Евгений  Рудометов

    >>    Часть 6
 

Осторожно, радиация

Рассматривая термоэлектрические генераторы, созданные на основе радиоактивных материалов, необходимо отметить, что они имеют ряд преимуществ по сравнению с альтернативными решениями. Важнейшими являются очень высокая плотность энергии и весьма длительный срок службы таких устройств без необходимости их обслуживания. Генерация тепла радиоактивными изотопами с использованием термоэлектрических модулей обеспечивает постоянное и стабильное электрическое питание в течение длительного времени. Это особенно важно в удаленных и экстремальных условиях, где другие источники энергии могут быть недоступны или неэффективны.

Однако, необходимы специальные меры безопасности и контроля использования радиоактивных материалов, включая эксплуатацию и последующую утилизацию после исчерпания ресурса работы генераторов.

Как показывают расчеты, срок службы установок, использующих РИТЭГи, может составлять 10-30 лет. И у значительной части из них этот срок уже закончился и их требуется вывести из эксплуатации, конечно, с соблюдением всех мер предосторожности. При этом необходимо учитывать, что все эти устройства представляют собой потенциальную опасность, так как размещается в безлюдной местности и могут быть утеряны из-за изменения среды вследствие ураганов, штормов, землетрясений, наводнений и т. п.

Кроме того, они могут быть похищены. Действительно, были зафиксированы случаи разукомплектации, а точнее — варварской разборки РИТЭГов охотниками за цветными металлами. При этом сами похитители получали высокие, а в ряде случаев даже смертельные дозы облучения. Кроме того, опасности подвергались и окружающие люди, попавшие под действие ионизирующего излучения.

Учитывая потенциальную опасность радиоактивных материалов, входящих в состав РИТЭГов, необходимо с особой тщательностью контролировать не только изготовление подобных устройств, но и их работу. Необходимо также планировать меры по тщательному контролю за процедурой утилизации, обеспечивающей предотвращение потенциальных рисков для здоровья людей и исключающей радиоактивное загрязнение окружающей среды.

Заключение

Термоэлектрические модули, биметаллические и полупроводниковые, представляют собой перспективную технологию в области генерации электрического тока. Их высокая эффективность, надежность и экологическая чистота делают их привлекательными для использования в различных приложениях. При правильной оптимизации из работы с учетом  разности температур и других параметров описанные модули позволяют повысить энергоэффективность, устойчивость и инновационность систем электрогенерации. Это открывает новые возможности для использования отходящего тепла, солнечной энергии и радиоактивных материалов в качестве источников тепла для генерации электрического тока.

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 1 
     

Сокращенные версии статьи: 

• Модули Пельтье в генераторах электрического тока.
• Модули Пельтье в генераторах электрического тока. / IT-Expert. 2023, №9
• Преобразование тепла в электричество. / Вы и ваш компьютер. 2023, №9, с.21-26 

В статье были использованы материалы книг:

• «PC: Overclocking, Optimization, & Tuning, Second Edition». — USA: A-LIST
• «PC: Hardware Tuning & Acceleration». — USA: A-LIST
• «PC: настройка, оптимизация разгон» Изд.2-е, доп. — СПб.:  BHV-Санкт-Петербург
• “Форсирование аппаратных средств РС”. — СПб.: БХВ-Петербург

Евгений  Рудометов

    >>    Часть 5
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки) 

В качестве примера таких источников можно привести РИТЭГ — РадиоИзотопный ТермоЭлектрический Генератор — устройство, преобразующее тепловую энергию естественного распада радиоактивных изотопов в электричество.

По сравнению с ядерными реакторами, использующими цепную реакцию, РИТЭГи значительно меньше, и конструктивно проще. Выходная мощность РИТЭГа весьма невелика (до нескольких сотен ватт) при относительно небольшом значении КПД. Однако в них нет движущихся частей, и они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, который может исчисляться десятилетиями. Благодаря этому такие генераторы могут применяться в космосе для работы автоматических межпланетных станций. Они находят свое примение и на Земле в труднодоступных местах для работы различной аппаратуры, например, радиомаяков наземного или морского базирования.

Что касается космоса, то соответствующие радиоизотопные термоэлектрические генераторы были использованы во многих космических проектах. В качестве примеров можно привести хорошо известные «Аполлоны», а также аппараты «Пионер-10 и -11», «Вояджер-1 и -2», «Кассини-Гюйгенс» и д. р., где использование солнечных батарей неэффективно или даже просто невозможно. Действительно, интенсивность солнечного излучения на орбите Плутона в 1000 раз меньше, чем на орбите Земли. Очевидно, что использование солнечных батарей для обеспечения достаточного энергоснабжения космических аппаратов там просто невозможно.

В конструкции РИТЭГа космического аппарата «Галилео», который был отправлен к Юпитеру в 1981 г., использовались плутоний-238 и полупроводники на основе селена. Этот термоэлектрогенератор после установки радиоизотопного источника энергии через 1000 ч и 59000 ч (почти 7 лет) эксплуатации обеспечивал следующие параметры: тепло изотопного источника, Вт — 2460/2332; тепло, поступающее на термоэлементы, Вт — 2068/1951; температура горячего спая, К — 1133/1090; температура холодного спая, К — 433/410; выходная мощность, Вт — 230/210; термоэлектрическая эффективность, % — 11,1/10,8.

Радиоизотопный генератор зонда «Новые горизонты», отправленного в 2006 г. к Плутону, содержал 11 кг высокочистого диоксида плутония-238, производящего в среднем 220 Вт электроэнергии на протяжении всего пути: 240 Вт в начале пути и 200 Вт на орбите Плутона. Мощность РИТЭГа снижается примерно на 3,5 Вт в год. Планируемый срок активного состояния аппарата — более 30 лет.

Улучшенный вариант РИТЭГ был установлен на марсоход «Curiosity», ракета с которым была запущена в 2011 г. Этот источник энергии содержит 4,8 кг диоксида плутония-238. Он обеспечивает 2 кВт тепловой мощности, 125 Вт начальной электрической мощности и 100 Вт через 14 лет.

Внутреннее устройство РИТЭГа

Другим примером являются радиоактивные изотопные термоэлектрические генераторы, используемые в множестве приложений, включая применение в медицинских устройствах и научных исследованиях. В своей конструкции генераторы могут использовать различные радиоизотопы, такие как америций-241 (Am-241), стронций-90 (Sr-90) и т.п. Эти радиоактивные материалы применяются в качестве источников тепла для последующего преобразования его в электрическую энергию с помощью термоэлектрических модулей.

В следующей части  данной статьи — о радиоционной безопасности и краткое заключение.
    

>>    Часть 7 
      

Евгений  Рудометов

    >>    Часть 4
 

Области использования термоэлектрических модулей

В качестве распространенных вариантов использования термоэлектрических модулей в генераторах электрического тока можно привести несколько примеров. В них источником энергии является тепло разных уровней интенсивности и сроков работы.

Космические генераторы

В космических аппаратах и межпланетных станциях, где доступ к солнечной энергии может быть ограничен, термоэлектрические модули могут использоваться для генерации электрического тока из отходящего тепла электронных устройств, двигателей ракет и энергоемких механизмов. Работа таких объектов нередко сопровождается значительным теплообразованием, и соответствующие генераторы позволяют обеспечить надежное энергоснабжение в космической среде. Например, при использовании термоэлектрических модулей в космических генераторах можно достичь выходной мощности до 100 Вт и даже больше. Конечно, как это уже утверждалось, эффективность преобразования тепла в электричество с помощью термоэлектрических модулей зависит от разности температур между горячими и холодными сторонами модулей. Чем больше разность температур, тем выше эффективность преобразования.

Рециркуляция отходящего тепла в промышленности

В промышленности термоэлектрические модули могут быть использованы для рециркуляции отходящего тепла и преобразования его в электрическую энергию. Это позволяет повысить энергоэффективность процессов и снизить общие затраты на энергию. Эффективность термоэлектрических модулей в этом случае также зависит от разности температур между горячими и холодными сторонами модулей.

Автомобильная промышленность

Термоэлектрические модули могут использоваться для генерации электроэнергии из тепла двигателя, помогая тем самым улучшить общую энергоэффективность автомобиля. Некоторые автопроизводители уже начали внедрять такие системы в свои модели.

Портативная электроника

Небольшие термоэлектрические модули могут использоваться в устройствах, таких как кемпинговые плиты, которые генерируют электричество для зарядки мобильных телефонов или других устройств от тепла костра.

Генерация тепла радиоактивными изотопами

Радиоактивные материалы, такие как радиоизотопы, могут служить в качестве источников тепла, которое может использоваться для генерации электрического тока с помощью термоэлектрических модулей. В этих системах радиоактивный материал выделяет тепло в результате радиоактивного распада своих ядерных элементов. Тепло передается модулю, который преобразовывает его в электрическую энергию.

Одним из примеров такой технологии являются термоэлектрические генераторы радиоизотопных батарей (RTG). RTG широко используются в космической технологии для длительного обеспечения электрического питания космических аппаратов и зондов, работающих в удаленных и долговременных миссиях, где солнечная энергия не является эффективным источником энергии. В RTG таких космических устройств часто используют плутоний-238 (Pu-238) в качестве радиоактивного источника тепла. При этом плутониевая начинка RTG генерирует тепло, а входящие в конструкцию устройства термоэлектрические модули преобразовывают его в электрическую энергию. Примерами такого применения являются RTG на аппарате Кассини, исследовавшем планету Сатурн и ее спутники, а также на космических аппаратах, исследующих Марс.

В следующей части  данной статьи о РИТЭГах.
    

>>    Часть 6 
      

Евгений  Рудометов

    >>    Часть 3
 

Преимущества термоэлектрических модулей в генерации электрического тока

Основное преимущество использования термоэлектрических модулей для генерации электричества — это их способность прямо преобразовывать тепло в электричество. В отличие от большинства альтернативных вариантов источники электроэнергии с указанными модулями работают без тепловых носителей, двигателей, компрессоров и т. п. Отсутствие каких-либо механических подвижных частей положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках. Генераторы с термоэлектрическими модулями обладают высокой надежностью и долговечностью. Они устойчивы к вибрациям и ударным нагрузкам. Они также компактны, бесшумны и не требуют обслуживания. Все это делает такие изделия очень привлекательными для использования в различных, часто весьма непростых, условиях эксплуатации.

Термоэлектрогенератор ТГК-3 (СССР, 1953г.)

А еще термоэлектрические модули в своей работе преобразования тепла в электрическую энергию не используют вредные газы или жидкости. Это означает, что они экологически безопасны и могут применяться в экологически чувствительных областях.

Термоэлектрические модули обладают относительно невысокой степенью преобразования тепла в электричество. Их коэффициент преобразования обычно находится в диапазоне от 1% до 10%, в зависимости от конкретных параметров модулей и условий работы.

Полупроводниковые модули потребительского класса обычно способны производить от 0,5 до 1,5 вольт на модуль при разнице температур в 50-80 градусов Цельсия. При этом средняя мощность, которую можно получить от одного модуля, как правило, составляет от нескольких десятков милливатт до  единиц ватт. Однако некоторые большие модели, содержащие сотни термопар, могут генерировать большую мощность.

Современные полупроводниковые модули могут успешно работать с разницей в температуре от 50 °C до 150 °C. Для массовых модулей потребительского класса рекомендуемое верхнее значение температуры горячей стороны модуля обычно находится в диапазоне 80-90 °C.  Предельный нагрев определяется типом полупроводников, а также используемыми в модулях сплавами и припоями. Конкретные параметры производитель модуля указывает в его техническом описании.

Кстати, допустимый температурный диапазон работы биметаллических конструкций генерации электричества по сравнению с полупроводниковыми моделями обычно значительно шире и может достигать 1000 °C. Однако и некоторые полупроводниковые материалы также способны функционировать при довольно высоких температурах. Работа модулей при большой разнице температур позволяет достичь высокой эффективности преобразования, а при большом количестве термопар получить значительную выходную мощность.

Все это позволяет использовать термоэлектрические модули, биметаллические и полупроводниковые, в широком диапазоне приложений, где есть значительная разница в температуре между горячими и холодными областями.

Очевидно, что высокий коэффициент преобразования тепла в электричество является главной характеристикой для достижения наилучшей энергетической эффективности. Этот коэффициент в значительной степени определяет показатели  эксплуатационной и экономической эффективности. При этом, чем больше разность температур, тем выше эффективность преобразования. Например, при разнице температур 100 °C эффективность преобразования даже для систем с потребительскими модулями может достигать 3-5%. А некоторые современные термоэлектрические модули могут обеспечит достижение даже коэффициента преобразования в 10%.

