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 
  

При разработке ультрабуков создатели концепции настоятельно рекомендуют соблюдать следующие конструктивные и функциональные характеристики:

• толщина систем с экранами менее 14 дюймов — не более 18 мм,
• толщина систем с экранами более 14 дюймов — не более 21 мм,
• продолжительное время автономной работы — более 5 часов для систем с центральными процессорами Intel Core 2-го поколения (Sandy Bridge) и более 8 часов для систем с Intel Core 3-го поколения (Ivy Bridge),
• быстрый выход из режима сна — менее 7 секунд,
• присутствие скоростных портов USB 3.0 или Thunderbolt,
• использование встроенных систем эффективной защиты информации и самих ультрабуков.

В качестве же основы таких систем выступают специально разработанные для ультрамобильных решений энергоэкономичные модели процессоров Intel с низкими и ультранизкими уровнями энергопитания и с низкими уровнями тепловых пакетов (TDP).

Несмотря на эти особенности, данные элементы являются еще и относительно высокопроизводительными изделиями.

Для поддержки этих процессоров для ультрабуков разработаны сверхкомпактные платформы, основой которых послужили соответствующие чипсеты этого же производителя. Дополненные компактными вариантами компьютерных комплектующих, они обеспечивают широкий набор функциональных возможностей.  

Итак, мобильные системы, удовлетворяющие указанным выше требованиям, формируют новый класс сверхкомпактных ноутбуков, модели которых получили право именоваться «ультрабуками».

Здесь необходимо подчеркнуть, что «ультрабук» — это торговая марка, собственником которой является компания Intel. Используя этот факт, именно эта компания оценивает и сертифицирует соответствующие модели сверхкомпактных ноутбуков, созданных и выпущенных другими компаниями, предоставляя право именовать их ультрабуками.

Поддерживая концепцию Intel, связанную с объявлением и поддержкой нового класса ноутбуков, о выпуске собственных моделей сверхкомпактных, сверхлегких, высокопроизводительных ноутбуков — ультрабуков объявили все основные игроки сектора компактных мобильных компьютеров, имеющих соответствующий опыт в разработке, выпуске и обслуживании ноутбуков разного класса.

В следующей части  данной статьи рассмотрены некоторые проблемы и приведены оценки.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

В процессе развития компьютерных технологий крупнейшие компании IT-отрасли активно участвовали и продолжают участвовать во всех этапах разработки и выпуска перспективных решений. В результате их созидательной деятельности  увеличивается производительность и расширяются  функциональные возможности создаваемых устройств.

Нередко благодаря совместным усилиям появляются революционные технологии, которые коренным образом изменяют не только внутреннюю архитектуру изделий, но часто даже и сценарии их использования. Особенно это касается мобильных компьютерных систем, которые уже ряд лет обгоняют в своем развитии и выпуске изделия других секторов рынка IT.

В качестве иллюстрации достаточно вспомнить появление и последующее развитие Intel Centrino. Это существенно расширило коммуникационные возможности мобильных систем. Кроме того, технология Intel Centrino и созданные на ее основе системы способствовали развитию соответствующей инфраструктуры и даже всей отрасли IT, стимулируя работу ученых, инженеров, технологов разных стран.

Необходимо отметить, что это далеко не единственный случай влияния указанной компании на развитие отрасли. Можно найти еще много подобных примеров, среди которых и новые технологии, и новые компоненты, и рекомендуемые варианты решений, и даже готовые семплы.

А сравнительно недавно компания Intel выступила инициатором новой концепции развития сверхкомпактных ноутбуков. Эта концепция предусматривает максимальную унификацию решений и выполнение ряда требований к конструкции и функциональности мобильных компьютеров.

В частности, указанная концепция Intel предусматривает:

• использование легких цельнометаллических корпусов, что придает необходимую жесткость и прочность изделиям, а также улучшает температурные условия эксплуатации компьютерных комплектующих, 
• использование несъемных аккумуляторных батарей, что упрощает и облегчает всю конструкцию,
• применение для подсистем хранения данных накопителей SSD или гибридных накопителей,
• использование для связи скоростных вариантов Wi-Fi.

При этом настоятельно рекомендуется соблюдать следующие конструктивные и функциональные характеристики:

• толщина систем с экранами менее 14 дюймов — не более 18 мм,
• толщина систем с экранами более 14 дюймов — не более 21 мм,
• продолжительное время автономной работы — более 5 часов для систем с центральными процессорами Intel Core 2-го поколения (Sandy Bridge) и более 8 часов для систем с Intel Core 3-го поколения (Ivy Bridge),
• быстрый выход из режима сна — менее 7 секунд,
• присутствие скоростных портов USB 3.0 или Thunderbolt,
• использование эффективных систем защиты информации и самих ультрабуков.

В качестве же основы таких систем выступают специально разработанные для ультрамобильных решений высокопроизводительные процессоры Intel, поддержанные соответствующими чипсетами этого же производителя.     

Мобильные системы, удовлетворяющие указанным требованиям, формируют новый класс сверхкомпактных ноутбуков, модели которых получили право именоваться «ультрабуками» (от англ. ultrabook).

Согласно информации Intel, в настоящее время разрабатываются сотни моделей ультрабуков.

В следующей части  данной статьи приведены подробности, связанные с ультрабуком IdeaPad U300s, выпущенным на рынок компанией Lenovo.
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

Как следует из описания мобильных чипсетов, часть из них имеют интегрированные в их состав графические средства, другие же варианты предусматривают использование внешних видеоадаптеров, созданных на основе использования дискретных элементов, главным из которых является графический процессор (GPU).

В свете стремления к снижению энергопотребления компьютерных компонентов следует напомнить, что в наборах микросхем системной логики реализуют оптимальное управление частотой ядра трехмерной графики видеосредств, осуществляющих вывод видеоинформации на экран.

В результате обеспечено снижение энергопотребления трехмерной графики и вывода оптимального изображения на экран в зависимости от потребностей приложения.

Кроме того, в зависимости от настроек технологии энергосбережения Intel Display Power Saving и используемых аппаратных средств обеспечивается значительное снижение энергопотребление подсветки дисплея мобильной компьютерной системы. Как утверждают разработчики, это снижение может достигать 25%. Эта сравнительно немалая экономия сопровождается минимальными, почти незаметными, потерями качества изображения.

Необходимо также отметить поддержку чипсетами технологии Intel Dual-Frequency Graphics. Эта технология обеспечивает пониженное энергопотребление интегрированной графической подсистемы.

Остается упомянуть, что высокая степень интеграции, обеспеченная постоянным совершенствованием технологических процессов, позволяет создавать более тонкие и легкие по сравнению с предшественниками мобильные компьютеры.

Что же касается производительности систем, то ее уже более чем достаточно не только для выполнения офисных приложений, но и решения большинства мультимедийных задач, например, просмотра видео. А в двухъядерных системах – еще и видео стандартов HD.

Все перечисленное является только частью преимуществ интегрированных средств, реализованных инженерами компании Intel. Эта компания контролирует с помощью своих изделий более трех четвертей (по некоторым данным более 80%) современного компьютерного рынка мобильных решений.

Однако необходимо отметить, что определенные преимущества имеют и решения, в основе которых лежат дискретные варианты видеосредств, представленных соответствующими миниатюрными видеоадаптерами.

Учитывая, что графический процессор дискретного видеоадаптера  пространственно отделен от ядра компонента North Bridge (MCH), появляется реальная возможность обеспечить оптимальные условия для эксплуатации за счет улучшения:

• электромагнитной совместимости,
• тепловых режимов и т. п.

Это благотворно сказывается на качестве выводимого видеоизображения при высоких частотах работы компонентов графической подсистемы, что требуется для качественного видеовоспроизведения при высоких параметрах разрешениях.

А еще использование внешних видеоадаптеров предоставляет возможность обеспечить более высокие уровни производительности.

