Евгений Рудометов 
 

Сравнительно недавно компания Intel выпустила процессоры третьего поколения Intel Core. Данные мзделия были ранее известны как процессоры Ivy Bridge. Они созданы по новейшему технологическому процессу с масштабом литографии 22 нм.

Для поддержки указанных новейших процессоров компанией Intel были созданы и соответствующие наборы микросхем системной логики (чипсеты). Эти элементы, относящиеся к седьмой серии чипсетов, стали основой новых материнских плат, которые в кратчайшие сроки были созданы и выпущены в большом количестве всеми основными производителями данных важнейших компонентов настольных компьютерных систем.  

Не осталась в стороне от этого процесса и компания Gigabyte. Эта компания создала на основе новейших компонентов перспективные модели материнских плат, обеспечивающие поддержку не только новейших процессоров Intel Core i7/i5/i3, Intel Pentium и Intel Celeron третьего (Ivy Bridge, 22 нм) поколения Intel Core, но и их одноименных предшественников, относящихся ко второму (Sandy Bridge, 32 нм) поколению Intel Core.

Одной из таких моделей является материнская плата Gigabyte GA-Z77X-UD5H (GA-Z77X-UD5H), созданная на основе чипсета Intel Z77 Express (Intel Z77) — старшего представителя седьмой серии чипсетов.

Остается добавить, что GA-Z77X-UD5H обладает широким набором функциональных возможностей и относится к изделиям верхнего уровня (High End).

Внешний вид материнской платы GA-Z77X-UD5H представлен на рис. 1. Основные параметры данной платы приведены в таблице 1.

Рис. 1.  Материнская плата Gigabyte GA-Z77X-UD5H

Таблица 1. Основные параметры Gigabyte GA-Z77X-UD5H

Некоторые подробности архитектуры, структуры и основных компонентов материнской платы GA-Z77X-UD5H рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 4 
  

Чипы Arrandale (таблица 1) получают два центральных вычислительных ядра, выполненных по 32 нм технологии, интегрированный контроллер памяти и встроенный графический контроллер, изготовленный с применением 45 нм техпроцесса.

Конструктивно процессоры Arrandale представляют собой многочиповую компоновку на единой подложке. Данные процессоры станут первыми x86-совместимыми мобильными процессорами с интегрированным видеоядром.

Как ожидается, максимальное значение рассеиваемой тепловой энергии (TDP) процессоров Arrandale составит 35 Вт. Здесь надо напомнить, что к традиционному теплообразованию вычислительного ядра необходимо еще прибавить теплообразование контроллера памяти и встроенных видеосредств.

Процессорный блок состоит из монолитного двухъядерного кристалла, выполненный по технологии 32 нм, и кэш-памяти объемом 4 Мбайт. Поддерживаются все свойственные 45-нм поколению процессоров технологии, включая двухпоточные задачи на ядро (развитие Hyper-Threading) и технология ускорения одного из ядер за счет отключения другого (Turbo Boost). Кроме этого компания Intel планирует расширить набор инструкций для ускорения операций шифрования.

Что касается графического ядра, оно будет выпущено по нормам 45 нм и размещено на одном кристалле с двухканальным контроллером памяти DDR3-1333 МГц. Снижение норм техпроцесса позволит поднять рабочую частоту видеопроцессора, а тесная интеграция обещает уменьшение латентности при обращении к графическому ядру, а также повышение пропускной способности шины графической памяти.

Конечно, можно уделять много внимания важнейшим комплектующим, однако ни один компьютер не обходится без внешних интерфейсов, от работы которых зависит эффективность всей системы. Именно поэтому инженеры большое внимание уделяют их совершенствованию, улучшая как традиционные средства, так и создавая новые.

Уже к традиционных интерфейсам относятся, например, USB. Несмотря на его популярность, уже сравнительно давно стало понятно, что стандарт USB 2.0 перестал удовлетворять возросшим требованиям высокопроизводительных систем. Отвечая на запросы рынка, конструкторы активно внедряют в свои разработки новый вариант стандарта USB — USB 3.0, десятикратно увеличивший скорость передачи информации.