Интересно, что в научных изданиях появились статьи, в которых для модулей, созданных из новейших материалов и установленных в оптимальные для них температурные режимы, значение коэффициента преобразования составляет 16%. Это очень высокое значение. Но некоторые исследователи, например, некоторые специалисты Сколково, предсказывают возможность покорения рубежа в 20%. Более того, они утверждают, что это может произойти уже в ближайшие годы.

Остается добавить, что серийные термоэлектрогенераторы имеют различные выходные рабочие напряжения и токи. Это зависит от числа используемых модулей, их конструкции, типа и числа используемых в модулях элементов. Все это в конечном итоге определяет технические параметры источника электрической энергии. Мощность же некоторых моделей достигает сотен ватт, хотя есть варианты термоэлектрогенераторов и киловаттных уровней.

Об областях использования термоэлектрических модулей  в следующей части  данной статьи.
    

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 5 
      

Евгений  Рудометов

    >>    Часть 2
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Оценивая возможности термоэлектрических модулей, используемых для целей  прямого преобразования тепла в электроэнергию, следует отметить, что на просторах Интернета есть немало соответствующих статей. В них описаны различные эксперименты по использованию относительно недорогих серийных полупроводниковых модулей Пельтье для генерации электроэнергии. Результаты зависят от моделей модулей и разности температур их горячих и холодных сторон.

Например, как показали результаты использования модели TEC1-12709, при разности температуры горячей и холодной сторон модуля, составляющей 100 °С, выходная мощность термоэлектрогенератора с одним таким модулем составила 2 Вт, а при разности 140 °С — около 3 Вт. Очевидно, что применение нескольких термоэлектрических модулей позволяет соответствующим образом увеличить суммарную выходную мощность термоэлектрогенераторов. При этом в соответствии с законами физики последовательное соединение модулей увеличивает выходное напряжение системы модулей, а параллельное — выходной ток.

В процессе конструирования и использования подобных устройств, обеспечивающих прямую конвертацию тепла в электроэнергию, необходимо учитывать условия  эксплуатации термоэлектрогенераторов и особенности энергоплоотребления. Например, необходимо учитывать сильную зависимость выходного напряжения от величины электрического тока, потребляемого нагрузкой, а также зависимость выходных параметров от колебаний нагрева/охлаждения сторон термоэлектрических модулей. Для компенсации нестабильности выходных параметров целесообразно совместно с термоэлектрогенераторами использовать соответствующие электронные цепи. Они призваны обеспечить на выходе преобразование и стабилизацию параметров генерируемой электроэнергии. Это решает проблемы нестабильности выходных параметров термопреобразователей.

Термоэлектрогенератор с преобразователем напряжения

Вариант схемы преобразователя, обеспечивающего стабилизацию выходного напряжения

Итак, из приведенных выше материалов следует, что термоэлектрические модули, биметаллические и полупроводниковые, могут успешно преобразовывать разницу в температуре в электрическую энергию. И как показывают многочисленные эксперименты с термоэлектрическими модулями, а также опыт эксплуатации научных и промышленных термоэлектрогенераторов, выходная электрическая мощность может быть значительной.    

О преимуществе использования термоэлектрических модулей для генерации электричества  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений  Рудометов

    >>    Часть 1
    

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Что интересно и важно, указанный выше термоэлектрический эффект является обратимым. Это означает, что описанные термоэлектрические модули можно использовать не только в холодильниках, но и в генераторах электрического тока, конвертируя тепловую энергию в энергию электрическую.

К слову сказать, возможность такой конвертации была выявлена еще до работ Пельтье. Приоритет открытия принадлежит немецкому физику Томасу Иоганну Зеебеку (Thomas Johann Seebeck, 1770‑1831). Данный эффект был открыт им в 1821 году, то есть на 13 лет раньше соответствующих работ Пельтье, а результаты исследования были опубликованы Т. И. Зеебеком в 1822 г. в форме статьи в докладах Прусской академии наук. Учитывая приоритет, следовало бы термоэлектрические модули назвать именем данного исследователя — первооткрывателя термоэлектрического эффекта, кстати, как уже отмечалось, обладающего свойством обратимости. Однако за соответствующими модулями закрепилось наименование «модули Пельтье», и это уже стало в настоящее время общепринятой традицией. По всей видимости, данное наименование сохранится и в будущем.

Возвращаясь же к самому эффекту преобразования тепловой энергии в электрическую, следует отметить, что величина термо-ЭДС для применяемых в настоящее время материалов составляет всего-навсего единицы милливольт на 100 °С разности температур  горячих и холодных контактов (спаев). Установлено, что термоэлектрическими свойствами обладают металлы и их соединения: оксиды, сульфиды, селениды, теллуриды, фосфиды, карбиды и др. Термоэлектрические свойства обнаружены также у сплавов металлов, сплавов соединений некоторых металлов и у интерметаллических соединений. Список веществ, имеющих термоэлектрические свойства, достаточно велик и насчитывает в настоящее время уже тысячи сплавов и соединений. Они обеспечивают разные значения термо-ЭДС. Например, пара медь-константан дает 4,28 мВ/100 °С. Это, конечно, немного, но вот соединение тысячи таких пар — это уже 4,28 В. Очевидно, что еще большее число пар обеспечит соответствующее увеличение значения термо-ЭДС. Комбинируя последовательные и параллельные соединения термопар, можно получить на выходе генератора требуемые значения напряжения и тока.

Упрощенная схема термоэлектрогенератора с биметаллическим модулем

Остается добавить, что эффект Зеебека, как и эффект Пельтье, выявлен и в случае использования полупроводников. В 1929 г. советский академик А.Ф. Иоффе предложил применять в термоэлементах вместо металлических проводников специально подобранные полупроводниковые материалы.

Упрощенная схема термоэлектрогенератора с полупроводниковым модулем

Перспективность применения полупроводниковых материалов в термоэлементах обусловлена тем, что они обладают высокой термоэлектродвижущей силой — в 40–50 раз большей, чем в металлах. Таким образом, проявление эффекта Зеебека в полупроводниках оказалось более сильным по сравнению, например, с известными биметаллами. Именно поэтому в настоящее время в термоэлектрогенераторах чаще всего  применяются именно полупроводниковые термоэлектрические материалы. Они обеспечивают наиболее высокий коэффициент преобразования тепла в электричество.

Об использовании серийных полупроводниковых модулей Пельтье для генерации электроэнергии  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений  Рудометов

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Введение

Стабильное энергопитание является важным условием внедрения и успешного функционирования современных технологий и промышленных процессов. Отвечая на потребности рынка, многочисленные исследователи и инженеры в своих лабораториях постоянно создают новые и улучшают существующие методы и устройства генерации электрической энергии. Среди них, например, электрогенераторы, основу которых составляют термоэлектрические модули, обеспечивающие преобразование тепла в электричество. Такие устройства и компоненты привлекают внимание конструкторов благодаря своим уникальным свойствам и потенциалу в генерации электричества.

В этой статье мы еще раз рассмотрим принцип работы модулей Пельтье, возможность их использования в холодильниках и в термоэлектрических генераторах (термоэлектрогенераторах), осуществляющих прямое преобразование тепловой энергии в энергию электрическую. В статье будут описаны преимущества модулей, некоторые их и термоэлектрогенераторов технические параметры, а также конкретные примеры применения модулей Пельтье в различных генераторах электрического тока. При этом проанализируем стационарные и космические генераторы, их компоненты и особенности конструкции, различные источники тепла для генерации тока, включая радиоактивные, а также зависимость эффективности преобразования от различных условий.

Принцип работы термоэлектрических модулей

Работа термоэлектрических модулей, которые традиционно и, как будет ясно из последующего текста, не совсем корректно называются модулями Пельтье, основана на ряде электрических и тепловых эффектов. Они возникают в соединениях некоторых разнородных проводников, а также в соединениях полупроводников. Со времени открытия этих эффектов с ними связывают имена таких известных ученых девятнадцатого века как Ж. Ш. Пельтье и Т. И. Зеебек.

Жан Шарль Пельтье

Томас Иоганн Зеебек

Эффект Пельтье был открыт в далеком 1834 г. французским исследователем Жаном Шарлем Пельтье (Jean-Charles Athanase Peltier, 1785‑1845), в дальнейшем данный эффект был детально изучен российским физиком немецкого происхождения, академиком СПбАН Эмилием Христиановичем Ленцем (Heinrich Friedrich Emil Lenz; 1804-1865). Суть открытого эффекта заключается в переносе энергии при прохождении электрического тока через разнородные проводники. Это проявляется как выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт двух разнородных проводников. С целью усиления данного термоэлектрического эффекта указанные проводники, как правило, а точнее — всегда, объединяют в массивы.

В двадцатом веке эффект Пельтье был открыт и для случая полупроводников, где его проявление по сравнению с применявшимися тогда материалами оказалось более сильным. Как результат, в настоящее время термоэлектрический модуль — это в большинстве случаев уже не массив биметаллических соединений, а набор специальных полупроводниковых термоэлектрических элементов.

А теперь немного о теории возникновения указанного термоэлектрического явления. Как установлено, на контакте двух веществ имеется контактная разность потенциалов, которая создает внутреннее контактное поле. Если через область соединения разнородных проводников протекает электрический ток, то это поле будет либо способствовать прохождению тока, либо препятствовать. Если ток идет против контактного поля, то внешний источник должен затратить дополнительную энергию, которая выделяется в контакте, что приведет к его нагреву. Если же ток идет по направлению контактного поля, то он может поддерживаться этим полем, которое и совершает работу по перемещению зарядов. Необходимая для этого энергия отбирается у вещества. В результате уменьшается его внутренняя энергия, что сопровождается охлаждением его в месте контакта.

Как уже отмечалось, эффект становится значительно заметнее при объединении элементов в массивы, формирующих модули. Таким образом, каждый модуль состоит из наборов термоэлектрических пар, соединенных между собой параллельно или последовательно и расположенных между двумя теперь обычно керамическими пластинами. При прохождении электрического тока через такой термоэлектрический модуль, одна его сторона нагревается, а другая охлаждается. Это происходит из-за того, что электрический ток вызывает перенос тепла от одной стороны модуля к другой.

Подобные средства успешно применяются в различных областях науки и техники, где возникает необходимость в компактных и высоконадежных устройствах охлаждения.

О возможности преобразования тепловой энергии в энергию электрическую  в следующей части  данной статьи.
    

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 2 
      

Виктор  Рудометов
Евгений  Рудометов

    >>    Часть 1
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Кулеры 90-х и начала 2000-х

На компьютерном рынке в настоящее время присутствуют различные модули Пельтье как зарубежного, так и отечественного производства. Это обычно простые, надежные и, как правило, сравнительно дешевые, по сравнению со стоимостью компьютерных процессоров, устройства. Обычно радиатор и охлаждающий вентилятор не входят в состав предлагаемых модулей Пельтье. Их пользователи должны покупать отдельно и устанавливать собственными силами. Тем не менее, данные модули позволяют не только познакомиться с перспективными средствами охлаждения, но и использовать их по прямому назначению, то есть в системах тепловой защиты компьютерных компонентов.

В настоящее время на рынке представлены самые разные модели модулей Пельтье (рис. 1). Например, это могут быть миниатюрные изделия весьма скромного хладообразования, предназначенные для защиты чипов небольшого энергопотребления и небольшого теплообразования. Такие модели способны функционировать совместно с простейшими кулерами, представленными лишь небольшими радиаторами. Но имеются в продаже и мощные варианты импортных и отечественных модулей Пельтье. Эти варианты требуют для своей работы соответствующих мощных средств охлаждения. Такие средства часто, особенно в последнее время, в дополнение к термоэлектрическим модулям и радиаторам комплектуются еще и высокопроизводительными системами водяного охлаждения.

Рис. 1. Примеры модулей Пельтье
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Как возможные варианты, давно известные специалистам и энтузиастам, можно привести, например, модули и кулеры компаний Supercool (рис. 2), Computernerd, DesTech Solutions, AOC Cooler, Thermodynamics и др.

Рис. 2. Часть кулера Пельтье c водяным охлаждением
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Кулеры с модулями Пельтье от указанных компаний получили распространение еще во времена Intel Pentium и Intel Pentium II. В тот период были популярны модели кулеров PAX56B, PA6EXB, DT-P54A, AC-P2, PAP2X3B, STEP-UP-53X2, PAP2CX3B-10 BCool PC-Peltier, PAP2CX3B-25 BCool-ER PC-Peltier, PAP2CX3B-10S, BCool-EST PC-Peltier и т. п.