Однако большие уровни производительности часто достигаются за счет повышения энергопотребления и ухудшения ряда потребительских параметров, к которым относятся, например:

• вес компьютерной системы,
• габариты компьютерной системы,
• время автономной работы от встроенных батарей и т. п.

Конечный выбор решения интегрированного или дискретного — зависит от поставленных задач, также как и то, каким платформам (и чипсетам) следует отдать предпочтение. 
    

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

В дополнение к уже описанным характеристикам микросхем North Bridge трех вариантов мобильных чипсетов семейства i915 остается добавить еще и характеристики South Bridge.

Для управления периферийными устройствами в базовых комплектах перечисленных моделей мобильных чипсетов семейства i915 в качестве South Bridge предусмотрено использование мобильного компонента ICH6-M, отвечающего за связь компьютерной системы с устройствами ввода/вывода (ICH6-M – хаб вввода/вывода).

Компонент ICH6-M, используемый в составе всех трех вариантов мобильных чипсетов семейства i915, поддерживает работу следующих встроенных в его состав контроллеров и технических средств:

• до двух портов Serial ATA-150,
• 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, мобильными чипсетами семейства i915 поддерживаются технологии энергосбережения, включая технологию Intel Display Power Saving Technology 2 (Intel DPST 2), обеспечивающую снижение энергопотребления LCD-дисплеев.

Встроенные в данные мобильные чипсеты видеосредства предоставляют возможность просмотра двух независимых изображений при подключении внешнего монитора или панели к ноутбуку.

Оценивая функциональные возможности мобильных чипсетов семейства i915, необходимо отметить поддержку беспроводного способа подключения к сети для скоростной передачи данных. Это нашло свое воплощение в очередной версии технологии Intel Centrino (пожалуй, корректнее – комплект Intel Centrino).

Таким образом, у Intel Centrino, как и в случае предыдущей версии, по-прежнему три элемента:

• мобильный процессор Intel,
• мобильный чипсет Intel,
• модуль беспроводной передачи данных Wi-Fi.

Компоненты Intel Centrino мобильной платформы Sonoma представлены на рис. 4.

Рис. 4.  Компоненты Intel Centrino платформы Sonoma

В следующей части  данной статьи продолжено рассмотрение основных характеристик мобильных чипсетов семейства i915. 
    

>>    Часть 5  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Рассматривая эволюцию чипсетов от Intel, следует обратить внимание, что при реализации мобильных решений нередко использовались настольные варианты, даже в случае объявления и последующего выпуска именно специальных мобильных моделей чипсетов.

Как правило, это делалось по экономическим соображениям. Дело в том, что мобильные варианты, как правило, имели более высокую цену. Однако было бы ошибкой считать, что все мобильные наборы микросхем системной логики того времени были исключительно клонами своих настольных аналогов.

Как пример отдельной разработки, не копирующей настольный прототип, можно привести чипсет i440MX. Этот вариант, созданный на основе i440BX, представлял собой одночиповый вариант, ориентированный исключительно на мобильный рынок.

Структура мобильного компьютера с чипсетом i440MX представлена на рис. 3.

Рис. 3.  Структура мобильного компьютера с чипсетом i440MX

Данный чипсет был ориентирован на поддержку мобильных процессоров Intel Celeron с архитектурой ядра P6, как и у процессоров Intel Pentium II и Intel Pentium III.

Основой внутренней структуры i440MX послужили микросхемы North Bridge и South Bridge чипсета i440BX с сохранением в новой разработке всех функций его прототипа.

Исключением послужила видеоподсистема, которая в новом чипсете представлена решениями на основе PCI в отличие от прототипа, где основой видеоподсистемы послужил порт AGP.

Рассматривая архитектуру и возможности этого решения, следует отметить, что с момента его появления линии чипсетов для настольных и мобильных систем стали расходиться все дальше и дальше. Связано это, прежде всего, с требованиями, налагаемыми процессорами, ориентированными на разные сегменты рынка и по-разному проектируемыми.

Если для настольных решений главное — это производительность, то для мобильных компьютеров на первое место стали выходить параметры связанные с эксплуатацией, из которых важнейшими являются вес и экономичность энергопитания. Именно вес в значительной степени определяет портативность компьютера, а энергоэкономичность системы наряду с емкостью аккумулятора — время автономной работы мобильного устройства.

В связи с этим мобильные процессоры стали проектировать с расчетом на пониженное электропотребление, а функции соответствующих логической и электрической поддержек ложились на соответствующие мобильные чипсеты.

Одним из таких чипсетов стал набор i815EM

В следующей части  данной статьи рассмотрены основные характеристики восьмисотых чипсетов. 
    

>>    Часть 5  
      

Евгений Рудометов 
 

В 1994 г. на рынке чипсетов активно заявила о себе компания Intel со своими изделиями, которые позволили уже через год ей стать доминирующим производителем наборов специализированных микросхем системной логики – чипсетов (от англ. chipset – набор микросхем).

На первом этапе это были чипсеты, созданные для настольных систем. Однако, используя свой опыт, эта компания не упустила свой шанс и с мобильными компьютерами в период начала их массового выпуска. Для мобильных решений она создала ряд удачных мобильных чипсетов, что позволило закрепиться ей в этом секторе рынка.

В дальнейшем, с помощью еще более совершенных разработок компания Intel упрочила свой успех и практически вытеснила конкурентов с этого сегмента рынка, агрессивно захватив и удерживая в последующие годы более трех четвертей объема (в отдельные периоды ее доля составляла более 80%) выпускающихся мобильных чипсетов.

Первым специализированным набором от Intel считается чипсет i82350, поддерживающий шину EISA, и созданный для процессоров класса i386DX и i486.

Однако следует отметить, что он не имел особого успеха, поскольку данная шина не получила распространения. Тем не менее, попытки выпуска настольных и переносных компьютеров, в архитектуре которых использовалась данная шина, все-таки были предприняты. Однако такие системы не стали массовыми, даже на рынке настольных решений, что отразилось на судьбе самого чипсета i82350.

Следующими наборами микросхем системной логики, созданными для поддержки процессоров i486, стали чипсеты:

• i420TX (1992 г.),
• i420EX (1994 г.),
• i420ZX (1994 г.).

Несмотря на то, что эти чипсеты были более удачными, нежели предыдущие, но их все же трудно назвать чипсетами мобильных устройств из-за их архитектуры, функций и особенностей эксплуатации.

Здесь следует напомнить, что в то время мобильными считались любые относительно компактные компьютеры с автономными источниками питания. Что же касается их архитектуры, то за основу обычно брали известные решения с использованием комплектующих настольных компьютеров.

В результате использования комплектующих, созданных для настольных решений, так называемые мобильные устройства получались довольно тяжелыми. Особенно, если вспомнить, что такие решения требовали высокоемких источников автономного энергопитания, которые не отличались особой компактностью и низким весом.

Тем не менее, необходимо отметить, что даже первые, сравнительно несовершенные и не очень легкие изделия, были весьма популярными, поскольку вес 10-15 кг для автономных компьютерных систем тогда не считался чрезмерным и не слишком отпугивал пользователей.

Главное — такие компьютерные системы были сравнительно компактными и относительно мобильными, что позволяло быстро перемещать компьютерные системы и автономно работать от аккумуляторов. Правда, автономная работа длилась совсем недолго: от единиц до десятков минут в зависимости от характера решаемых задач и емкости аккумулятора, питающего подобную компьютерную систему.

Спустя некоторое время были выпущены и даже неплохие, конечно, для своего времени, ноутбуки. Однако настоящий прорыв произошел только после появления процессоров Intel Pentium, которые сменили предыдущих лидеров в лице процессоров i486.

В ряде комплектов электронных элементов, ориентированных на центральные процессоры (ЦП) данного класса, появился чипсет, анонсированный как мобильный набор. Им стал чипсет i430MX (1995 г.).

Основой данного мобильного чипсета i430MX послужил соответствующий настольный вариант, известный под именем i430FX.