Для поддержки новейших HDD, таких как 2 Тбайт Seagate Barracuda XT, используется интерфейс SATA 6 Гбит/сек. Соответствующие модели материнских плат уже выпустили ряд производителей, среди которых компания Gigabyte, представившая линейку плат GA-P55.

Не забыты и другие интерфейсы. Так, например, уже разработаны изделия с видеошиной PCI Express 3.0, продолжают развиваться многоканальные варианты Wi-Fi и WiMAX.

Но пожалуй самой интересной разработкой является новый интерфейс, названный Light Peak. В этой технологии высокоскоростной передачи данных используется оптический кабель. Как утверждается, технология будет готова к массовому производству в 2010 году. Предполагается, что она свяжет между собой ноутбуки, дисплеи высокой четкости, камеры, мультимедийные плееры, док-станции и накопители. Помимо высокой скорости, к достоинствам новой технологии относятся уменьшенные размеры разъемов, более тонкие, длинные и гибкие кабели, чем были доступны до сих пор (рис. 7).

Рис. 7. Чип Light Peak

Характеристики Light Peak приведены в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 6  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Выпуск все более совершенных и функциональных процессоров стал возможен благодаря регулярной модификации полупроводниковых технологий.

В настоящее время компания Intel находится в завершающей стадии внедрения технологии массового производства с нормами 32 нм. Однако компания Intel уже опробовала опытный выпуск полупроводниковых чипов, созданных по нормам 22 нм. Ими традиционно стали чипы памяти SRAM.

Микросхемы SRAM, произведенные с применением техпроцесса 22 нм — это массив ячеек памяти емкостью 364 млн бит из 2,9 млрд транзисторов (рис. 6), где каждая ячейка SRAM занимает площадь 0,092 кв. мм. Это примерно вдвое больше плотности, достигаемых при работе с 32-нм техпроцессом.

Тестирование новых техпроцессов Intel на чипах памяти SRAM и соответствующей логической обвязке в рамках стратегии “тик-так” является шагом перед следующим этапом — выпуском процессоров с соблюдением этих норм производства.

Рис. 6. Пластина с чипами, произведенными по технологии 22 нм

Необходимо отметить, что переход на 22 нм нормы заключался в масштабировании разработок предыдущих поколений на новые, более тонкие нормы производства. Для нового техпроцесса пришлось разрабатывать сложнейшие многослойные фотомаски с фазовым сдвигом, применять иммерсионную (с погружением в жидкость) фотолитографию с двойным проходом и множество других инженерных ухищрений. В дополнение к этому пришлось значительно усовершенствовать сами транзисторы, в которых используются новые специальные материалы.

А первые процессоры согласно традиции появятся примерно через два года. К тому времени среди процессоров утвердится микроархитектура Sandy Bridge, а пока и в настольных, и в мобильных системах доминирующей останется микроархитектура Nehalem.

Первыми мобильными процессорами с микроархитектурой Nehalem стали соответствующие четырехъядерные модели, ранее известные под кодовым именем Clarksfield. Для их поддержки был выпущен чипсет — Mobile Intel PM55 Express Chipset.

А в 2010 году запланирован выход гибридных двухъядерных процессоров Arrandale, созданных по технологии 32 нм (таблица 1).

Таблица 1. Процессоры микроархитектуры Nehalem

Основные характеристики процессоров Arandale приведены  в следующей части  данной статьи. В этой же части рассмотрены некоторые тенденции, связанные с совершенствованием компьютерных комплектующих и узлов.
    

>>    Часть 5  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

В качестве иллюстрации высокой производительности 32-нанометровых процессоров на Форуме была продемонстрирована система, сердцем которой явился шестиядерный процессор с кодовым именем Gulftown.

Данный процессор способен обрабатывать данные в 12 потоков (рис. 4).

Этот процессор может быть установлен во многие модели существующих материнских плат, разработанные на основе Intel X58, конечно, конечно, после соответвующего обновления программного кода BIOS.

Рис. 4. Смена топовой модели процессоров LGA1366

Необходимо отметить, что поставки 32 нм процессоров уже начались. Но  массовые поставки ожидаются в первом квартале 2010 года.

А после Westmere должен выйти следующий 32-нм процессор Intel, созданный уже по следующей после Nehalem микроархитектуре (рис. 1).