По мере улучшения технологий и роста популярности подобных систем охлаждения число производителей росло. Как результат, компьютерным энтузиастам предлагались все более совершенные изделия с модулями Пельтье.

Так, например, в 2006 году известная компания Titan выпустила под общим наименованием AMANDA (рис. 3) две модели кулеров. Это изделия с буквенными наименованиями TTC-NP02TZ и TTC-NP04TZ. Между собой они отличались лишь типом крепления. Модель TTC-NP02TZ была предназначена для процессоров AMD K8 с разъемом Socket 754/939/940, а TTC-NP04TZ — для процессоров Intel с LGA 775.

Рис. 3. Кулер Titan AMANDA
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Конструкция обеих моделей Titan AMANDA основана на использовании технологий TEC (Thermo-Electric Cooler) и heat-pipe (тепловые трубки). Как утверждалось, благодаря своей конструкции и применению температурного мониторинга данные модели обеспечивали оптимальный уровень охлаждения процессоров без образования конденсата.

Основные характеристики:

• размеры/вес кулера — 140 × 95 × 170 мм / 1035 г;
• размеры, напряжение питания и ток ТЕС-чипа — 40 × 40 мм / 12 В / 5 А;
• материал — алюминий и медь; количество вентиляторов — 2 шт,
• тепловых трубок — 4 шт;
• скорость вращения вентилятора — 1500 об./мин.;
• уровень шума — меньше 20 дБ;
• тепловое сопротивление — 0,12 – 0,15 °С/Вт.

В состав комплекта кулера входила PCI-карта контроллера. Размеры и вес этой карты — 136 × 121 × 21 мм / 50 г.

Энергопотребление кулеров зависело от вычислительной нагрузки процессора и составляло от 5 Вт до примерно 60 Вт.
    

Ряд современных серийных моделей кулеров с модулями Пельтье представлен  в следующей части  данной статьи.
    

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 2 

Итак, революционным прорывом многие считали появление дешевых оптических дисков (Compact Disc, CD, 1980 г.). Эти оптические диски (рис. 10) были специально созданы для  обеспечения длительного хранение информации. Их емкость быстро превысила начальные 650 Мбайт, быстро достигнув 700 Мбайт для CD (1982 г.), нескольких гигабайт для DVD (1996 г.), а в случае BD (Blu-ray Disc, 2006 г.) — до 100 Гбайт. Пример дисковода CD/DVD для десктопа — на рис. 11.

Рис. 10. Компакт-диск (CD)
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 11. Дисковод CD/DVD
             (кликнуть мышью для увеличения картинки) 

Конечно, среди оптических дисков появились разнообразные улучшенные варианты. Были созданы модели, как для одноразовой записи, так и для многоразовой, как однослойные, так и многослойные. Как результат, многие специалисты до сих пор рассматривают оптические диски в качестве оптимальных средств длительного хранения оцифрованной информации. Но как оказалось, не все так безоблачно. Дело в том, что оптические диски, особенно семейств CD и DVD, обладая многими положительными свойствами, имеют и ряд значительных ограничений. Так, например, как оказалось, производители этих носителей в своем стремлении уменьшить свои расходы так модифицировали и оптимизировали технологии и материалы, что надежность хранения информации снизилась весьма существенно. Более того, сроки надежного хранения цифровых данных часто не дотягивают даже до года, особенно в условиях повышенных уровней влажности, температуры, света. Действительно, пористая структура дешевого пластика не препятствует проникновению влаги, которая разрушает металлическую пленку информационного слоя. Процесс коррозии ускоряется в присутствии яркого света, особенно при наличии в его спектре ультрафиолетовой составляющей.

Параллельно с указанными средствами хранения информации развивались накопители на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drive, HDD, жесткие диски). Модели ПК архитектуры IBM PC, появившиеся в начале 80-х годов, комплектовались HDD, емкость которых составляла 5 Мбайт. Сравнительно быстро число мегабайт увеличилось до 10, 20, 30, 40 и т. д. Многим в то время казалось, что этот рост ничем не ограничен, и емкость будет увеличиваться, но вскоре появились очень серьезные научные работы, в которых предсказывалось и убедительно обосновывалось, что рост емкости 3,5” HDD ограничится значениями 120-150 Мбайт. Объяснялось это существованием парамагнитного предела. Дело в том, что с уменьшением размеров магнитных доменов в условиях увеличения на дисках плотности магнитных дорожек возрастает вероятность произвольного изменения их состояния, связанного с их произвольным размагничиванием, перемагничиванием и т. п.

Однако благодаря появлению новых открытий, материалов, элементов и технологий указанный предел все время успешно отодвигается. В результате появляются все более совершенные модели HDD, в которых доступ к записанным данным осуществляется за время менее 20 мс, а емкость указывается уже в терабайтах даже в изделиях потребительского сектора. Расстояние же между головками и быстро вращающимися магнитными дисками исчисляется уже в нанометрах. При этом в последние годы вся механическая часть высокоемких HDD помещается в герметичные боксы, заполненные гелием. Гелиевая среда позволяет улучшить многие параметры, в частности, снизить сопротивление вращению дисков, что позволяет увеличить их число. В результате удалось выпустить накопители очень высокой емкости (рис. 12). Более того емкость некоторых старших моделей даже «перевалила» за значение 20 Тбайт.

Рис. 12. Высокоемкий жесткий диск
             (кликнуть мышью для увеличения картинки) 

В дополнение к сказанному необходимо отметить, что управление процессом записи на магнитные диски и последующее корректное чтение данных осуществляется с помощью очень сложной, высокоточной механики, а также сложной электроники. Кстати, электронная часть в HDD уже давно является, по сути, встроенным миниатюрным компьютером с очень сложным чипом, выполняющим функции процессора. В архитектуре накопителя он дополнен чипами оперативной памяти, специальной программой (прошивкой) в чипе энергонезависимой памяти и т.п. Остается добавить, что, кроме 3,5-дюймовых HDD, на рынке представлен также широкий спектр 2,5-дюймовых моделей, емкость которых в настоящее время ограничена сверху значением 5 Тбайт. Были еще HDD форматов 1,8” и 1”, но они не снискали широкого признания и были постепенно сняты с производства.

К сожалению, эти совершенные, но очень сложные по своему внутреннему устройству накопители уязвимы для ударных нагрузок и вибраций. Выход из строя (вместе с потерей накопленной информации) менее 1% HDD за время гарантийного периода, обычно пять лет, считается весьма хорошим результатом. Однако, к сожалению, нередко бывают серии моделей с результатами в разы хуже: и 5%, и 10%, и даже больше. При этом, чем выше плотность записи на магнитных дисках и чем больше дисков на шпинделе, тем, по-видимому, труднее обеспечить бесперебойную работу накопителя. Увы, хотя этот тип накопителей является очень востребованным и распространенным, он явно не идеален. Именно поэтому конструкторы и пользователи с энтузиазмом восприняли разработку чипов (1988 г.) и устройств на основе технологии флеш (1984 г.).

В качестве примера можно привести USB-флеш-накопители (USB-флешки или просто флешки), флеш-карты (SD, SDHC, SDXC) и, конечно, твердотельные накопители (Solid-State Drive, SSD). Но о принципах работы, достоинствах и недостатках, а также об особенностях эксплуатации и надежности будет рассказано в следующей статье о накопителях. 

>>    Часть 1 
      

Сокращенные версии статьи: 

• Можно ли долго хранить данные на SSD? 
• Можно ли долго хранить данные на SSD? / IT-Expert. 2022, №6 
• Накопители: от кассет до HDD. / Вы и ваш компьютер. 2022, №7, с.12-15

Евгений Рудометов 
 

Часть 1 

Как уже упоминалось в предыдущей части статьи, магнитные ленты до сих пор остаются востребованными в крупных центрах обработки и хранения информации. Однако традиционные громоздкие катушки с лентами (бобины, рис. 6), нашедшие широкок распространение со времен IBM 360/370 (мейнфреймами IBM), постепенно уступают свое место более комактным преемникам.

Кстати, с указанными майнфреймами спользовались устройства с плотностью записи 32, 63 и 243 бит/мм (800, 1600 и 6250 бит/дюйм), что соответствовало емкости одной стандартной катушки ленты, соответственно, 20, 40 и 140 Мбайт. Наряду со стандартными катушками диаметром 267 мм (10,5 дюймов), содержащими 730 метров ленты, в ходу были также катушки уменьшенного диаметра 178 мм (7 дюймов), содержащие 183 метра ленты, но более компактные, помещавшиеся в обычную сумку.

Рис. 6. Катушка с магнитной лентой
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Следует отметить, что современные устройства, использующие магнитные ленты, помещенные в компактные кассеты (картриджи), по эксплуатационным параметрам выгодно отличаются от своих предшественников эры огромных ЭВМ. Достоинствами таких решений являются следующие характеристики: очень большая емкость, достигающая уже десятков терабайт, сравнительно низкая стоимость носителя, а также низкое энергопотребление систем большого информационного объема.

Стандарт первого поколения был выпущен в рамках LTO Program в 2000 году. Он предусматривал возможность хранения на одном ленточном картридже до 200 Гбайт информации в сжатом виде.

Картриджи текущего стандарта LTO-9 имеют «чистую» емкость 18 Тбайт и могут хранить до 45 Тбайт данных в сжатом виде. Скорость передачи достигает 1000 Мбайт/с (с учетом компрессии). Себестоимость хранения информации, по данным консорциума LTO, составляет менее $0,01/Гбайт.

В картриджах Fujifilm используется лента на основе феррита бария (BaFe, рис. 7). Покрытие формируется с использованием фирменной технологии NANOCUBIC. Компания заявляет о 50 годах стабильного хранения данных с использованием новой ленты.

Рис. 7. Картридж Fujifilm LTO-9 18 Тбайт (45 Тбайт)
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Планируется, что с появлением LTO-10 емкость картриджа вырастет до 36 Тбайт, а объем хранимых в сжатом виде данных может достичь значения 90 Тбайт.

Аналогичные изделий выпустили компании HPE (рис. 8) и Quantum. Однако на этом развитие не остановилось. Участники консорциума LTO — компании HPE, IBM и Quantum — обнародовали дальнейшим план развития стандарта ленточных накопителей LTO Ultrium.

Рис. 8. Картридж HPE LTO-9 18 Тбайт (45 Тбайт)
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Ожидается, что технология будет совершенствоваться ещё как минимум пять поколений, то есть как минимум до LTO-14.

Картриджи 14-го поколения обеспечат объём до 576 Тбайт и 1,44 Пбайт соответственно. Это означает, что развитие ленточных технологий и продуктов в лице картриджей LTO и соответствующих устройств чтения/записи не останавливается (рис. 9).

Рис. 9. Эволюция стандартов картриджей
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Однако существенным недостатком этого метода является низкая скорость произвольного доступа к данным. Происходит это из-за последовательного доступа, так как лента должна прокрутиться к нужному месту, что иногда требует десятков секунд. При этом производительность сильно падает при увеличении количества одновременных запросов, особенно к неактивным кассетам. Кроме того, к недостаткам относятся сравнительно высокая стоимость устройства записи/чтения, а также весьма жесткие требованиях к условиям эксплуатации системы и условиям хранения носителей. Но все это важно для крупных центров и практически не актуально для небольших компаний и частных пользователей, нуждающихся в относительно недорогих, компактных средствах, обеспечивающих запись, чтение и надежное хранение информации.

В этих условиях многие считали революционным прорывом появление дешевых оптических дисков (Compact Disc, CD, 1980 г.). Они были специально созданы для  обеспечения длительного хранение информации. Однако об этой разработке, а также результатах ее эволюции —  в следующей части данной статьи. Там же — и о накопителях на жестких магнитных дисках (HDD).

Оптические и жесткие магнитные диски рассмотрены  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
   
   

Первым массовым носителем информации стала бумага. Столетия она использовалась для печатания картин, книг, альбомов и т. п. Но нашла она свое место и после появления механических и электронных устройств в виде рулонов перфолент и пачек перфокарт, с помощью которых осуществлялось кодирование и ввод информации в системах ее обработки. Конечно, бумага, как носитель информации, обладает многими достоинствами, однако не лишена она и ряда всем известных недостатков. Среди них не последнюю роль играет уязвимость к внешним воздействиям, а также проблемы, связанные с хранением. Поэтому нет ничего удивительного в том, что с повсеместным внедрением компьютерных средств обработки информации потребовались более удобные и надежные носители цифровых данных.

Одной из важнейших целей этой замены является, например, стремление повысить информационную плотность записи информации. Действительно, объем и масса  цифрового носителя существенно меньше аналогичных параметров бумажного эквивалента. Замена позволяет упростить и улучшить хранение, копирование и передачу информации. И, как результат, сделать ее более доступной для пользователей. Оставляя в стороне организационные проблемы, необходимо отметить, что на роль оптимальных носителей претендовали различные изделия высоких технологий.