Типичная для того времени компьютерная система характеризовалась следующим образом:

• центральный процессор — P75+,
• оперативная память — модули FPM/EDO с максимальным объемом 128 Мбайт при кэшировании только 64 Мбайт.

Отличие мобильных вариантов от настольных решений заключалось в основном в компоненте South Bridge, отвечающей за связь компьютерной системы с устройствами ввода/вывода:

• в настольном варианте использовалась микросхема PIIX,
• в мобильном — более совершенный и компактный компонент MPIIX.

Но по-настоящему популярным среди производителей мобильных систем того времени стал чипсет i430TX.

В следующей части  данной статьи рассмотрены основные характеристики чипсета i430TX, а также его более совершенных преемников. 
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

Оценивая эволюцию персональных компьютеров (ПК), следует отметить, что эти устройства какое-то время были представлены исключительно настольными вариантами с огромными материнскими платами. Их основу составляли множество микросхем, являющихся окружением центрального процессора и определяющих функции системной логики.

На начальном этапе портативные компьютеры были выполнены в виде небольших чемоданчиков и портфелей. Однако в дальнейшем по мере совершенствования архитектур и технологий удалось довести компьютеры, предназначенные для мобильного использования, до размеров книг и блокнотов. В соответствии с размерами первые из них были названы лэптопами (laptop), вторые составили класс ноутбуков (notebook). В дополнение к сказанному необходимо отметить, что указанные мобильные компьютеры во многом унаследовали архитектуру своих настольных прототипов, включая микросхемы системной логики, специализированные наборы которых были названы чипсетами (chipsets).

От согласованной работы этих наборов в значительной степени зависит реализация потенциальных возможностей процессоров, а также и эффективность их взаимодействия с другими элементами и подсистемами компьютера. Поэтому специализированные наборы микросхем, их внутренняя структура и функциональные возможности должны быть тесно увязаны с особенностями архитектуры конкретных вариантов процессоров, на работу с которыми они ориентированы. Кроме того, такие наборы создаются с учетом различных конфигураций компьютеров и возможного разнообразия решаемых задач. Остается добавить, что чипсеты представляют основу материнских плат и во многом определяют функциональные возможности компьютерных систем.

Существуют свои специализированные наборы микросхем системной логики — чипсеты — для каждого поколения процессоров. Более того, для каждого из поколений процессоров может существовать несколько вариантов чипсетов, отличающихся внутренней архитектурой, составом и количеством микросхем, а также фирмой-изготовителем, функциональными возможностями и эффективностью работы такого специализированного набора, в значительной степени определяющего параметры основных подсистем. Именно поэтому анализ структуры, параметров и возможностей чипсетов необходим для обеспечения их оптимального выбора с целью наиболее адекватного соответствия поставленным задачам.

Прежде чем переходить к анализу возможностей наборов микросхем системной логики, необходимо отметить, что развитие их архитектуры позволило сократить число используемых в их составе микросхем. Основой современных мобильных чипсетов в настоящее время являются, за редким исключением, всего два компонента.

Первый представлен микросхемой, получившей наименование North Bridge. Этот компонент, посредством встроенных в него контроллеров определяет работу основных подсистем компьютера, обеспечивая связь между процессором, модулями оперативной памяти, а с некоторых пор и видеоадаптером. Кроме того данный компонент контролирует работу карт расширения, подключаемых к North Bridge, еслиэто предусматривает архитектура чипсета. Еще одной функцией является поддержка связи со вторым компонентом (или компонентами) чипсета.

Этим компонентом является микросхема, называемая South Bridge. С помощью встроенных средств и внешних элементов он обеспечивает контроль за работой большого числа сравнительно медленных периферийных устройств.

Необходимо отметить, что разделение чипсетов на компоненты позволяет разрабатывать специализированные микросхемы. Это обеспечивает эффективное решение задач за счет комбинирования компонентов.

Остается добавить, что одной из основных функций микросхем чипсетов является эффективное управление ресурсами компьютеров. К этим ресурсам относятся многочисленные шины, входящие в состав архитектуры компьютерной системы и потоки передаваемой с их помощью информации. Кроме того, учитывая специфику мобильных систем, чипсеты играют активную роль в управлении и экономии энергоресурсов автономных источников питания.

Рассматривая эволюцию чипсетов мобильных систем, необходимо отметить, что корпорация Intel является основным производителем чипсетов не только для изделий этого рынка, но и для сектора настольных систем, с которых и началась эра специализированных микросхем. И лидерство Intel здесь бесспорно, хотя это дается корпорации не легко.

Однако это было далеко не всегда. Более того, некоторое время Intel вообще не имела своих решений, и настольные компьютеры собирались на основе специализированных наборов других фирм.

В следующей части  данной статьи продолжена тема эволюции, в результате которой появились чипсеты.
    

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 7 
  

Итак, процессоры Intel Core 3-го поколения даже в стандартных частотных режимах обеспечивают весьма высокие уровни производительности в настольных и мобильных системах в широком спектре задач.

Эти уровни существенно превышают аналогичные показатели процессоров Intel Core 2-го поколения. Об этом свидетельствуют приведенные результаты оценки производительности для новых моделей и их предшественников.  

На основе этих данных можно сделать вывод, что новые процессоры компании Intel действительно обладают очень высокими параметрами. Они обеспечивают очень высокие уровни производительности настольным и мобильным компьютерным системам, созданным на основе чипсетов седьмой серии.

Остается добавить, что согласно официальной информации, модели Inte Core 3-го поколения характеризуются полуторакратным превосходством над предшественниками с точки зрения соотношения производительности на ватт, что существенно снижает нагрузку на источники энергопитания.

Модели Intel Core 3-го поколения, как и модели Intel Core 2-го поколения, поддерживают два канала оперативной памяти DDR3, используют тот же самый процессорный разъем LGA1155, что и их предшественники.

Новые процессоры в большинстве случаев полностью совместимы с имеющимся парком материнских плат, однако возможно потребуется обновление кода BIOS. А это означает, что появление новых процессоров не означает обязательной смены платформы. Однако в новом, более совершенном окружении, основным элементом которых являются однокомпонентные чипсеты седьмой серии, старшим представителям которых является Intel Z77, процессоры Intel Core 3-го поколения наиболее полно раскрывают свои широкие потенциальные возможности.

>>    Часть 1  

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 6 
  

Об уровнях производительности процессоров Intel Core 3-го поколения в сравнении с их предшественниками второго поколения в настольных и мобильных системах можно судить по приведенные ниже результатам.  

В следующей части  данной статьи — небольшое заключение.
    

>>    Часть 8  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 5 
  

Основные характеристики процессоров Intel Core 3-го поколения трех основных линеек, созданных для настольных компьютерных систем, приведены в таблице 1.

Таблица 1.   Основные характеристики
процессоров Intel Core 3-го поколения

Для поддержки процессоров Intel Core 3-го поколения компания Intel предлагает однокомпонентные чипсеты линейки седьмой серии. Эта линейка представлена рядом моделей, среди которых, например, следующие варианты для массовых настольных компьютерных систем:

• Intel Z77,
• Intel H77,
• Intel H61.

Старшим из них является однокомпонентный чипсет Intel Z77. Архитектура компьютерной системы с чипсетом Intel Z77 приведена на рис. 7.

Рис. 7.  Архитектура компьютерной системы с чипсетом Intel Z77

Оценивая все нововведения, реализованные в микроархитектуре процессоров Intel Core 3-го поколения, необходимо отметить, что они отразились и на таком важном для некоторой части пользователей явлении, как оверклокинг.

Здесь следует напомнить, что оверклокинг (от англ. overclocking) — разгон — способность компонентов, в данном случае центрального процессора, работать на повышенных тактовых частотах частотах.

Как и у предшественников, из-за дальнейшего усложнения внутренней микроархитектуры разгон процессоров Intel Core 3-го поколения через увеличение тактовых частот весьма проблематичен. Как показывает практика, он ограничен всего несколькими процентами: прирост рабочей частоты ядер обычно составляет не более 5 процентов.

