. Хотя оба типа процессоров содержат 64-разрядные реестры и поддерживают адресацию большего объема памяти, чем 32-разрядные процессоры, они отличаются другими характеристиками и будут использоваться для разных рабочих нагрузок. Чтобы способствовать более быстрому переходу на 64-разрядные технологии и для поддержки приложений, работающих в 64-разрядном режиме, но не нуждающихся в особых возможностях платформы Intel Itanium, корпорация Intel выпустила 64-разрядные процессоры Intel Xeon, обеспечивающие возможность перехода на 64-разрядные системы с минимальным риском. Теперь появилась возможность одновременно использовать 32-/64-разрядные приложения практически без лишних расходов. Это позволит постепенно перейти на 64-разрядные системы в три этапа, начиная с чистых 32-разрядных приложений, переходя к 32-разрядным приложениям в 64-разрядных операционных системах и заканчивая чистыми 64-разрядными средами. В  смешанных или переносимых средах некоторые серверы смогут использовать сочетание 32-разрядных и 64-разрядных приложений, и при этом производительность 32-разрядных приложений станет основным критерием.

Однако оценивая изделия, ориентированные для серверного сектора, не стоит забывать и о настольных решениях, тем более, что именно на эти системы приходится основная пользователей и продаж компьютеров.

Для настольных компьютеров корпорация Intel объявила сразу несколько моделей процессоров, обладающих, как и их серверные аналоги кэш-памятью второго уровня 2 Мбайт. Для этого сектора созданы пять новых процессоров: Intel Pentium 4 Extreme Edition с тактовой частотой 3,73 ГГц с технологий Hyper-Threading (HT) и четырех новых процессора Intel Pentium 4 серии 6xx, также поддерживающих технологию HT. Все пять новых процессоров поддерживают 64-разрядную адресацию памяти посредством технологии Intel Extended Memory 64 Technology (Intel EM64T).

Рис. 4. Планы Intel по развитию платформ для домашних пользователей

Кстати, как объявлено, корпорация Intel планирует использовать технологию Intel EM64T во всех представляемых в этом году процессорах Intel для настольных ПК, в том числе в процессорах Intel Celeron D, выпуск которых состоится позднее.

Планы Intel по развитию платформ для домашних пользователей представлены на Рис. 4.

Основные характеристики новых процессоров в сравнении с их предшественниками

В сочетании с популярными наборами микросхем Intel 925/915 Express эти процессоры позволят увеличить быстродействие и уменьшить время отклика компьютерных платформ.

Новые процессоры поддерживают новую операционную систему Microsoft Windows XP Professional x64 Edition, которая позволит воспользоваться всеми преимуществами 64-разрядной адресации памяти.

Процессоры Intel Pentium 4 серии 6xx с усовершенствованной технологией Intel SpeedStep Technology (EIST) предоставляют новые возможности энергосбережения для настольных ПК. Технология EIST обеспечивает энергосбережение за счет уменьшения среднего энергопотребления процессора.

Оценка производительности процессора Intel Pentium 4 серии 6xx с кэш-памятью 2 Мбайт представлена на Рис. 5.

Рис. 5. Оценка производительности Intel Pentium 4 серии 6xx с кэш-памятью 2 Мбайт

Процессор Intel Pentium 4 Extreme Edition с тактовой частотой 3,73 ГГц с технологией HT имеет высокопроизводительную системную шину с частотой 1066 МГц и 2 Мбайт кэш-памяти 2 уровня, что позволяет повысить производительность системы при воспроизведении видео высокой четкости, компьютерных игр и других ресурсоемких приложений, использующих большие объемы данных. Оценка производительности процессора Intel Pentium 4 Extreme Edition с кэш-памятью 2 Мбайт представлена на Рис. 6.

Рис. 6. Оценка производительности Intel Pentium 4 Extreme Edition с кэш-памятью 2 Мбайт

Процессоры Intel Pentium 4 серии 6xx с технологией HT имеют тактовую частоту до 3,60 ГГц, частоту системной шины 800 МГц, удвоенный объем кэш-памяти 2 уровня (2 Мбайт), а также поддерживают усовершенствованную технологию Intel SpeedStep (EIST). Эта функция энергосбережения поддерживается операционной системой Microsoft Windows XP Service Pack 2. Кроме того, большой объем кэш-памяти обеспечивает потенциальные преимущества по производительности, в то время как технология Execute Disable Bit предоставляет максимальную защиту от определенных видов вирусов при использовании в сочетании с Microsoft Windows XP Service Pack 2.

В статье использованы открытые материалы корпорации Intel