Так, например, некоторое время в качестве носителей энергонезависимого хранения цифровых данных в компактных настольных компьютерных системах использовались компакт-кассеты (англ. Compact Cassette). При этом в промышленных, научных, образовательных и т. п. системах операции записи и чтения осуществлялись с помощью соответствующих устройств. В домашних же системах запись/чтение выполнялись с помощью обычных бытовых стационарных и мобильных магнитофонов с компакт-кассетами (рис. 1). Такие варианты были дешевой альтернативой существенно более дорогим тогда решениям, например, дисководам с гибкими дисками.

Рис. 1. Компакт-кассета
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Принятый и опубликованный в 1976 г. Kansas City standard предусматривал частотное кодирование. Логическому нулю соответствовали 4 периода колебаний с частотой 1200 Гц, единице — восемь периодов с частотой 2400 Гц. Каждый байт обрамлялся ведущим нулем и двумя замыкающими единицами, то есть расширялся до 11 знаков; коррекция ошибок не предусматривалась. В результате скорость записи и чтения данных была ограничена 27 байт/c (300 бод). Впоследствии скорость была повышена до 600, 1200 бод и выше. В зависимости от скорости записи на компакт-кассету мог поместиться разный объем данных. Для скорости в 2000 бод на одну сторону 90-минутной кассеты могло поместиться до 660 Кбайт информации. Использование более продвинутых методик модуляции в сочетании с улучшенными полосой пропускания и отношением сигнал/шум позволили значительно увеличить полезный объем и скорость записи стандартной кассеты.

Важно, что доступ к записанным цифровым данным на компакт-кассетах осуществлялся исключительно последовательно. Это требовало значительного времени для перемотки ленты и поиска необходимых участков. При этом запись новых данных сопровождалась  стиранием ранее записанной информации, и полная автоматизация была, как правило, невозможна. Кроме того, магнитные ленты не обеспечивали высокой надежности хранения данных. Они были подвержены постепенному стиранию магнитного слоя, требовали для хранения обеспечения определенных температурных и влажностных условий.

С удешевлением производства дискет компакт-кассеты постепенно вытеснялись в качестве основного средства хранения информации. Практически сразу после появления персональных компьютеров (PC, ПК) в качестве носителей стали использоваться пятидюймовые (5¼″) гибкие магнитные диски (от англ. floppy disk — гибкий диск) с информационной емкостью 360 Кбайт (разработка 1978 г.). Действительно, если 1 символ требует 1 байта, то емкости 360 Кбайт вполне достаточно для хранения, например, текстовой части диссертации или небольшой книги, или части большой. Правда, вот для иллюстраций и фотографий места уже недостаточно. Не решили этой проблемы и пятидюймовые диски двойной емкости — 720 Кбайт (1982 г, рис. 1). В дальнейшем прогресс сравнительно быстро привел к появлению трехдюймовых (3½″) гибких дисков емкостью 720 Кбайт (1984 г.), 1,44 Мбайт (1987 г., рис. 1), а также более дорогих и поэтому менее распространенных 2,88 Мбайт (1991 г.). Примеры дискет 3½″ и 5¼″ представлены на рис. 2, дисковода гибкого диска 3½″ для десктопа —  на рис. 3.

Рис. 2. Гибкие диски 3½″ и 5¼″
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 3. Дисковод для диска 3½″
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Кстати, чтобы инсталлировать простейшую операционную систему MS-DOS, управляемую вводом посредством клавиатуры соответствующих команд в режиме диалога, требовалось порядка десятка дисков 1,44 Мбайт. Хранить такие диски рекомендовалось в сухом и прохладном месте, иначе возникала проблема с чтением записанной информации. Не шло им на пользу и интенсивное их использование, так как рабочий слой дисков постепенно стирался головкой, осуществляющей запись/считывание. А еще данные диски были подвержены попаданию пыли, которая при вставке носителя в дисковод могла попасть под магнитную головку и вызвать необратимое повреждение магнитного покрытия, что нередко и происходило. Словом, жизненный срок гибких магнитных дисков был весьма короток, часто составляя всего несколько недель, а иногда даже несколько дней.

На смену претендовали несколько разработок, например, дискеты Iomega Zip (1994 г.). Они, по сути, являлись модернизацией 3,5” дискеты. Но стоимость дискет Iomega Zip и стоимость соответствующих дисководов были сравнительно высокими. Кроме того, емкостные и эксплуатационные характеристики оказались недостаточными для длительного доминирования на рынке, хотя были выпущены диски емкостью 100, 250, 750 Мбайт. Примеры дискеты и дисковода Iomega Zip представлены на рис. 4.

Рис. 4. Дискета и дисковод Iomega Zip
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

По тем же причинам не смогли на долгое время закрепиться на рынке и магнитные диски с лазерным позиционированием головок, например, LS-120 с емкостью до 120 Мбайт (рис. 5).

Рис. 5. Диск LS-120 120 Мбайт
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Конечно, есть еще и магнитные ленты, которые все еще остаются востребованными в крупных центрах обработки и хранения информации, но об этом в следующей части статьи.

Некоторые характеристики ленточных систем хранения данных рассмотрены  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

В процессе разработки и выпуска своих изделий компания Intel с 2006 года придерживается стратегии «Тик-Так» (англ. tick-tock). Эта стратегия, реализующая известный закон Мура, подразумевает регулярное развитие полупроводниковых технологических процессов (техпроцессов) и микроархитектур чипов: на «Тик» приходится освоение нового техпроцесса на основе уже существующей микроархитектуры, на «Так» — переход на новую микроархитектуру с сохранением прежней точности литографии техпроцесса. По первоначальному замыслу полный цикл «Тик-Так» должен укладываться в два года, то есть каждая часть цикла должна занимать примерно год. Такой темп развития полупроводниковых техпроцессов и процессорных микроархитектур соблюдался в течение довольно длительного периода. Циклы «Тик-Так», реализованные за последние несколько лет, иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1. Несколько циклов стратегии «Тик-Так»

Однако несколько лет назад стало очевидно, что по мере уменьшения масштаба литографии сохранять указанный темп развития становилось все сложнее и дороже. В результате в 2016 году стратегия развития была изменена. Теперь вместо традиционного двухступенчатого «Тик-Так» было принято решение использовать трехступенчатый принцип «процесс — архитектура — оптимизация». Новая стратегия подразумевает более длительную эксплуатацию техпроцессов и выпуск по одним и тем же литографическим нормам не двух, а как минимум трех процессорных дизайнов (рис. 2). Это означает, что после Broadwell и Skylake должен следовать не переход на 10 нм нормы, а выпуск процессорного дизайна с использованием освоенного техпроцесса 14 нм.

Рис. 2. Две стратегии развития

В соответствии с новой концепцией очередной разработкой лидера процессоров архитектуры х86 стали модели с кодовым именем Kaby Lake, выпускаемые по модифицированной технологии 14 нм. Новые чипы производитель отнес к изделиям седьмого поколения Intel Core (7th Generation Intel Core i7 Processors). Они отличаются от своих предшественников с кодовым наименованием Skylake еще лучшей энергоэффективностью и еще большей производительностью, особенно это касается встроенных графических средств.

Разработчики сохранили для старших моделей привычные для пользователей наименования Intel Core i7, Core i5, Core i3 с использованием соответствующих цифробуквенных символов. При этом, как и в предыдущих поколениях процессоров Intel Core, наибольшими уровнями производительности обладают модели Intel Core i7.

В настоящее время на фирменном сайте и в технической документации Intel присутствует информация пока только о трех представителях наибольшей производительности, ориентированных на настольные решения. Этими представителями являются следующие изделия:

• Intel Core i7–7700K,
• Intel Core i7–7700,
• Intel Core i7–7700T.

Каждая из перечисленных четырехъядерных моделей способна обрабатывать до восьми потоков одновременно при сравнительно высоких тактовых частотах, дополнительно возрастающих в режиме Turbo Bust.

Необходимо отметить, что высокие уровни производительности сопровождаются также и значительными уровнями энергопотребления, и теплообразования. Действительно, TDP двух первых моделей Intel Core i7 указанного списка имеют значения 91 и 65 Вт. Третья модель, получившая наименование Intel Core i7–7700T, характеризуется наименьшим уровнем теплообразования, равным 35 Вт (возможно снижение до 25 Вт). Это, кстати, даже ниже уровня TDP мобильных 4-ядерных процессоров седьмого поколения, для которых номинальное значение теплообразования установлено равным 45 Вт.

Процессор Intel Core i7–7700T позволяет создавать компактные системы, обладающие высокой производительностью и не требующие мощных источников питания, а также мощных систем охлаждения. Сравнительно высокая производительность четырех вычислительных ядер и встроенных графических средств достаточна для выполнения широкого круга задач. В этом можно убедиться, оценив возможности процессора Intel Core i7–7700T, тактовая частота процессорных ядер которого составляет 2,9 ГГц, в режиме Intel Turbo Boost достигает значения 3,8 ГГц.

Оценивая частотные возможности, этой модели необходимо отметить, что базовая частота, на которой работают ее ядра, меньше базовых частот двух других 4-ядерных моделей приведенного выше списка. Однако только простым уменьшением этого важного параметра в случае антиразгона Intel Core i7–7700 невозможно для этой модели достичь уровня теплообразования в 35 Вт.

Чтобы в этом убедиться, можно воспользоваться упрощенной формулой изменения мощности теплообразования процессора в зависимости от изменения частоты работы его ядер (данная формула является частным вариантом более сложной формулы, приведенной в книгах на русском и английском языках; упрощена для случая сохранения неизменного, штатного, уровня напряжения питания):

,

где переменные с индексом f обозначают параметры, значения которых соответствуют измененному значению рабочей частоты ядер процессора, а переменные с нулевым индексом — параметры штатного режима.

Подстановка в эту формулу штатных значений параметров Intel Core i7–7700 (Po = 65 Вт, Fo = 3.6 ГГц) и значения частоты Ff = 2.9 ГГц, соответствующего штатному частотному режиму ядер Intel Core i7–7700T, дает для Pf величину ~52 Вт. А это значительно больше уровня 35 Вт. Таким образом, действительно, уменьшением рабочей частоты Intel Core i7–7700 до уровня 2.9 ГГц, что равно значению рабочей частоты Intel Core i7–7700T, не удастся достичь уровня теплообразования 35 Вт. А это означает, что таким способом невозможно превратить процессор Intel Core i7–7700 в Intel Core i7–7700T.

Конечно, низкий уровень TDP модели Intel Core i7–7700T объясняется не только пониженным значением базовой частоты, но, безусловно, и другими причинами. По всей видимости, это достигается еще и специальным отбором полупроводниковых кристаллов, и снижением уровней напряжения питания процессора, а возможно и соответствующими изменениями полупроводниковых технологий, используемых в производстве процессорных кристаллов. К сожалению, компания Intel, как обычно, не спешит раскрывать все свои научно-технические и производственные секреты, поэтому остается догадываться, как удается сохранять высокую производительность при очень низком уровне энергопотребления и, как следствие, теплообразования.

В следующей части  данной статьи приведены основные параметры процессора Intel Core i7–7700T.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

После выпуска первого в мире процессора компания Intel, являющаяся создателем и лидером сектора процессоров архитектуры х86, с удивительным постоянством придерживается закона Мура (рис. 1), предлагая компьютерному рынку все новые и новые изделия. Выпускаемые по регулярно улучшаемым технологическим процессам и регулярно обновляемым микроархитектурам очередные модели процессоров обеспечивают рост производительности компьютерным системам без увеличения, а во многих случаях даже с уменьшением энергопотребления.

Рис. 1. Гордон Мур и его закон

Создавая свои изделия, компания Intel с 2006 года придерживается стратегии «Тик-Так» (англ. tick-tock). Эта стратегия подразумевает регулярное развитие полупроводниковых технологических процессов (техпроцессов) и микроархитектур чипов: на «Тик» приходится освоение нового техпроцесса на основе уже существующей микроархитектуры, на «Так» — переход на новую микроархитектуру с сохранением прежней точности литографии техпроцесса. По первоначальному замыслу полный цикл «Тик-Так» должен укладываться в два года, то есть каждая часть цикла должна занимать примерно год. Такой темп развития полупроводниковых техпроцессов и процессорных микроархитектур соблюдался в течение довольно длительного периода. Циклы «Тик-Так», реализованные за последние несколько лет, иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2. Несколько циклов стратегии «Тик-Так»

Однако несколько лет назад стало очевидно, что по мере уменьшения масштаба литографии сохранять указанный темп развития становилось все сложнее и дороже. В результате в 2016 году стратегия развития была изменена. Теперь вместо традиционного двухступенчатого «Тик-Так» было принято решение использовать трехступенчатый принцип «процесс — архитектура — оптимизация». Новая стратегия подразумевает более длительную эксплуатацию техпроцессов и выпуск по одним и тем же литографическим нормам не двух, а как минимум трех процессорных дизайнов (рис. 3). Это означает, что  после изделий с кодовыми именами Broadwell и Skylake должен следовать не переход на 10 нм нормы, а выпуск  процессорного дизайна с использованием освоенного техпроцесса 14 нм.