Для соответствующих энтузиастов оверклокинга компанияIntel приготовила модели, в наименовании которых присутствуют модели с суффиксом «K». Данные модели допускают возможность разгона через изменение величины частотного множителя, связывающего внешнюю тактовую частоту с частотой работы ядер. Данный метод позволяет увеличить рабочую частоту процессорных ядер в ряде случаев на десятки процентов.

Однако и без разгона новые процессоры обеспечивают высокие уровни производительности в настольных и мобильных компьютерных системах.

В следующей части  данной статьи приведены численные оценки производительности настольных и мобильных компьютерных систем с процессорами Intel Core 3-го поколения.
    

>>    Часть 7  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 4 
  

Оценивая особенности моделей Intel Core 3-го поколения, необходимо отметить, что все узлы реализованы на едином полупроводниковом кристалле. Для соединения основных элементов процессора, к которым относятся вычислительные ядра, высокоемкай L3-кэш, графические средства, используется специальная разработка — кольцевая шина, которая позволила существенно сократить количество внутрипроцессорных соединений, необходимых для маршрутизации сигналов.

В моделях Intel Core 3-го поколения используется улучшенная версия кольцевой шины Ring Bus.

Соответствующие изменения коснулись и встроенных видеосредств. В моделях Intel Core 3-го поколения они представлены двумя вариантами графических средств:

• Intel HD Graphics 4000, 
• Intel HD Graphics 2500.

У первого варианта насчитывается 16 исполнительных блоков, у второго — 6. Здесь целесообразно напомнить,что у Intel Core 2-го поколения Intel HD Graphics 3000 — 12, Intel HD Graphics 2000 — 2.

В дополнение к этому у новых моделей обеспечена поддержка DirectX 11 и OpenCL, что обеспечивает соответствующую совместимость и повышенную производительность во многих прикладных задачах, включая игры.

Как и у предшественников, в новинках используется аппаратное ускорение для декодирования видео. Это вместе с возросшими возможностями процессорных ядер обеспечивает высокую производительность в вычислительных и мультимедийных задачах. Максимальную производительность обеспечивают, конечно, старшие модели Intel Core i7.

Рис. 6.  Процессор Intel Core i7 в упаковке

А еще встроенный в модели Intel Core 3-го поколения контроллер интерфейса PCI Express получил поддержку третьей версии этой спецификации. Это означает дальнейшее существенное увеличение пропускной способности шины — до 8 гигатранзакций в секунду (8GT/s).

Конечно, это возможно только при использовании соответствующих карт расширения, поддерживающих спецификации PCI Express 3.0. 

Поддерживаемые новыми моделями процессоров Intel Core 3-го поколения шестнадцать линий PCI Express 3.0 могут дробиться на две или на три части, то есть конструкторами предусмотрены и рекомендуются следующие возможные варианты:

• 16х,
• 8x + 8x,
• 8x + 4x + 4x.

Что касается других нововведений, то среди них следует отметить еще внедрение нового подхода к управлению теповыделения, реализацию нового встроенного аппаратного генератора случайных чисел и защиту ОС от атак типа «повышение привилегий», поддержку более скоростной и низковольтовой памяти.

В следующей части  данной статьи — еще раз о параметрах и немного о чипсетах, а также о разгоне процессоров Intel Core 3-го поколения.
    

>>    Часть 6  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Оценивая все нововведения очередного этапа эволюции техпроцессов и микроархитектур, необходимо отметить, что кристалл четырехъядерных моделей новой разработки, реализующих все инновации Intel Core 3-го поколения, имеет площадь 160 кв. мм. Это на 35% меньше площади кристалла предшественника, относящегося ко втрому поколению Intel Core.

На практике данное обстоятельство, связанное со значительным уменьшением площади процессорного кристалла, означает существенное снижение себестоимости производства процессоров.

Это обеспечивается за счет увеличения числа полупроводниковых кристаллов, формируемых на исходной пластине.  

А это открывает возможность для компании либо увеличить уровень рентабельности, либо снизить цены конечных изделий.  

Кстати, одновременно с уменьшением площади процессорного кристалла у моделей Intel Core 3-го поколения стало еще и существенно больше транзиторов. Действительно, их теперь стало 1,4 млрд. против 995 млн. в старших моделях Intel Core 2-го поколения.

Рис. 5.  Кристалл четырехъядерного процессора Ivy Bridge

В новых процессорах, созданных на основе улучшенной микроархитектуры, по-прежнему по 32 Кбайт кэша инструкций и данных первого уровня (L1) вместе с 256 Кбайт кэша второго уровня (L2) у каждого ядра. Как и у предшественников, имеется еще и кэш третьего уровня (L3) очень большой емкости — Smart Cache, достигающий 8 Мбайт у старших моделей Intel Core 3-го поколения.

Конечно, как и у представителей 2-го поколения Intel Core, в новых моделях Intel Core 3-го поколения имеются все ставшие традиционными компоненты. К их числу относятся, например, цепи, оптимизирующие процессы кодирования и декодирования, цепи предсказания переходов и т.п., то есть все отработанные достижения микроархитектуры Intel Core 2-го поколения, включая все реализованные ранее наборы команд.

С целью обеспечения высоких уровней производительности обеспечена поддержка технологий Intel Turbo Boost 2.0.

Как и в предыдущих разработках, в случае загрузки не всех процессорных ядер данная технология обеспечивает автоматическое увеличение тактовой частоты работы тех из них, которые остаются активными.

При этом допускается кратковременное превышение установленного для процессоров предела теплообразования (TDP). Дело в том, что на практике процессор разогревается не сразу, и чтобы дойти из состояния покоя до ограничения теплового уровня, ему потребуется некоторое время. И в тех случаях, когда процессор работает в благоприятных температурных условиях, его энергопотреблению разрешается выходить за границу, задаваемую параметром TDP,  связанным с микроархитектурными и конструктивными особенностями процессоров.

И конечно, еще одним способом увеличения производительности является для ряда моделей поддержка технологии Intel Hyper-Threading.

Использование этой технологии, появившейся и отработанной еще в процессорах Intel Pentium 4, позволяет удвоить число одновременно обрабатываемых потоков, что в большинстве случаев воспринимается операционной системой как удвоение числа ядер с соответствующим увеличением производительности.

Таким образом, у четырехъядерных ЦП с Intel Hyper-Threading информация обрабатывается восемью потоками, что позволяет во многих случаях еще больше увеличить скорость обработки данных, а следовательно, и производительность всей компьютерной системы.

В следующей части  данной статьи — о встроенных видеосредствах и других особенностях процессоров Intel Core 3-го поколения.
    

>>    Часть 5  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Итак, новые процессоры, известные также как Ivy Bridge, созданы по новому технологическому процессу с масштабом 22 нм, с использованием транзисторов с трехмерной структурой затвора и, конечно, по улучшенной по сравнению с предыдущей разработкой микроархитектуре.

Новые процессоры унаследовали лучшие характеристики своих предшественников, что нашло отражение в наименовании всей разработки: процессоры Intel Core 3-го поколения.

В названиях выпущенных недавно моделей процессоров сохранились привычные наименования Intel Core i7, Intel Core i5, Intel Core i3 с использованием соответствующих цифро-буквенных символов для обозначения моделей.

И если в изделиях предыдущего поколения использовалась цифра “2″, то новые процессоры получили цифру “3″ в цифровом индексе.

А еще, как и у предшественников, в наименовании моделей процессоров Intel Core 3-го поколения используются специальные суффиксы, обозначающие специфические архитектурные, функциональные и эксплуатационные особенности конкретных моделей, например:

• «К» указывает на разблокированный множитель, связывающий внутреннюю тактовую частоту работы процессорных ядер с внешней тактовой частотой,
• «S» — экономичные модели,
• «T» — еще более экономичные модели,
• «М» — мобильная модель.

Кроме того, используемый в наименовании суффикс «QМ» обозначает, что в данной мобильной модели имеется четыре вычислительных ядра.