Данная разработка известна под кодовым наименованием Sandy Bridge. У одноименного процессора графическое ядро будет уже не просто в одном корпусе с вычислительным ядром, но интегрировано с ним уже на одном полупроводниковом кристалле.

Sandy Bridge будет поддерживать набор команд AVX для ускоренной работы с числами с плавающей запятой, обработки видео и сокращения времени выполнения приложений, интенсивно использующих вычислительные ресурсы, например, мультимедийных программ.

На Форуме были продемонстрированы системы на базе Sandy Bridge, на которых запускались различные приложения по работе с видео и 3D-графикой.

В этом году исполняется 40 лет одному из самых известных законов, определяющих развитие отрасли. В 1969 году Intel Гордон Мур (Gordon Moore), являющийся одним из основателей компании Intel, на основе доступных ему данных предсказал регулярное удвоение числа транзисторов в сложных микросхемах. Теперь это называется законом Мура (Moore’s Law).

Здесь следунт напомнить, каким образом произошло открытие данного закона. Оказывается, все было очень просто.

Журнал по электронике попросил Гордона Мура предсказать развитие полупроводниковой индустрии на следующие 10 лет. Необходимо отметить, что в то время микросхемы, доступные на рынке, содержали до 30 компонент на чипе. Однако в лаборатории был уже 60-компонентный экспериментальный чип. Гордон Мур выполнил экстраполяцию на период 10 лет и получил сформулированную выше закономерность, предсказывающую появление очень сложных чипов с несколькими десятками тысяч транзисторов.

Как оказалось, предсказание на несколько лет вперед темпа усложнения архитектуры электронных чипов оказалось намного более точным, чем кто-либо ожидал.

Рис. 5. Закон Мура

Остается напомнить, что все это стало возможным благодаря регулярным улучшением полупроводниковых технологических процессов.

В дальнейшем период смены технологий был откорректирован и определен в два года, и с удивительным постоянством соблюдается уже не один десяток лет.

Как следствие регулярного уменьшения масштабов, которыми оперируют инженеры, растет плотность размещения транзисторов: плотность размещения транзисторов удваивается каждые два года. А следствием этого процесса является возможность усложнять архитектуру процессоров.

Все зто стало возможным благодаря регулярной модификации полупроводниковых технологий.

В следующей части  данной статьи приведены некоторые планы по совершенствованию полупроводниковых техпроцессов и микроархитектур.
    

>>    Часть 4  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Подтверждением реальности данных планов стала демонстрация работающих систем с 32 нм процессорами следующего после процессоров с кодовым наименованием Nehalem поколения, получивших кодовое наименование Westmere (рис. 2). Об этом объявили специалисты Intel на прошедшем Форуме.

Рис. 2. Ключевые особенности Westmere

Уменьшение размеров транзисторов при переходе на меньшие технологические (литографические) нормы приводит к уменьшению размеров кремниевых кристаллов, на которых размещаются все процессорные схемы. Это позволяет с одной пластины получать большее число кристаллов, являющихся основой процессоров.

Таким образом, пререход на новый техпроцесс, обеспечивает снижение себестоимости процессоров.

Процессоры Westmere поддерживают:

• технологию Turbo Boost,
• технологию Hyper-Threading,
• шифрование и дешифрование по алгоритму AES.

Следствием внедрения 32 нм технологии в процессостроение стала возможность объединения в едином корпусе процессорных ядер и GPU.

Учитывая изменения, произведенные во внутреннем устройстве процессоров Westmere,  по сравнению с решениями на Penryn упрощается проектирование компьютеров со встроенной графикой и уменьшается размер печатной платы при переходе от решений с Penryn к Westmere (рис. 3).   

Рис. 3. Эволюция архитектуры компьютеров от систем с Penryn к системам с Westmere

Остается добавить, что уменьшение размера транзисторов увеличивает скорость их срабатывания. Это положительно отражается на функциональных возможностях процессора, а следовательно, и всей компьютерной системы.

По официальным данным, эта величина возросла на 22%, что обеспечивает пропорциональный рост числа операций, выполняемых за единицу времени процессорными цепями, а следовательно, увеличивает общую производительность.

В следующей части  данной статьи приведены некоторые характеристики шестиядерного процессора, созданного по технологии 32 нм.
    

>>    Часть 3