Рис. 3. Две стратегии развития

В соответствии с новой концепцией очередной разработкой лидера процессоров архитектуры х86 стали модели с кодовым именем Kaby Lake, выпускаемые по модифицированной технологии 14 нм. Новые чипы производитель отнес к изделиям седьмого поколения Intel Core (7th Generation Intel Core i7 Processors). Они отличаются от своих предшественников с кодовым наименованием Skylake еще лучшей энергоэффективностью и еще большей производительностью, особенно это касается встроенных графических средств.

Разработчики сохранили для старших моделей привычные для пользователей наименования Intel Core i7, Core i5, Core i3 с использованием соответствующих цифробуквенных символов. При этом, как и в предыдущих поколениях процессоров Intel Core, наибольшими уровнями производительности обладают модели Intel Core i7.

Модели процессоров Intel Core i7, Core i5, Core i3 для настольных компьютеров: 

• i7-7700K, i7-7700, i7-7700T;
• i5-7600K, i5-7600, i5-7600T, i5-7500, i5-7500T, i5-7400, i5-7400T;
• i3-7350K, i3-7320, i3-7300, i3-7300T, i3-7101E, i3-7101TE, i3-7100T, i3-7100.

Модели процессоров Intel Core i7, Core i5, Core i3 для мобильных компьютеров.

• i7-7920HQ, i7-7820HQ, i7-7820HK, i7-7700HQ, i7-7660U, i7-7600U, i7-7567U, i7-7560U, i7-7500U, i7-7Y75;
• i5-7440HQ, i5-7360U, i5-7300U, i5-7300HQ, i5-7287U, i5-7267U, i5-7260U, i5-7200U, i5-7Y54, i5-7Y57;
• i3-7130U, i3-7167U, i3-7100U, i3-7100H.

Оценки производительности ряда моделей процессоров седьмого поколения Intel Core, выполненные PassMark Software, представлены ниже (рис. 4). Здесь же приведены оценки некоторых моделей процессоров Intel предыдущих поколений, а также оценки нескольких изделий AMD. 

Рис. 4. Оценки производительности

Как следует из результатов тестирования, процессоры седьмого поколения Intel Core, как и ожидалось, демонстрируют сравнительно высокие уровни производительности.

Евгений Рудометов 
 

Значительная часть интеллектуальной собственности компании Intel «куется» в ее научно-технических лабораториях — Intel Labs. Возглавляет Intel Labs вице-президент корпорации Джастин Раттнер (Justin Rattner). Ее подразделения расположены по всему миру. В этих подразделениях работают граждане многих стран. Сотрудники не связаны жестким подчинением с высшим руководством корпорации. В настоящее время исследовательские лаборатории находятся в более чем десятке крупных стран, расположенных в разных частях мира. В этих лабораториях трудятся около тысячи сотрудников. Они занимаются широким спектром различных разработок.

Подробности их функционирования, а также полученные результаты по вполне понятным причинам обычно не афишируется. Действительно, интеллектуальная собственность сегодня стоит больших денег.

Однако недавно завеса таинственности все-таки была приоткрыта, и компания пригласила представителей российских СМИ ознакомиться с деятельностью своего санкт-петербургского исследовательского подразделения. В мероприятии приняли участие ряд руководителей компании Intel и работающие в лаборатории специалисты.

Олег Семенов, директор по исследованиям Intel Labs St. Petersburg, в своем выступлении рассказал об организации и основных направлениях исследований, а также он сообщил о некоторых полученных результатах.

Подразделение Intel Labs в России было образовано в 2003 году в Нижнем Новгороде, в 2005 году оно переехало в Санкт-Петербург. Лаборатория Intel в Санкт-Петербурге — это целенаправленное научное подразделение Intel. Целью ее деятельности является широкий спектр научно-исследовательских работ, питающих бизнес-подразделения корпорации Intel различными научно-техническими идеями, а в некоторых случаях — и рабочими образцами.

За время существования лаборатории в Санкт-Петербурге ее сотрудниками было выполнено большое количество разнообразных научно-технических работ. Основные направления исследований:

• Методы обработки и кодирования сигналов для беспроводной связи (802.11n, 802.16e, UWB, WUSB) и 10 Gbit Ethernet (802.3 ap/an);
• Архитектура и программные инструменты для множественного радио (Multi-Radio);
• Полный цикл разработки – от идеи до прототипа.

В рамках работ, осуществляемых лабораторией в Санкт-Петербурге:

• Разработка (Wi-Fi +Wi-Max) экспериментального чипа на основе разработанного решения “Multi-Radio”,
• Обработка, сжатие видео и передача по беспроводным каналам.

О других разработках Intel Labs St. Petersburg —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Михаил Цветков технический специалист Intel в России и других странах СНГ, обратил внимание приглашенных специалистов IT и представителей СМИ на основных особенностях микроархитектуры, получившей наименование Haswell (совпадает с кодовым наименованием изделий) и являющейся основой новых процессоров.

Он отметил, что в разработке и производстве своих изделий компания Intel уже сравнительно давно использует специальную стратегию, получившую наименование Tick-Tock. Она предусматривает поэтапное внедрение нового технологического процесса, затем новой архитектуры.

В соответствии с этой стратегией в 2006 году были представлены процессоры с микроархитектурой Intel Core. На ее основе были процессоры (45 нм), в дальнейшем по микроархитектуре, получившей наименование Nehalem, были выпущены изделия линейки Nehalem (45 нм) и Westmere (32 нм).

Результатом дальнейших модернизаций микроархитектур и полупроводниковых процессов для настольных и мобильных систем были выпущены изделия с кодовыми именами Sandy Bridge, созданные на основе одноименной микроархитектуры и известные как процессоры Intel Core 2-го поколения.

С освоением следующего технологического процесса свет увидели изделия, получившие кодовое наименование Ivy Bridge (микроархитектура Sandy Bridge, 22 нм) и составившие третье поколение Intel Core.

А усовершенствовав свои предыдущие разработки, компания Intel выпустила модели  четвертого поколения Intel Core. Новинка получила наименование Haswell.

Процессоры, созданные на основе этой разработки, вышли на рынок под традиционными именами Intel Core i7, Intel Core i5, Intel Core i3.

Учитывая  высокие уровни производительности, достигнутые еще в представителях предшественника в лице изделий Ivy Bridge, в новейших моделях Haswell во главу угла инженеры поставили теперь снижение энергопотребления и теплообразования, что расширяет сферу их использования.

Необходимо отметить, что у четырехъядерных моделей со встроенными графическими средствами средней мощности на полупроводниковом кристалле согласно материалам Intel, имеющем площадь 177 кв. мм, расположены 1,4 млрд. транзисторов. При этом значительная часть полупроводниковых элементов задействованы в графических средствах. Теперь эти средства занимают уже около 30 процентов площади кремниевого кристалла, что существенно больше по сравнению с предшествующими разработками.

В следующей части  данной статьи  — о важнейших технологиях, реализованных в процессорах четвертого поколения Intel Core.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

С первого процессора, созданного в уже далеком 1971 г., призводители данных элементов, от которых в значительной степени зависят функциональные возможности компьютеров, постоянно совершенствовали свои изделия. Вводя различные нововведения, они долгое время фиксировали свои усилия в основном на росте тактовых частот. Однако со временем увеличение частот стало очень сложным из-за ряда ограничений, поэтому повышение производительности процессоров уже почти десять лет осуществляется в основном за счет увеличения числа ядер, совершенствования полупроводниковых технологических процессов (техпроцессов) и внутренней микроархитектуры.

Фактически по этому пути пошли все производители процессоров, независимо от архитектуры и конструктивных особенностей их изделий. Это, конечно, касается и компании Intel, которая уже много лет является одним из лидеров в области разработки и выпуска процессоров, а также перспективных компьютерных и полупроводниковых технологий.

В разработке и производстве своих изделий компания Intel в течение уже нескольких лет традиционно использует стратегию, получившую наименование Tick-Tock. Эта стратегия предусматривает поэтапное внедрение нового техпроцесса, а затем и новой архитектуры. При этом каждая микроархитектура перед запуском в массовое производство отрабатывается сначала на текущем техпроцессе, а потом уже новый техпроцесс отлаживается на зрелой микроархитектуре процессорных ядер.

В соответствии с этой стратегией в 2006 году были представлены процессоры с микроархитектурой Core. На ее основе были выпущены линейки процессоров Merom (техпроцесс 65 нм) и Penryn (45 нм). В дальнейшем по микроархитектуре с кодовым именем Nehalem были выпущены линейки Nehalem (45 нм) и Westmere (32 нм).

Кстати, начиная с моделей линейки Westmere, процессоры к встроенному контроллеру памяти получили еще и интегрированную графику.

Процессоры, созданные на основе указанных разработок, вышли на рынок под именами Intel Core i7, Intel Core i5, Intel Core i3, а также Intel Pentium и Intel Celeron.

Результатом дальнейших модернизаций микроархитектур и полупроводниковых процессов для настольных и мобильных систем были выпущены изделия с кодовым наименованием Sandy Bridge. Эти изделия были созданы на основе одноименной микроархитектуры и известны как процессоры Intel Core 2-го поколения.

А с освоением технологического процесса 22 нм на рынок были выпущены процессоры с кодовым именем Ivy Bridge. Эти изделия, ставшие процессорами Intel Core 3-го поколения, были формально созданы на основе модифицированной микроархитектуры Sandy Bridge.

Остается добавить, что, начиная с техпроцесса 22 нм, инженеры Intel внедрили новую технологию, предусматривающую использование нового типа транзисторов — 3-D Tri-Gate Transistor — транзисторов с трехмерной структурой затвора. Это позволило повысить плотность размещения транзисторов на полупроводниковом кристалле при обеспечении их высоких частотных и энергоэффективных параметров, а также расширить возможности процессоров.

На основе отлаженного техпроцесса 22 нм и новой микроархитектуры компанией Intel были выпущены изделия 4-го поколения Intel Core.   

О новой разработке Intel —  в следующей части  данной статьи.
   

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Ultra Durable 2

Итак, в 2006 году компания Gigabyte внедрила новый отраслевой стандарт качества, сделав ставку на твердотельные конденсаторы (Solid Capacitor), которые стали применятся во многих продуктах, вместо типовых электролитических.

В следующем варианте Ultra Durable конструкторы Gigabyte дополнили качественные конденсаторы двумя конструкторскими нововведениями в материнских платах. Этими нововведениями стали следующие дополнительные компоненты:

• дроссели с ферритовыми сердечниками,
• специальные мощные транзисторы.

Кстати, теперь дроссели с ферритовыми сердечниками стали неотъемлемой частью преобразователей и фильтров в схемах преобразователей источников питания.

Однако ранее в составе таких схем использовались дроссели со стальными сердечниками. Они были технологичны и дешевы, но с повышением рабочих частот, что связано с использованием высокопроизводительных компонентов, стальные дроссели стали плохо справляться со своими функциями. Именно поэтому их заменили дросселями с ферритовыми сердечниками, способными работать на существенно больших значениях тактовых частот.

Ферритовые сердечники дросселей, сменившие своих стальных предшественников, выполнены из сплава оксида железа и других металлов. Изделия из этого сплава обладают свойством дольше удерживать электромагнитную энергию при высоких частотах по сравнению со стальными. Это приводит к меньшим потерям энергии и к уменьшению электромагнитного излучения, что упрощает разработку компактных вариантов дизайна и увеличивает надежность компьютерных систем.

Вторая инновация — это применение в источниках питания специальных мощных транзисторов (MOSFET — МОП), обладающих низким сопротивлением в открытом состоянии (Low RDS(on)).

Здесь следует напомнить, что транзисторы MOSFET (Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) — это комплементарные полевые МОП-транзисторы, которые способны выполнять функции коммутаторов в электрических цепях (КМОП-ключ).

Остается добавить, что указанные мощные транзисторы играют важную роль в подаче питания на высокопроизводительные процессоры и другие компоненты материнской платы, необходимые для работы современных ресурсоемких приложений и игр.