А вот суффикс «XМ» обозначает экстремальную (Extreme Edition) мобильную модель. У такой модели в ущерб стремлению максимально уменьшить уровень тепловыделения обеспечиваются максимальные уровни производительности, что соответствующим образом отражается на возможностях мобильной компьютерной системы.

Рис. 3.  Расшифровка наименования моделей процессоров Intel Core 3-го поколения 

Рис. 4.  Процессор Intel Core 3-го поколения

И можно не сомневаться, что спектр уже выпущенных моделей процессоров Intel Core 3-го поколения, представленных моделями Intel Core i7, Intel Core i5, Intel Core i3, будет сранительно быстро расширен. Вполне вероятно, что, как и в случае предшествующей разработки, этот спектр будет дополнен бюджетными вариантами процессоров в лице соответствующих моделей Intel Pentium и Intel Celeron, чьи возможности и, конечно, цена традиционно уступают старшим представителям.

Об архитектурных особенностях процессоров Intel Core 3-го поколения —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

В дальнейшем в процессе очередного этапа стратегии Tick-Tock компания Intel существенно переработала архитектуру процессорных ядер. В результате для настольных и мобильных систем были выпущены изделия с кодовым именем Sandy Bridge, созданные на основе новой, одноименной микроархитектуры и известные как процессоры Intel Core 2-го поколения (2-й генерации).

Но прогресс не стоит на месте, и компания Intel продолжила совершенствование данной разработки, внедрив согласно объявленным ранее планам стратегии Tick-Tock перспективную полупроводниковую технологию с масштабом 22 нм.

А как известно, каждый переход на очередной техпроцесс, обеспечивает уменьшение размеров полупроводниковых элементов.

Это традиционно сопровождается улучшением их частотных свойств, что позволяет создавать более производительные процессоры.

Кроме того, при сохранении числа транзисторов существенно уменьшается площадь полупроводникового кристалла и снижается себестоимость изготовления процессоров.

А при сохранении той же площади полупроводникового кристалла удается разместить на нем существенно больше транзисторов. Это позволяет конструкторам разрабатывать более сложные микроархитектурные решения и, соответственно, увеличивать возможности процессоров.

Однако, к сожалению, процесс уменьшения масшаба очень трудоемок и весьма затратен. Кроме того, он не может быть бесконечным из-за фундаментальных ограничений. Тем не менее, разработчикам уже ни один десяток лет удавалось успешно обходить препятствия и отодвигать границы невозможного. Очередная попытка была предпринята недавно при разработке очередного процессора, известного как Ivy Bridge.

Решая в очередной раз проблемы уменьшения литографического масшаба, обеспечивающего уменьшение размеров полупроводниковых элементов, инженеры Intel внедрили новую технологию. Она предусматривает использование нового типа транзисторов — 3-D Tri-Gate Transistor — транзисторов с трехмерной структурой затвора.

Рис. 2.  Структура транзистора с трехмерной структурой затвора

Новая топология транзисторов позволяет повысить плотность их размещения на полупроводниковом кристалле при обеспечении их высоких частотных и энергоэффективных параметров, что позволило в конечном счете расширить возможности процессоров.

Новые транзисторы с трехмерной структурой затвора, созданные на основе технологии 22 нм, способны обеспечить значительный  прирост производительности. По оценкам конструкторов Intel производительность возрастает на 37 процентов по сравнению с 32 нм аналогами, созданными по традиционной планарной технологической схеме.

Остается напомнить, что планарной технологической схеме уже несколько десятков лет и дальнейшее ее развитие становится все более сложной и затратной задачей. Новое же решение с использованием транзисторов с трехмерными затворами обеспечивает дальнейший прогресс в совершенствовании технологий и в реализации более совершенных процессорных микроархитектур. 

Некоторые подробности новейших процессоров, созданных на основе технологии 22 нм с использованием транзисторов с трехмерной структурой затвора, представлены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3  
      

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 
  

Для обеспечения высокой надежности в архитектуре GA-Z77X-UD5H реализована технология DualBIOS, предусматривающая использование двух микросхем BIOS. При этом одна из двух микросхем играет роль основной, другая — резервной. И в случае повреждения кода BIOS, хранимого в первой микросхеме, восстановление работоспособности компьютера осуществляется с помощью копии, хранимой во второй.

Сетевые функции реализованы с помощью двух микросхем — Intel GbE LAN chip (10/100/1000 Mbit)  и  Atheros GbE LAN chip (10/100/1000 Mbit), формирующих два гигабитных канала.  

Для реализации звуковых возможностей компьютерной системы в архитектуре GA-Z77X-UD5H применен качественный аудиокодек Realtek ALC898 стандарта High Definition Audio. Он поддерживает до восьми звуковых каналов при высоком соотношении сигнал/шум. Обеспечена поддержка технологий X-Fi Xtreme Fidelity и EAX Advanced HD 5.0.

Следует отметить, что функциональность платы находится на очень высоком уровне благодаря большому количеству портов, выведенному на заднюю панель. В частности, здесь представлены видеовыходы DVI-D, HDMI и DisplayPort, и новомодные порты USB 3.0 и eSATA, предназначенные для подключения скоростной периферии. При этом, интерфейс eSATA присутствует у модели GA-Z77X-UD5H благодаря чипсету Intel Z77, а порты USB 3.0 реализованы с помощью дополнительных микросхем.

Энергоснабжение элементов материнской платы GA-Z77X-UD5H осуществляется через систему многоканальных (многофазных) импульсных преобразователей. При этом для улучшения энергоэффективности преобразователя электропитания процессора, направленного на повышение КПД, уменьшение теплообразования и экономию энергии, применяется 12-фазный VRM-модуль. И здесь необходимо отметить, что применение многофазных преобразователей уже стало традицией для Gigabyte, и это характерно не только для старших, но и для младших моделей материнских плат этого производителя.

Отдельные преобразователи энергопитания имеют также подсистемы оперативной памяти и  видео.

Для охлаждения элементов с высоким теплообразованием, к которым относятся микросхема чипсета и элементы VRM, предусмотрены  пассивные кулеры, представленные компактными радиаторами.

За работой различных подсистем наблюдают встроенные средства мониторинга (Hardware Monitor).

В дополнение к аппаратным средствам в GA-Z77X-UD5H традиционно реализован обширный набор фирменных разработок, облегчающих оптимальную настройку и обеспечивающих беспроблемную эксплуатацию компьютерной системы. Указанный набор представлен следующими утилитами:

• EZ Setup,
• LAN Optimizer,
• 3D Power,
• Xpress Recovery2,
• @BIOS,
• EasyTune,
• Q-Flash,
• ON/OFF Charge,
• eXtreme Hard Drive (X.H.D),
• Auto Green,
• Q-Share,
• Xpress Install и др. 

Часть из указанных функций используется в режимах оверклокинга, которые обеспечивают повышение производительности компьютерной системы за счет установки форcированных режимов для комплектующих.

Возможность оптимизации таймингов, установки повышенных частот, изменения коэффициентов умножения и индивидуальное повышение напряжения питания на основных компонентах  позволяет существенно увеличить производительность.

Так, например, компьютер с материнской платой GA-Z77X-UD5H продемонстрировал устойчивую работу с процессором Intel Core i7-2600K, частота работы которого была повышена с 3,4 до 4,8 ГГц.

В результате скорость выполнения тестов Cinebench R11.5 и WinRar Bench возросла в среднем на 20%. 

В заключение следует отметить, что компьютеры, построенные на основе GA-Z77X-UD5H, кроме высокой производительности, выгодно отличает оригинальный дизайн и высокая функциональность, обеспечивающие удобство настройки и эксплуатации настольной компьютерной системы.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Материнская плата GA-Z77X-UD5H, созданная и выпущенная компанией Gigabyte, ориентирована на поддержку новейших двух- и четырехъядерных процессоров третьего поколения Intel Core, созданных по технологии 22 нм и выполненых в стандарте LGA1155. Однако следует отметить, что данной материнской платой обеспечена поддержка и процессоров второго поколения Intel Core, созданных по технологии 32 нм и  выполненных в том же стандарте LGA1155.