Использование новых транзисторов в цепях питания позволяет повысить уровень энергосбережения. Более комфортный температурный режим, в котором функционируют полевые транзисторы с пониженным сопротивлением при переключении состояний, способствует:

• уменьшению требований к системам охлаждения транзисторов,
• уменьшению локальных нагревов материнской платы,
• снижению энергозатрат.

Об очередном варианте Ultra Durable — Ultra Durable 3 —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Компьютеры

Рудометов Е. А. «Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры» СПб.: БХВ-Петербург, 2010. — 464 с.: ил. (Аппаратные средства)

Рудометов В. Е., Рудометов Е. А. “Форсирование аппаратных средств РС” СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 512 с.: ил. (Серия «Мастер решений»)

Рудометов В., Рудометов Е. «PC: настройка, оптимизация и разгон» Изд.3-е, доп. — СПб.: BHV-Санкт-Петербург. 2003. — 487с. (Серия «Мастер решени й»)

Rudometov V., Rudometov E. “PC Hardware Tuning & Acceleration” A-List, 2003. – 500 pages. ISBN 1-931769-23-0.

Rudometov V., Rudometov E. «PC: Overclocking, Optimization and Tuning» 2-nd Edition A-List, 2002. – 496 pages. ISBN 1-931769-05-2.

Rudometov V., Rudometov E. «PC: Overclocking, Optimization and Tuning» A-List, 2001. – 410 pages. ISBN 1-58450-079-4.

Рудометов В., Рудометов Е. «PC: настройка, оптимизация и разгон» Изд.2-е, доп. — СПб.: BHV-Санкт-Петербург. 2000. — 336с. (Серия «Мастер»)

Рудометов В., Рудометов Е. «PC: настройка, оптимизация и разгон» СПб: BHV-Санкт-Петербург. 1999. — 256 с.

Рудометов Е., Рудометов В. «Устройство мультимедийного компьютера» СПб.: Питер, 2001, 512 с. (Серия «Анатомия ПК»)

Рудометов Е. А. «Материнские платы и чипсеты» Изд. 4-е. — СПб.: Питер, 2007. — 368 с.: ил. (Серия «Анатомия ПК»)

Рудометов Е., Рудометов В. «Материнские платы и чипсеты» Изд. 3-е, доп. — СПб.: Питер, 2002, 35 2 с. (Серия «Анатомия ПК»)

Рудометов Е., Рудометов В. «Материнские платы и чипсеты» Изд. 2-е, доп. — СПб.: Питер, 2001, 352 с. (Серия «Анатомия ПК»)

Рудометов Е., Рудометов В. «Материнские платы и чипсеты» СПб.: Питер, 2000, 256 с. (Серия «Анатомия ПК»)

Рудометов Е., Рудометов В. «Архитектура ПК, комплектующие, мультимедиа» СПб: Питер, 2000, 416 с. (Серия «Анатомия ПК»)

Рудометов Е., Рудометов В. «Аппаратные средства и мультимедиа» СПб: Питер, 1999, 352 с. (Серия «Справочник»)

Защита информации

Рудометов Е., Рудометов В. «Шпионские штучки. Электронные средства коммерческой разведки и защита информации» М.:«АСТ»; СПб:«Полигон», 2000. —224с.

Рудометов Е., Рудометов В. «Шпионские страсти. Электронные устройства двойного применения» М.:«АСТ»; СПб:«Полигон», 2000. —208с.

Рудометов Е., Рудометов В. «Схемотехника средств коммерческой разведки» СПб:«Полигон», 2000. —96с.

Рудометов Е., Рудометов В. «Электроника и шпионские страсти. Электронные устройства двойного применения» Изд. 3-е, доп.—СПб:«Пергамент», 1998. —256с.

Рудометов Е., Рудометов В. «Электроника и шпионские страсти. Электронные устройства двойного применения» Изд. 2-е, доп.—СПб:«Пергамент», 1997. —224с.

Рудометов Е., Рудометов В. «Электроника и шпионские страсти. Электронные устройства двойного применения» СПб:«Пергамент», 1997. —152с.

Другие

Рудометов Е. А. «Цифровая видеокамера» М.: АСТ; СПб.: Сова, 2006. — 92 с.

«Компьютерные игры для IBM PC`96/97. Сборник 7» Под ред. Иванова И. И., Попова А. А.; авторы технических материалов: Рудометов Е., Рудометов В. СПб:«Пергамент», 1996. —544.

«Компьютерные игры для IBM PC`96. Сборник 6» Под ред. Иванова И. И.; авторы технических материалов: Рудометов Е., Рудометов В. СПб:«Пергамент», 1996. —512.

«Компьютерные игры для IBM PC`95/96. Сборник 4» Под ред. Эпштейна В. Г.; авторы технических материалов: Рудометов Е., Рудометов В. СПб:«Пергамент», 1995. —448.

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Оценивая характеристики ноутбука MSI X340, следует отметить, что функциональные возможности и конструктивные особенности процессора и чипсета позволили минимизировать размеры материнской платы, а также упростить систему охлаждения. В результате удалось создать очень компактную модель ноутбука, которая по изысканности дизайна может соперничать с изделиями знаменитой «яблочной компании».

Для MSI X340 конструкторы выбрали 13,3-дюймовый широкоформатный экран LCD.  Разрешение составляет 1366 x 768, что обеспечивает комфортную работу. Используемый в MSI X340 экран LCD оснащен светодиодной подсветкой. Это обеспечивает высокую яркость изображения и сочные цвета при сравнительно низком энергопотреблении панели LCD. В совокупности со встроенными в чипсет видеосредствами UMA GMA 4500MHD это позволило создать экономичную видеоподсистему.

В MSI X340 оперативная память имеет объем 2 Гбайт, ее тип — DDR2 800. Значительный ее объем и высокие ее скоростные параметры способствуют достижению производительности ноутбука, достаточной для широкого спектра задач.

Энергонезависимое хранение больших объемов информации обеспечивает дисковая подсистема на основе 2,5-дюймового жесткого диска с объемом 320 Гбайт. При этом возможно комплектование ноутбука и более емкими накопителями, например, 500 Гбайт.

В дополнение к этому данный компьютер снабжен полным набором традиционных интерфейсов, применяемых для беспроводной передачи данных.

Встроенный в X340 модуль Card Reader позволяет использовать карты памяти широко распространенных форматов.

При желании через USB можно подключить внешний CD/DVD привод.

Дополнительную функциональность обеспечивает веб-камера с высоким разрешением, а также встроенные громкоговорители и микрофон.

Ноутбук MSI X340 снабженн сравнительно удобной клавиатурой.

В дополнение к сказанному Х340 отличается компактностью:

• длина — 330 см,
• ширина — 224 см,
• высота в максимальной точке — 19,6 см.

Не менее привлекателен и вес устройства, который, несмотря на тринадцатидюймовый дисплей, составляет всего 1,3 кг.

Что касается скоростных параметров MSI X340, то они были оценены в процессе проведенного тестирования.

Здесь сразу необходимо отметить, что ни сетевые, ни офисные программы не вызвали каких-либо нареканий.

Для определения же количественных оценок уровней производительности в качестве инструмента анализа был использован специализированный пакет PCMark05.

Полученные результаты представлены в Таблице 2.

Таблица 2. Результаты тестирования 

Опытные пользователи ноутбуков могут сравнить производительность своих устройств с приведенными численными оценками тестирования.

Учитывая, что офисные задачи обычно не критичны к скоростным параметрам современных ноутбуков, особое внимание было уделено мультимедийным возможностям.

Оценка возможностей ноутбука MSI X340 в обработке мультимедийных задач - в следующей части  данной статьи
    

>>    Часть 4  
      

Евгений Рудометов 
 

Производители ноутбуков продолжают выпускать сверкомпактные мобильные компьютеры, к числу которых относятся сравнительно популярные нетбуки. Основное их назначение — обеспечить выполнение основных офисных задач. При этом одной из важнейших из них является доступ к проводным и беспроводным средствам передачи информации. Именно поэтому и появился сам термин нетбук, образованный от netbook — мобильный компьютер для работы в глабальной сети — Интернете.

Однако, оценивая архитектуру и параметры нетбуков, следует учитывать что по функциональным возможностям этот класс мобильных компьютеров все-таки уступает полноразмерным ноутбукам. Причины этих отличий как объективны, так и субъективны.

Объективные причины заключаются в том, что в составе нетбуков используются сравнительно простые по архитектуре, недорогие и не очень производительные процессоры и чипсеты.

Кроме того, в составе нетбуков используются, как правило, ЖК-панели небольшого диаметра и невысокого разрешения.

Субъективные — компании Microsoft и Intel ввели ряд ограничений на параметры используемых в составе этих мобильных компьютеров платформ.

Остается добавить, что выход за эти пределы снимает ряд льгот, обеспечивающих невысокую цену моделей.

Так, например, для выпускаемых в продажу нетбуков, использующих платформы Intel и работающих под управлением OC Windows XP, рекомендованы следующие параметры:

• объем оперативной памяти — не более 1 Гбайт,
• HDD — не более 160 Гбайт (первоначально — 80 Гбайт),
• ЖК-панель должна быть не выше 10 дюймов,
• разрешение ЖК-панели — не выше 1024×600.

Превышение указанных параметров переводит устройство в более высокую категорию, где представлены ноутбуки с совсем другими элементами, параметрами и, конечно, ценами.

Тем не менее, ряд фирм превышают данные пределы и выпускают соответствующие  оригинальные устройства. Как следствие, компания Microsoft в этом случае требует переходить на операционную систему Windows Vista, обладающую бóльшей ценой и бóльшими возможностями, но и требующую и существенно бóльших ресурсов.

Отстаивая введение ограничений, специалисты Intel утверждают, что аппаратные средства нетбуков не предназначены для выполнения задач, традиционно решаемых с помощью полноразмерных устройств, например, мультимедиа.

Для заполнения ниши между сравнительно простыми мобильными устройствами, представленными различными моделями нетбуков, и полноразмерными, многофункциональными ноутбуками компания Intel предлагает развивать еще один класс мобильных систем.

Речь идет еще об одном семействе ноутбуков, формирующем особый класс изделий, для которого предложено имя CULV, соответствующая платформа нередко также называется CULV (consumer ultra-low voltage — потребительская, со сверхмалым энергопотреблением).

Основой предлагаемой Intel мобильной платформы CULV стали следующие основные компоненты:

• специальные энергоэкономичные процессоры микроархитектуры Intel Core с низкими уровнями электропитания (ULV — ultra-low voltage),
• чипсет четвертого поколения (элемент платформы Montevina),

Это семейство процессоров представлено одноядерными и двухъядерными моделями Intel Core 2 Solo и  Intel Core 2 Duo.

Данные процессоры обладают сравнительно высокой производительностью, значительно превышающей возможности процессоров семейства Intel Atom.

А их высокая энергоэкономичность и форм-фактор позволяет создавать тонкие ноутбуки.

В качестве примера такого ноутбука можно привести модель MSI X340. Эта модель относится к семейству изделий CULV и создана на основе платформы CULV.

В следующей части  данной статьи приведены внешний вид и основные характеристики ноутбука MSI Х340.
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Платформа Napa

Третье поколение появилось в начале 2006 года после выпуска нового процессора, построенного на основе принципиально нового ядра. Разработка получила наименование Yonah, а двуядерный процессор — Intel Core Duo. Был выпущен и одноядерный вариант — Intel Core Solo. Платформа, построенная на основе мобильного чипсета i945 (Рис. 4) со встроенной графикой Intel GMA 950, получила наименование Napa. Она сохранила все достоинства предыдущей разработки, обеспечив рост производительности и повышение экономичности в соответствии с критерием «производительность на ватт». Из новых параметров следует отметить повышение частоты процессорной шины и памяти до 667 МГц с одновременным внедрением более совершенных технологий энергосбережения.

Основой новой платформы стали чипсеты семейства Intel 945 (i945), представленного тремя версиями:

• i945GM,
• i945PM,
• i945GMS.

К этому же семейству относится и i940GML.

Чипсет i945GM является самым мощным представителем из мобильных наборов i945. Он поддерживает все процессоры семейства Intel Pentium M/Celeron M, а также одноядерные и двухъядерные модели процессоров.

Кроме того, чипсет поддерживает: частоты процессорной шины 533 и 667 МГц, встроенную графику Intel GMA 950, внешний видеоадаптер PCI Express x16, один или два канала DDR2 533/667 с максимальным объемом памяти 4 Гбайт.

Чипсет i945PM не имеет встроенных графических средств, но предусматривает наличие внешнего видеоадаптера PCI Express x16. Остальные параметры совпадают с i945GM.

Чипсет i915GMS специально разработан для ноутбуков малого форм-фактора, рассчитанного на энергоэкономичные модели мобильных процессоров.

Остается добавить, что для управления периферийными устройствами в базовых комплектах перечисленных моделей мобильного чипсета i945 предусмотрено использование компонента ICH7-M. Он поддерживает работу двух портов Serial ATA-150 и одного порта Parallel ATA-100, до восьми портов USB 2.0, аудиосистемы Intel High Definition Audio (Azalia) и AC’97 2.3 (до трех кодеков), 10/100 Mbit Ethernet LAN, 7 PCI и 4 PCI Express x1 для карт расширений, и т. п. Кроме того, поддерживаются технологии энергосбережения, включая технологию Intel Display Power Saving Technology.

Оценивая функциональные возможности чипсета i945, необходимо отметить поддержку беспроводного способа подключения к сети для скоростной передачи данных. Это нашло свое воплощение в следующей версии технологии Intel Centrino.

Рис. 4.  Архитектура мобильного компьютера с чипсетом i945GM

Одновременно с семейством чипсета i945 для мобильных компьютеров, как и ранее в случае i915, был объявлен и выпущен набор микросхем системной логики Intel 940GML Express (i940GML). Этот сравнительно недорогой чипсет оптимизирован для использования с процессорами низкого и сверхнизкого напряжение питания.

Остальные характеристики платформы Napa и появление следующей приведены  в следующей части  данной статьи. 
    

>>    Часть 5  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Все приведенные функции, впервые были реализованы в настольных системах, созданных на основе моделей семейства настольного набора микросхем системной логики аналогичного наименования — i915, а также настольного чипсета i925. Теперь эти же возможности реализованы и средствами нового высокопроизводительного мобильного чипсета i915 (Рис. 3), представленного тремя версиями:

• i915GM,
• i915PM,
• i915GMS.

Структура мобильного компьютера с чипсетом i915GM представлена на рис. 3

Рис. 3.  Архитектура мобильного компьютера с чипсетом i915GM

Чипсет i915PM не имеет встроенных графических средств, но предусматривает возможность подкдючения внешнего видеоадаптера PCI Express x16. Он поддерживает процессоры Intel Pentium M, Intel Pentium M (LV), Intel Pentium M (ULV), Intel Celeron M, Intel Celeron M (ULV) с процессорной шиной 533 или 400 МГц и один или два канала DDR2 333/400/533.

Чипсет i915GMS специально разработан для ноутбуков малого форм-фактора, рассчитанного на энергоэкономичные модели процессоров Intel Pentium M (LV), Intel Pentium M (ULV), Intel Celeron M (ULV). Он имеет встроенные средства Intel GMA 900 с производительностью в 1,4 раза больше i855GME (следует обратить внимание, что у i915GM — в 2 раза). Кроме того, чипсет i915GMS поддерживает шину только 400 МГц (у i915GM — и 400 МГц, и 533 МГц) и только один канал памяти DDR2 400 МГц (у i915GM — и DDR2 400, и DDR2 533).

Остается добавить, что для управления периферийными устройствами в базовых комплектах перечисленных моделей мобильного чипсета i915 предусмотрено использование компонента ICH6-M. Он поддерживает работу двух портов Serial ATA-150 и одного порта Parallel ATA-100, до восьми портов USB 2.0, аудиосистемы Intel High Definition Audio (Azalia) и AC’97 2.3 (до трех кодеков), 10/100 Mbit Ethernet LAN, шины PCI и PCI Express x1 для карт расширений и т. п. Кроме того, поддерживаются технологии энергосбережения, включая технологию Intel Display Power Saving Technology 2 (Intel DPST 2), обеспечивающую снижение энергопотребления LCD-дисплеев. Встроенные видеосредства предоставляют возможность просмотра двух независимых изображений при подключении внешнего монитора или панели к ноутбуку.

Оценивая функциональные возможности чипсета i915, необходимо отметить поддержку беспроводного способа подключения к сети для скоростной передачи данных. Это нашло свое воплощение в новой версии технологии Intel Centrino.

Одновременно с семейством чипсета i915 для мобильных компьютеров в рамках платформы Sonoma был объявлен и выпущен набор микросхем системной логики Intel 910GML Express (i910GML). Этот сравнительно недорогой чипсет оптимизирован для использования с процессорами Intel Celeron M и Intel Celeron M Ultra Low Voltage (ULV — сверхнизкое напряжение питания).

Дальнейшее совершенствование процессоров и чипсетов потребовало внесения соответствующих корректив и в архитектуру систем.

В следующей части  данной статьи описаны особенности платформы Napa — третьей платформы Centrino. 
    

>>    Часть 4  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Рассматривая особенности перечисленных чипсетов, необходимо отметить, что при использовании в мобильном компьютере модулей оперативной памяти типа DDR 333 интегрированное графическое решение i855GME демонстрирует более высокую производительность, чем графическое решение в i855GM. В чипсете i855GME использован встроенный 32-разрядный 3D/2D графический адаптер с частотой до 250 МГц, бикубической фильтрацией, Video Mixer Rendering или разъем AGP 4X (для установки внешнего графического адаптера).

Среди перспективных энергосберегающих технологий следует отметить технологию Intel Display Power Saving Technology (Intel DPST). Применение этой технологии позволяет снизить энергопотребление жидкокристаллической панели дисплея до 25%. Это достигается рядом встроенных в видеосредства функций, например, за счет снижения частоты графического ядра при работе от батарей. Кроме того, имеется возможность автоматического анализа выводимого изображения и уровня окружающей освещенности. По результатам анализа аппаратно-программные средства, основу которых составляет чипсет, осуществляют автоподстройку яркости экрана без существенного снижения качества выводимого изображения, но при экономии энергии автономного энергопитания. 

Рис. 2.  Архитектура мобильного компьютера с чипсетом i855GME

Однако сравнительно скоро процессор с ядром Banias сменило новое изделие Intel, основой которого послужило ядро Dothan, являющееся модификацией Banias. Новое ядро было создано по технологии 90 нм.

В результате появления нового процессора платформа Carmel получила дальнейшее развитие. Однако она не могла обеспечить реализацию всех достоинств нового процессора, сохранившего, кстати, наименование Intel Pentium M.

Платформа Sonoma

В 2005 году была разработана платформа Sonoma, которая стала вторым вопрощением Centrino. Эта платформа определяет референс-дизайн мобильных систем. Ее основой стал чипсет с кодовым наименованием Alviso, получивший в дальнейшем наименование Alviso Mobile Intel 915 Express (далее i915).

В платформе Sonoma и чипсете i915 нашли воплощение перспективные разработки, уже проверенные в настольных системах, созданных на основе настольных чипсетов семейства аналогичного наименования.

Прежде всего, это реализованные для мобильных решений поддержка:

• двух- или одноканальных подсистем памяти DDR2 400/533 с полосой пропускания до 8,5 Гбайт и общим объемом до 2 Гбайт;
• внешних видеоадаптеров, подключаемых посредством шины PCI-Express x16 с пропускной способностью по 4 Мбайт в оба направления (8 Гбайт против чуть более 2 Гбайт у AGP 8X),
• средств встроенной графики Intel Graphics Media Accelerator 900 (Intel GMA 900) с двукратной производительностью ядра Extreme Graphics 2, использованного в аналогичных средствах чипсетов семейства i855.

Для управления вводом/выводом использованы шина PCI Express x1 для карт расширений, обеспечивающая в два раза большую пропускную способность по сравнению с традиционной PCI, а также интерфейс Serial ATA для накопителей, технологии AC’97 2.3 и Intel High Definition Audio (32 бит, до 192 кГц, восьмиканальный звук стандарта 7.1, технологии Dolby) и т. п.

Остальные особенности платформы Sonoma —  в следующей части  данной статьи. 
    

>>    Часть 3  
      

Евгений Рудометов 
 

По оценкам аналитиков IDC доля рост рынка мобильных ПК сохраняет высокие темпы. Уже в 2010 году свыше 50% всех продаваемых в ЕМЕА компьютеров - мобильные устройства. Среди которых основная доля - ноутбуки традиционных форматов.

Развитие российского компьютерного рынка представлено на Рис. 1.

Рис. 1.  Развитие российского компьютерного рынка

Оценивая темпы развития рынка мобильных устройств, необходимо отметить, что успех ноутбуков в первую очередь объясняется быстрым развитием полупроводниковых технологий и микроархитектуры процессорных ядер. Появление более совершенных моделей центральных процессоров позволяет снижать энергопотребление и увеличивать скорость обработки информации, которая долгое время определялась в основном тактовыми стотами процессора.

Однако в результате быстрой эволюции полупроводниковых технологий рост частоты перестал быть основной целью конструкторов мобильных изделий. Вместо этого критерием стала «производительность на ватт» затраченной энергии. Смена критерия потребовала переработки внутренних структур основных микросхем. Для их поддержки были внесены соответствующие изменения и в архитектуру платформенных решений. Концентратом реализованных  изменений стала технология Intel Centrino, прошедшая вместе с эволюцией мобильных платформ несколько стадий.

Платформа Carmel

Первое поколение решений, основанных на новых принципах, появилось вместе  с бендом Intel Centrino в 2003 году. Здесь следует напомнить, что соответствующий логотип допустимо было ставить только на те изделия, в которых были установлены:

• процессор Intel Pentium M (ядро Banias),
• чипсет линейки i855 (Рис. 2),
• модуль беспроводной передачи данных Wi-Fi от Intel.

Платформа для таких ноутбуков получила наименование Carmel.

Чипсет Intel 855 (i855) представлен тремя вариантами. По аналогии со своим предшественником i852 они получили следующие наименования:

• i855GME,
• i855GM,
• i855PM.

Первый, самый мощный вариант чипсета имеет встроенные графические средства и предусматривает поддержку внешнего видеоадаптера AGP 4X. Он поддерживает процессорную шину с частотой передачи данных 400 МГц, оперативную память типа DDR 333/266/200 с общим объемом до 2 Гбайт.

Второй вариант чипсета имеет встроенные графические средства и не предусматривает поддержку внешнего видеоадаптера. Этот чипсет также поддерживает процессорную шину с частотой 400 МГц, оперативную память типа DDR 200/266, объемом до 2 Гбайт.

Третий вариант чипсета уже не имеет встроенных графических средства, но предусматривает поддержку внешнего видеоадаптера AGP 4X. Поддерживает процессорную шину с частотой 400 МГц, память типа DDR 333/266/200, объемом до 2 Гбайт.

Остальные особенности платформы Carmel и появление следующей —  в следующей части  данной статьи. 
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

Возможности настольных и мобильных компьютеров в значительной степени зависят от характеристик центрального процессора (ЦП, процессор). Именно этот важнейший элемент выполняет команды системных и прикладных программ, обеспечивая решение разнообразных вычислительных и мультимедийных задач.

Остается добавить, что от скорости обработки этих команд, сравнительно сильно зависят возможности всей компьютерной системы.

Оценивая характеристики современных процессоров, необходимо отметить, что повышение их производительности уже несколько лет осуществляется в основном за счет увеличения числа ядер, а также за счет совершенствования полупроводниковых технологий и внутренней микроархитектуры. Это, кстати, касается моделей процессоров всех типов массовых компьютерных систем:

• настольных,
• мобильных,
• серверов.

По этому пути пошли все производители, включая компанию Intel, которая является одним из лидеров в области компьютерных и полупроводниковых технологий.

В разработке и производстве своих изделий компания Intel использует специальную стратегию развития, получившую наименование Tick-Tock. Она предусматривает поэтапное внедрение новых технологических процессов (техпроцессов) и новых микроархитектур. При этом каждая процессорная микроархитектура перед запуском в массовое производство отрабатывается сначала на текущем техпроцессе, а потом уже новый техпроцесс отлаживается на зрелой микроархитектуре процессорных ядер.

Рис. 1.  Эволюция техпроцессов и микроархитектур

Так, например, в соответствии с указанной стратегией Tick-Tock в 2006 году были представлены процессоры с микроархитектурой Core. На ее основе были выпущены линейки процессоров, получивших кодовое имя Merom и созданных по технологии 65 нм. Их сменили изделия, созданные по технологии 45 нм и получившие имя Penryn.

В дальнейшем по микроархитектуре с кодовым именем Nehalem были выпущены линейки моделей процессоров Nehalem (45 нм) и Westmere (32 нм).