Остается добавить, что перечень совместимых моделей процессоров приведен на фирменном сайте производителя GA-Z77X-UD5H.

Двухканальная подсистема оперативной памяти материнской платы GA-Z77X-UD5H представлена четырьмя слотами для модулей DIMM DDR3-1600/1333/1066 МГц без коррекции ошибок (non-ECC). В режиме разгона возможно использование модулей DDR3-2400 МГц.

Максимальный объем модулей оперативной памяти составляет 32 Гбайт, но в случае 32-разрядных операционных систем поддерживается только 4 Гбайт. Остается отметить, что соответствующие цепи управления подсистемой памяти, как и в предшествующих моделях, входят не в состав чипсета, а в состав полупроводникового кристалла процессора.

Оценивая особенности GA-Z77X-UD5H, необходимо подчеркнуть, что   конструкторы Gigabyte реализовали три видеослота конструктива PCI Express x16 (Рис. 2). 

Наличие нескольких видеослотов предоставляет поддержку режимов ATI CrossFireX / NVIDIA SLI, обеспечивающего одновременную работу видеоадаптеров, участвующих в формировании одного изображения. Это значительно увеличивает производительность видеоподсистемы, а следовательно, сокращает время обработки и вывода генерируемых видеоданных.

Реализация нескольких видеослотов в GA-Z77X-UD5H понятна из архитектуры, представленной на  рис. 2.

Рис. 2.  Архитектура компьютера с материнской платой GA-Z77X-UD5H

Дисковая подсистема накопителей информации, поддержанная возможностями чипсета Intel Z77, обеспечена тремя портами SATA 3 Gbit/s и двумя портами SATA 6 Gbit/s.

Средствами дополнительных микросхем число портов SATA 3 Gbit/s и SATA 6 Gbit/s на GA-Z77X-UD5H увеличено. При этом один из портов — mSATA 3Gb/s, который  предназначен для миниатюрного модуля mSSD, устанавливаемого в специальный разъем и увеличивающего скорость работы системы.      

А еще можно воспользоваться и функциями RAID с режимами 0, 1, 5, 0+1 (10). Это расширяет возможности дисковой подсистемы, обеспечивая повышение  скорости ее работы и/или повышение надежности.

Остальные подробности архитектуры и компонентов материнской платы GA-Z77X-UD5H —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

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 1 
  

Анализируя существующие темпы развития технических средств и темпы роста объемов накапливаемой информации, управление которыми требует адекватных решений, необходимо отметить, что новые серверные процессоры линейки Intel Xeon E5-2600 обеспечивают очень высокие показатели производительности.

Важно, что высокие показатели производительности процессоров Intel Xeon E5-2600 обеспечиваются при очень высокой эффективности на каждый ватт израсходованной энергии.

Относительная производительность  и  энергопотребление
серверных процессоров  Intel Xeon X5675  и  Intel Xeon E5-2660 

Кроме того, как отметили в своих кратких выступлениях специалисты Intel, в конструкции данных серверных процессоров реализованы такие инновации, как новая система ввода-вывода и эффективные аппаратные функции защиты.

Процессоры Intel Xeon E5-2600 поддерживают до восьми ядер и до 768 Гбайт системной памяти, обеспечивая в ряде случаев на 80% более высокую производительность по сравнению с процессорами Intel Xeon 5600 предыдущего поколения.

Серверный процессор Intel Xeon E5-2660

Некоторые подробности о средствах и технологиях, реализованных в Intel Xeon E5-2600, —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Об архитектуре новых серверных процессоров и особенностях их применения приглашенным специалистам IT и представителям СМИ рассказали сотрудники российского представительства компании Intel. 

В кратком выступлении, посвященном особенностям новой серии серверных процессоров Intel Xeon E5, Дмитрий Конаш, региональный директор Intel в России и других странах СНГ, рассказал о глобальных процессах, происходящих в мире и связанных со стремительным развитием информационных технологий и проникновением их в самые разные сферы человеческой деятельности.

Выступление Дмитрия Конаша, регионального директора Intel в России и других странах СНГ

Он отметил, что по прогнозам экспертов к 2015 г. в мире будет насчитываться 15 млрд устройств, подключенных к глобальной сети Internet, и более 3 млрд активных пользователей онлайн-ресурсов. В результате количество сетевых устройств сравнительно скоро вдвое превысит численность всего населения Земли.

При сложившихся темпах роста каждый пользователь ПК, подключенный к сети Интернет, будет ежедневно создавать более 4 Гбайт трафика, что сопоставимо по объему с 4-часовым фильмом в стандарте видео высокой четкости.

В результате объем хранимых данных будет ежегодно увеличиваться почти на 50%.

Объем информации, которая будет передаваться по сетям и храниться в облачных средах, увеличится в четыре раза за ближайшие 5 лет.

Предполагается, что количество облачных серверов во всем мире к 2015 г. возрастет более чем в три раза.

К 2015 г. объем трафика центров обработки данных (ЦОД) будет ежегодно увеличиваться на 33%, превысив 4,8 зетабайт данных в год, что в 3 раза больше объема трафика в 2011 г.

Для поддержания существующих темпов развития технических средств и объемов накопления информации необходимо создавать эффективные сетевые решения, которые будут способны:

• объединить постоянно растущее число стационарных и мобильных компьютерных изделий,
• более оперативно и надежно обрабатывать и передавать постоянно увеличивающийся объем данных.

Интеллектуальной же базой этих решений могут стать компьютерные устройства и системы, созданные на основе новых серверных процессоров, объединенных в семейство Intel Xeon E5 (модели с кодовым наименованием Sandy Bridge-EP).

Пластина с кристаллами Sandy Bridge-EP и сам кристалл

О некоторых архитектурных и технологических инновациях, реализованных в новейших моделях семейства Intel Xeon E5 (Sandy Bridge-EP), —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Приведенные результаты тестирования свидетельствуют, что материнские платы Gigabyte, созданные на основе чипсета Intel P67, действительно, обеспечивают высокие уровни производительности, особенно в режимах  разгона моделей Sandy Bride c разблокированным множителем (модели с суффиксом «K» в наименовании).

В заключение следует добавить, что в согласно планам компания Intel расширяет список чипсетов для Sandy Bridge. Среди них -  чипсет Intel Z68. Этот чипсет, ориентированный на энтузиастов, в отличие от Intel P67 и Intel H67 допускает одновременный разгон и вычислительных ядер, и графического ядра, что обеспечивает существенный прирост производительности всей компьютерной системы.

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Итак, как отмечалось ранее, разгон (оверклокинг) центрального процессора позволяет существенно повысить показатели производительности компьютерной ситемы. Однако в случае процессора микроархитектуры Sandy Bridge целесообразно использовать модели, в наименовании которых значится суффикс «K».

Ниже представлены некоторые результаты тестирования как в штатном режиме, так и в режиме разгона модели процессора Sandy Bridge. Для сравнения здесь же приведены результаты, полученные на одной из старших моделей  процессора Intel предыдущего поколения.

Здесь следует отметить, что выбранные модели процессоров обладают не только разными микроархитектурами, но и разными рабочими частотами их ядер. Для обеспечения корректного сравнения двух разных процессоров эталонный был разогнан до обеспечения примерного равенства его рабочей частоты со штатной частотой работы ядер выбранной для тестирования модели процессора Sandy Bridge.

Основные параметры тестовых систем представлены в таблице.

Рис. 3.  Параметры систем

Рис. 4.  Результаты PC Mark05-CPU

Рис. 5.  Результаты 3D Mark06-CPU

Рис. 6.  Результаты 3D Mark Vantage-CPU

Следующая часть  — заключительная часть данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Итак, в числе первых вариантов материнских плат, ориентированных на процессоры микроархитектуры Sandy Bridge, компания Gigabyte выпустила на основе чипсета Intel P67 шесть моделей, отличающихся функциональными возможностями. Этими моделями являются:

• GA-P67A-UD3,
• GA-P67A-UD3P,
• GA-P67A-UD3R,
• GA-P67A-UD4,
• GA-P67A-UD5,
• GA-P67A-UD7.

Традиционно старшими и самыми функционально насыщенными являются модели с высокими номерами — UD7, а младшими — с низкими — UD3. При этом старшие модели выпускаются на стеклотекстолите черного цвета, младшие — на синем.

На рис. 2 представлены следующие модели материнских плат Gigabyte:

• GA-P67A-UD3,
• GA-P67A-UD4,
• GA-P67A-UD5,
• GA-P67A-UD7.

Рис. 2.  Материнские платы Gigabyte GA-P67A-UD4, GA-P67A-UD5, GA-P67A-UD7

Оценивая все нововведения, реализованные в микроархитектуре процессоров Sandy Bridge, необходимо отметить, что они отразились и на таком важном для некоторой части пользователей явлении, как разгон (от англ. overclocking — оверклокинг — разгон — способность компонентов, в данном случае центрального процессора, работать на повышенных частотах).

Увы, но энтузиасты пока будут разочарованы. Дело в том, что как показывает тестирование, разгон через увеличение внешней тактовой частоты, по крайней мере, в начальный период выпуска первых партий процессоров микроархитектуры Sandy Bridge, ограничивается всего несколькими мегагерцами: от 100 МГц до примерно 105 МГц.

Необходимо отметить, что столь скромные результаты частотного прироста не обеспечивают существенного увеличения производительности компьютерной системы. Поэтому они и не представляют особого интереса у энтузиастов разгона центральных процессоров.

Тем не менее, компьютерные энтузиасты, экспериментирующие с режимами разгона, компанией Intel не забыты и не оставлены без внимания. Именно для них она приготовила специальные модели процессоров, в наименовании которых присутствует суффикс «K». Его наличие означает, что у таких моделей процессоров присутствует разблокированный множитель — коэффициент связывающий частоту работы вычислительного ядра (ядер) процессора с тактовой частотой.

Остается добавить, что такие модели центральных процессоров допускают возможность их разгона через изменение множителя, связывающего внешнюю тактовую частоту с частотой работы ядер. Вот этот метод позволяет значительно увеличивать производительность процессора Sandy Bridge.

Эта возможность в полной мере реализована в материнских платах компании Gigabyte, особенно в ее старших моделях.

Ниже представлены некоторые результаты тестирования как в штатном режиме, так и в режиме разгона модели процессора Sandy Bridge.

Подробности тестирования —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

В своем процессорном бизнесе компания Intel использует стратегию развития полупроводниковых технологий и процессорных микроархитектур под названием Tick-Tock. Эта стратегия предусматривает поэтапное внедрение нового техпроцесса, затем 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.

Это стратегия реализуется уже несколько лет. В соответствии с ранее озвученными планами компания Intel выпустила очередную генерацию своих процессоров, известных как Sandy Bridge.

Все они являются «наследниками» Westmere, оснащены 2/4 процессорными ядрами, а также встроенными графическими средствами (встроенной графикой) и встроенным контроллером оперативной памяти.

В названиях моделей сохранились привычные наименования Core i7 / i5 / i3. Но в отличие от предшественников их наименования дополнены соответствующими цифро-буквенными символами.

Рис. 1.  Очередной этап стратегии Tick-Tock

Для поддержки своих процессоров Sandy Bridge компания Intel предлагает несколько чипсетов, которые ориентированы на разные сегменты рынка.

Первыми чипсетами, ориентированными на системы с процессорами Sandy Bridge, стали Intel P67 и Intel H67.

Первый из них — Intel P67, он предназначен для использования в паре с дискретными видеокартами. Он поддерживает распределение 16 линий контроллера PCI Express среди нескольких видеокарт и подойдет для энтузиастов.

Второй из них — Intel H67, он является единственным на момент выпуска первых предcтавителей Sandy Bridge чипсетом, предоставляющим возможности интегрированной графики, это удачный выбор для тех, кто хочет использовать преимущества интегрированного графического ядра.

Оба чипсета поддерживают 14 портов USB 2.0, но не поддерживают USB 3.0. Еще они поддерживают до шести портов SATA, два из которых могут работать со скоростью передачи 6 Гбит/с. И что интересно, ни один из чипсетов не поддерживает традиционную шину PCI.

Необходимо отметить, что новые процессоры в дополнение в своем наименовании Core i7/i5/i3 получили еще и цифру 2 в цифровом индексе.

Обычно настольные варианты лишены буквенного суффикса, тем не менее, в ряде случаев он присутствует:

• «S» — экономичные модели,
• «T» — еще более экономичные модели.

Суффикс «М» — мобильная модель, «QМ» обозначает, что в данной мобильной модели 4 вычислительных ядра, «XМ» — экстремальная (Extreme Edition) мобильная модель, у которой в ущерб тепловыделению достигается максимальные уровни производительности.

Процессоры Sandy Bridge используют новый интерфейс процессора — LGA1155. Он несовместим с LGA1156, используемым с процессорами Lynnfield и Clarkdale (однако, можно использовать прежние кулеры под LGA1156). Как результат, требуется смена материнской платы.

И все основные производители плат не остались в стороне от этого процесса. Среди них и компания Gigabyte, выпустившая под процессоры Sandy Bridge несколько линеек материнских плат, основой которых послужили перечисленные выше чипсеты.

В числе первых своих изделий компания Gigabyte предложила 14 моделей, среди которых на основе чипсета Intel P67 она выпустила 6 моделей, отличающихся функциональными возможностями.

Более подробно о материнских платах —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

В дополнение к перечисленному в передыдущих частях данной статьи необходимо отметить, что все приведенные в качестве примера материнские платы Gigsbyte шестой серии еще имеют в своем составе:

• по 4 слота слота DIMM для модулей оперативной памяти DDR3,
• восьмиканальные аудиокодеки,
• сетевые контроллеры PCI-E Gigabit Ethernet.

Остается добавить, что материнские платы шестой серии обеспечивают не только поддержку процессоров, выполненных по микроархитектуре Sandy Bridge в стандарте LGA1155. Они еще и предоставляют возможность реализации потенциала производительности новых процессоров и поддерживающих их чипсетов.

А если сравнить архитектуру приведенных в качестве примера материнских плат шестой серии с изделиями той же группы, но созданными на основе чипсета Intel P55, то можно обратить внимание, что решения часто использованы разные. Это во многом объясняется особенностями интеловских чипсетов шестой серии, сменивших чипсеты пятой серии.

В заключение следует отметить, что описанные модели представляют лишь небольшую часть очередного семейства материнских плат, основой которых послужила шестая серия чипсетов Intel.

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Среди ключевых особенностей материнских плат шестой серии необходимо отметить наличие в их архитектуре контроллеров скоростных интерфейсов, например:

• контроллер SATA 6 Гбит/с, встроенный в чипсет,
• контроллер SuperSpeed USB 3.0, реализованный с помощью специализированной микросхемы.

Среди других особенностей архитектуры материнских плат шестой серии следует отметить еще и такие оригинальные и полезные в использовании компьютерных систем разработки, как:

• дизайн и функции GIGABYTE 3x USB Powe и On/Off Charge, которые обеспечивают ускоренную зарядку аккумуляторов портативных устройств iPhone, iPad и iPod компании Apple средствами специально предназначенных для этих целей USB-портов,
• средства реализации режима CrossFireX, позволяющего достичь максимальной производительности видеоподсистемы за счет использования нескольких видеоадаптеров, одновременно обрабатывающих каждый видеокадр,
• запатентованная технология GIGABYTE DualBIOS, обеспечивающая за счет использования резервной микросхемы с микрокодом (прошивки) BIOS высокий уровень защиты от различных сбоев и вирусных атак, сопровождающихся искажением микрокода BIOS основного чипа.