Каждая из разработок обладала своими особенностями, однако именно начиная с моделей линейки Westmere, процессоры к встроенному контроллеру памяти получили еще и интегрированную графику. А это означает перенос функций северного моста чипсета непосредственно в процессор. Как результат, переход от трехчиповой архитектуры компьютерных систем, предусматривающей использование с процессором еще и двух специализированных микросхем (двух микросхем чипсета), к двухчиповой — процессор и всего одной микросхемы чипсета (однокомпонентного чипсета).

Процессоры, созданные на основе указанных разработок, вышли на рынок под следующими именами:

• Intel Core i7,
• Intel Core i5,
• Intel Core i3.

Для недорогих же бюджетных решений были созданы и выпущены соответствующие недорогие модели процессоров:

• Intel Pentium,
• Intel Celeron.

Следующий этап развития процессорных микроархитектур и технологических процессов представлен  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Как отмечают специалисты Cisco разного уровня, с технологической точки зрения, человечество вошло в “посткомпьютерную эру”. Люди стали применять в работе  множество разных устройств, приложений и операционных систем, и в этих условиях будущее — за сетевой архитектурой.

Более того, лозунг «Сеть, объединяющая людей» (Human Network) стал уже реальностью для многих пользователей стационарных и мобильных и компьютерных устройств, включая современные планшеты, телефоны и смартфоны.

Несколько лет назад компания Cisco заявила о том, что за счет применения архитектурного подхода намерена стать абсолютным лидером рынка совместной работы. С тех пор Cisco последовательно и планомерно реализует данную стратегию, интегрируя и унифицируя различные компоненты совместной работы при постоянном совершенствовании их параметров и расширении их возможностей.

Сегодня аппаратно-программные средства совместной работы должны обеспечивать пользователям возможность работы на любом устройстве, в любом месте, в любое время, с любым приложением и любым контентом. Именно такая концепция воплощена в современных решениях компании Cisco.

А недавно компания анонсировала новые, еще более совершенные решения, повышающие эффективность совместной работы в “посткомпьютерную эпоху” (post-PC era). Эти перспективные решения устраняют коммуникационные ограничения, создаваемые традиционными персональными компьютерами (PC), давая пользователям возможность заниматься совместной работой в любом месте и в любое время с помощью любого устройства и приложения.

Усовершенствования соответствующих технологий Cisco — от Cisco WebEx до Cisco Jabber — помогут изменить методы доступа к расширенным облачным услугам, предоставив сотрудникам простые и удобные способы прямого взаимодействия друг с другом из повседневно используемых веб-приложений.

В частности, Cisco анонсировала решение Cisco WebEx нового поколения с новыми возможностями видео высокого разрешения и расширенными мобильными функциями, создающими для сотрудников новые способы взаимодействия. При этом Cisco расширила адресуемый рынок облачных конференций с помощью новой базовой версии WebEx, предоставляемой бесплатно и поддерживающей небольшие конференции (не более трех участников).

Кроме того, Cisco трансформирует рабочие места, меняя способы совместной работы через веб-приложения. В настоящее время, работая в офисе или в мобильном режиме, люди пользуются множеством приложений для совместной работы, позволяющих общаться различными способами: с помощью мгновенных сообщений, голосовой связи или видео.

Новый программный модуль (плагин) для Cisco Jabber, бесплатно загружаемый по сети, может значительно облегчить совместную работу. Этот модуль предоставит функции совместной работы десяткам миллионов пользователей, работающих с браузерами под управлением операционных систем Windows и Mac.

Неоходимо отметить, что решение Cisco WebEx и недавно анонсированные решения Cisco TelePresence для малых и средних предприятий смогут доставлять облачные услуги через облако совместной работы Cisco Collaboration Cloud.

Тема новейших решений Cisco продолжена  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Специалисты Cisco отметили, что видео увеличивает долю рынка решений для совместной работы, который уже сейчас достиг 34 млрд. долларов. С 2000 по 2005 год скорость его роста в среднем была 6% в год, а в 2006-2012 гг она увеличилась до 23%. Доля компании Cisco на этом рынке постоянно растет. Действительно, в 2010 году она составляла 47%, а сейчас достигла 52%. Ближайший конкурент — Polycom — снизил свою долю с 32% до 29%.

Согласно сделанному специалистами Cisco прогнозу в 2013 году 90% глобального сетевого трафика будет приходиться на видео. В свою очередь общий объем трафика достигнет 55 экзабайт. И действительно, этот прогноз подтверждается: в 2011 году процент видео в общем трафике составил уже около 70%.

Основой же всех видеосервисов, является популярная во всем мире платформа Cisco Unified Communications, унифицирующая коммуникации, предоставляющая необходимые сервисы и обеспечивающая  совместную работу сотрудникам вне зависимости от того, где они физически находятся: в головном офисе, филиале или в любом другом месте.

Специалисты Cisco отметили, что на рынке совместной работы компания Cisco действует с особым успехом. Достаточно отметить, что в первом квартале 2012 финансового года, который завершился 29 октября, объем заказов на перспективные продукты и решения Cisco для совместной работы вырос, по сравнению с аналогичным периодом предыдущего финансового года, на 16 процентов. Годовая же выручка в данной области составила 4,3 млрд долларов США.

Необходимо также отметить, что рост продаж решений Cisco для совместной работы стимулирует рост и в других сегментах бизнеса компании. Так, по оценкам самой компании Cisco, на каждый доллар, вырученный от продаж голосовых технологий, корпорация получает два доллара от сетевых апгрейдов, то есть в два раза больше.

В области же видео соотношение выглядит еще более впечатляющим. Здесь каждый доллар, заработанный Cisco на технологии и решениях TelePresence, приносит ей 5-7 долларов дополнительных доходов от модернизации сетей. При этом за год рыночная доля компании в сегменте TelePresence выросла на 8,1 процента, а в области корпоративной голосовой связи она увеличилась на 2,4 процента.

Сегодня необходимо обеспечить людям возможность работать любым удобным способом на любом имеющемся под рукой устройстве в любом месте: дома, в дороге или в офисе. При этом имеется в виду, что рабочее место становится все более мобильным, социальным, визуальным и виртуальным.

По мнению специалистов Cisco, наилучший подход к совместной работе — архитектурный, ибо он позволяет использовать в работе множество разнообразных устройств с разными операционными системами и приложениями в гибкой и безопасной среде, в том числе облачной.

В следующей части  данной статьи — Human Network и post-PC era, а также WebEx, Jabber и т. п.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 5 
  

Производительность

Конфигурация систем, используемых в тестировании:

• Материнская плата 1 — Gigabyte GA-EX58-UD4 (Чипсет iX58),
• Материнская плата 2 — Gigabyte GA-EX58-EXTREME (Чипсет iX58),
• Процессор — Intel Core i7 920
  (Число ядер — 4, Частота ядра — 2,66 ГГц, Кэш-память L2 — 4×256 Кбайт, L3 — 8 Мбайт, Разъем — LGA1366),
• Оперативная память — 6 DDR3-1600,
• Видеоподсистема — GeForce GTX 285,
• Жесткий диск — Seagate HDD 1000 Гбайт, 7200 об/мин, SATA2,
• Операционная система — Microsoft Windows VISTA.

В Таблице 2 представлены показатели производительности GA-EX58-UD4 в сравнении с  флагманской моделью линейки плат Gigabyte, созданной на основе флагманского чипсета Intel X58, — GA-EX58 Extreme.

Таблица 2.  Результаты тестов  

Поддерживает плата и режимы разгона, что позоляет повысить частоты функционирования комплектующих (Рис. 8).

Рис. 8. Разгон процессора на плате GA-EX58-UD4

Итак, как следует из приведенных результатов тестирования, материнская плата Gigabyte GA-EX58-UD4, продемонстрировала сравнительно высокие уровни  производительности, практически, не уступающие топовой модели.
   

Материнская плата GA-EX58-UD4 была предоставлена московским офисом компании Gigabyte

В статье были использованы материалы книги: Рудометов Е.А. «Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры» – СПб.: БХВ-Петербург, 2010. – 464с.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 4 
  

В архитектуре материнской платы присутствуют два видеослота PCI Express 2.0 x16 (Рис. 7). Возможно использование еще одного видеослота стандарта PCI Express 2.0 x4. Здесь следует отметить, что слоты спецификации 2.0 обеспечивают удвоенную полосу частот по сравнению с решениями предудущей спецификации. Остается отметить, что наличие нескольких видеослотов (более одного) обеспечивает поддержку режимов SLI/CrossFireX.

Рис. 7.  Реализация нескольких видеослотов в GA-EX58-UD4

Управление устройствами ввода-вывода в материнской плате GA-EX58-UD4 осуществляет ставшая уже традиционной для топовыых плат  микросхема ICH10R.

Кроме традиционных интерфейсов PCI, PCI Express, USB и SATA, она поддерживает еще и функции RAID для накопителей SATA. Данная микросхема содержит контроллеры шести SATA2 (по 3 Гбайт/с), способные работать в RAID-массиве. Однако конструкторам показалось этого мало, и они дополнили ICH10R микросхемой GIGABYTE SATA2. Она, кроме дополнительных двух портов SATA2 с RAID, предоставляет еще и один порт IDE (два устройства).

В архитектуре Gigabyte GA-EX58-UD4 используются один канал Gigabit (10/100/1000 Mbits/s) LAN, созданный на основе микросхемы Real 8111D.

Для поддержки аудиовозможностей использован качественный аудиокодек ALC888 стандарта High Definition Audio с соотношением «сигнал/шум» 106 дБ.  

Энергоснабжение элементов материнской платы Gigabyte GA-EX58-UD4 осуществляется через систему импульсных преобразователей. При этом для процессора предусмотрено 8-канальная схема с двумя полевыми транзисторами на канал, но лишь одним драйвером на два канала, Такая конфигурация означает, что конструкторы фактически использовали 4-канальную схему (Gigabyte называет ее «виртуальной» 8-канальной).

Для повышения экономичности энергопитания используется ехнология Gigabyte DES Advanced. Данная технология подразумевает возможность динамического переключения числа активных фаз в зависимости от загрузки процессора. Кроме того, данная технология позволяет уменьшить уровень теплообразования, что снижает нагрузку на средства охлажденияи даже в режимах разгона.

Для отображения числа активных фаз на плате имеется массив из восьми светодиодных индикаторов, с помощью которого пользователь может отслеживать переключение количества фаз питания процессора в реальном времени.

Питание северного моста чипсета и модулей памяти осуществляется двухканальными преобразователями

Встроенные в архитектуру Gigabyte GA-EX58-UD4 средства мониторинга обеспечивают контроль напряжений, температуры, вращения вентиляторов.

В дополнение к аппаратным средствам в Gigabyte GA-EX58-UD4 реализованы традиционные фирменные разработки:

• @BIOS,
• Q-Flash,
• Virtual Dual BIOS,
• Download Center,
• Xpress Install,
• Xpress Recovery2,
• EasyTune,
• Dynamic Energy Saver Advanced,
• Time Repair,
• Q-Share.
• Часть из них используется в режимах overclocking.

Результаты тестирования материнской платы GA-EX58-UD4 приведены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 6 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Материнская плата GA-EX58-UD4 относится, по сути, к изделиям mainstream топового уровня. Из названия платы (модели UD3 и выше) следует, что в архитектуре платы реализованы  технологии Ultra Durable 3 (Рис. 5). Это означает, что для слоев питания и заземления в  применены проводники удвоенной толщины. Кроме того, в плате использованы твердотельные конденсаторы повышенной надежности. В добавление к этому в преобразователях питающих напряжений применены еще и транзисторы с пониженным сопротивлением канала, а также ферритовые дроссели с низкими потерями.

Рис. 5.  Компоненты Ultra Durable 3

Все это повышает энергоэффективность источников питания и уменьшает теплообразование, что в частности, снижает нагрузку на средства охлаждения.   

Для поддержания оптимальных тепловых режимов основной микросхемы чипсета iX58 и элементов VRM инженеры Gigabyte использовали компактные радиаторы, соединенные тепловыми трубками (технология Silent-Pipe).

Материнская плата, архитектура которой приведена на Рис. 6, осуществляет поддержку высокопроизводительных процессоров Intel Core i7, выпущенных в стандарте подключения LGA1366.

Обеспечению высокой производительности способствует подсистема памяти, рассчитанная на использование модулей памяти DDR3. Соответствующий контроллер встроен не в чипсет, а в процессор Intel Core i7. Варианты модулей зависят от модели процессора. Формально в штатном режиме работы плата поддерживает память DDR3-1333/1066/800. В режиме разгона возможно использование более скоростных моделей памяти.

Рис. 6.  Архитектура материнской платы GA-EX58-UD4

Рассмотрение особенностей архитектуры материнской платы GA-EX58-UD4 продолжено  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 5