Остается добавить, что все модели материнских плат данной серии выполнены с реализацией специальной фирменной конструкторской разработки (технологии) GIGABYTE Ultra Durable 3, обеспечивающей стабильную работу системы в играх, в работах со сложной видеообработкой и других ресурсоемких приложениях.

В дополнение к этому модель GA-H67MA-UD2H, выполненная в стандарте форм-фактора MicroATX, поддерживает встроенную графику Intel HD Graphics и цифровые интерфейсы HDMI/DVI/DisplayPort, открывающие доступ пользователей компьютеров к видеоконтенту высокого разрешения.

Об архитектуре материнских плат массового уровня, созданных на основе интеловских чипсетов шестой серии, можно судить по рис. 5, на котором приведена архитектура модели GA-P67A-UD3R.

 Рис. 5.  Архитектура материнской платы GA-P67A-UD3R

Оценивая приведенную в качестве примера архитектуру материнской платы GA-P67A-UD3R, необходимо отметить, что инженеры Gigabyte не ограничились возможностями, предоставляемыми микросхемой однокомпонентного чипсета. Для расширения функциональных возможностей своих изделий они, как и в предшествующих моделях, использовали многочисленные чипы сторонних производителей.

В результате реализованных разработок указанная материнская плата GA-P67A-UD3R обрела большое количество дополнительных функций.

Не забыта была и видеоподсистема, для расширения возможностей которой конструкторы традиционно использовали Switch — переключатель доступных конструкторам линий скоростной передачи данных микросхемы однокомпонентного чипсета. Это позволило получить дополнительный видеослот для поддержки режима CrossFireX, обеспечивающего одновременную работу двух подключенных к материнской плате видеоадаптеров (видеокарт).

Cледующая часть  является заключительной частью данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Реагируя на ожидаемые изменения в номенклатуре процессоров, компания Gigabyte анонсировала ряд новейших моделей материнских плат, выполненных на перспективных чипсетах шестой серии, разработанных и предлагаемых компанией Intel для поддержки процессоров с микроархитектурой Sandy Bridge.

В качестве примера материнских плат шестой серии, созданных и выпущенных компанией Gigabyte, можно привести модели среднего сегмента:

• GA-P67A-UD3R   (рис. 2),
• GA-P67A-UD3      (рис. 3),
• GA-H67MA-UD2H (рис. 4).

Рис. 2.  Материнская плата GA-P67A-UD3R

Рис. 3.  Материнская плата GA-P67A-UD3

Рис. 4.  Материнская плата GA-H67MA-UD2H

В данных материнских платах с помощью интеловских чипсетов шестой серии, дополненных специализированными микросхемами, реализован широкий набор отраслевых и фирменных инноваций.

Более подробно об инновациях в материнских платах шестой серии —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

В настоящее время наиболее популярными и массовыми продуктами являются материнские платы среднего уровня.

Соответствующие массовые модели, ориентированные на поддержку процессоров Intel, создаются на основе популярных наборов микросхем системной логики (чипсетов) Intel G41, P55, H55 и чипсетов для высокоэкономичных процессоров Intel Atom. Эти платы характеризуются оптимальным для большинства задач набором функциональных возможностей и сравнительно невысокой ценой.

Наиболее же производительные модели материнских плат для процессоров Intel создаются на основе чипсетов на Intel X58 и P55. Такие платы ориентированы на сравнительно сложные задачи, решаемые за минимальное время. Кроме того, платы данной группы оптимальны для динамичных игр с максимально высокой реалистичностью выводимого изображения.

Нижний уровень материнских плат для процессоров этого же производителя представлен бюджетными моделями на основе чипсетов Intel G31 и G41.

Что же касается процессоров AMD, то, конечно, и для них выпускаются соответствующие модели материнских плат:

• массовые модели для процессоров AMD представлены материнскими платами на базе чипсетов AMD 880G, 870 и 770,
• производительные — на AMD 890FX, 890GX, 890X, 
• бюджетные — AMD 760G, 740G.

И хотя компьютеры с процессорами AMD и платами, созданными на базе соответствующих чипсетов, пользуются заслуженной популярностью, необходимо отметить, что лидером настольных решений являются все-таки решения, ориентированные на процессоры Intel. Эта компания не только удерживает лидирующую роль среди производителей данных важнейших компонентов, но и с завидной регулярностью осуществляет обновление моделей и поддерживающих их наборов микросхем системной логики.

Несколько лет назад компания Intel представила концепцию регулярного обновления полупроводниковых технологий и процессорных микроархитектур, которая получила наименование Tick-Tock.

Она предусматривает переход на новые микроархитектуры по четным годам и на новые технологии по нечетным, то есть смена микроархитектур и смена технологий осуществляется каждые два года.

Остается добавить, что каждая микроархитектура перед запуском в массовое производство сначала отрабатывается на текущем техпроцессе, а потом уже новый техпроцесс отлаживается на зрелой микроархитектуре процессорных ядер.

Графическое представление концепции Tick-Tock приведено на рис. 1.

Рис. 1.  Концепция Tick-Tock

Очередной шаг в модификации внутренних структур процессоров — модели с очередным ядром, созданным по технологии 32 нм на основе микроархитектуры, получившей наименование Sandy Bridge.

Одновременно с этим событием осуществляется выпуск наборов специализированных микросхем поддержки, известных как чипсеты шестой серии.

Данные чипсеты ориентированы на поддержку новых процессоров, выполненных в стандарте LGA1155, который сменил стандарт LGA1156 ранее созданных моделей процессоров предыдущей разработки.

Оценивая достоинсва и перспективы процессоров Sandy Bridge, необходимо отметить, что изделия стандарта LGA1155 являются несовместимыми с материнскими платами, созданными под предыдущие процессоры стандарта LGA1156.

Реагируя на изменения в номенклатуре процессоров компания Gigabyte анонсировала ряд моделей материнских плат, созданных на чипсетах шестой серии — материнских платах шестой серии.

Более подробно о материнских платах шестой серии —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов,
Виктор   Рудометов 
 

 >>    Часть 6 
  

Как было отмечено выше, аппаратную поддержку данных возможностей осуществляют специально спроектированные электронные цепи, задающие частотные режимы основных подсистем.

Для целей гибкого управления производительностью конструкторы создают различные варианты, позволяющие изменять коэффициенты, задающие соотношение частот шин процессора, памяти и, возможно, видеоадаптера.

Изменение частотных режимов осуществляется с помощью встроенных в архитектуру материнских плат специальных средств.

Например, к их числу относятся чипы PLL (Phase-Locked Loop), реализующие в своем составе управляемые током или напряжением генераторы (VCO — Voltage Controlled Oscillator), которые осуществляют постоянное отслеживание фазы входного сигнала. Такие генераторы используются для управления частотой.

Остается добавить, что на материнской плате PLL используется для формирования нескольких частот, определяющих работу всех элементов материнской платы, а также всех основных подсистем.

Один из примеров реализации и использования PLL, используемый в ряде материнских плат, приведен на рис. 6 и рис. 7.

Рис. 6.  Вариант реализации схемы чипа PLL

Рис. 7.  Вариант схемы с чипом PLL 

Электронные цепи с аппаратно-программным изменением частот, подаваемых на основные подсистемы компьютера, обеспечивают широкие возможности для управления производительностью и энергопотреблением.

Изменяемые по частоте тактовые сигналы подаются на компоненту чипсета, выполняющую функции North Bridge, через которую осуществляется управление скоростными параметрами процессора, а также других компонентов, подключаемых посредством материнской платы.

Остается отметить, что в некоторых случаях используются дополнительно еще и специализированные чипы, расширяющие возможности цепей управления. Как следствие, расширяются и функциональные возможности материнских плат, а через них — и созданных на их основе компьютерных систем.

В следующей части  данной статьи — некоторые особенности дизайна материнских плат, связанные с реализацией режимов разгона (оверклокинга).
    

>>    Часть 8