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 
  

Итак, недавно Intel представила очередной процессор, созданный по технологии 22 нм с использованием транзисторов с трехмерной структурой затвора на основе уже четвертого поколения микроархитектуры Intel Core. Новая микрархитектура и созданные на ее основе новейшие изделия получили кодовое наименование Haswell.

Учитывая  высокие уровни производительности, достигнутые еще в представителях предшественника Ivy Bridge, в моделях Haswell во главу угла инженеры поставили теперь снижение энергопотребления и теплообразования, что существенно расширяет сферу их использования. Конкретное же позиционирование изделий обеспечивается за счет изменения числа ядер и поддерживаемых потоков, тактовых частот, объема кэш-памяти, графических средств и ряда других элементов внутренней структуры.

В названиях новых моделей сохранились привычные наименования Intel Core i7 / Core i5 / Core i3 с использованием соответствующих цифро-буквенных символов.

Новые процессоры получили цифру 4 в цифровом индексе полного наименования. При этом, как и у предшественников, в цифро-буквенных наименованиях используются специальные суффиксы:

• «К»         указывает на разблокированный множитель,
• «S»   —   экономичные модели,
• «T»   —   еще более экономичные модели,
• «R»   —   модели с высокопроизводительной графикой,
• «MX» —  высокопроизводительные модели для мобильных систем,
• «MQ» —  4-ядерные мобильные модели,
• «HQ» —  4-ядерные мобильные модели c высокопроизводительной графикой,
• «U»    —   энергоэкономичные мобильные модели с низким энергопотреблением,
• «Y»    —   энергоэкономичные мобильные модели с еще более низким, предельным, энергопотреблением.

Необходимо отметить, что у четырехъядерных моделей нового процессора с графическими средствами средней мощности на полупроводниковом кристалле площадью 177 кв. мм расположены  1,4 млрд. транзисторов. Значительная часть полупроводниковых элементов задействованы в графических средствах, занимающих около 30 процентов площади кристалла.

В новом процессоре, как и у предшественника, по-прежнему по 32 Кбайт кэша инструкций и данных первого уровня (L1) вместе с 256 Кбайт кэша второго уровня (L2), имеется еще и кэш третьего уровня (L3), объем которого достигает у старших моделей 8 Мбайт.

Имеются в его микроархитектуре и специальные цепи, оптимизирующие процессы кодирования и декодирования, предсказания переходов и т.п., то есть все достижения микроархитектуры Intel Core 3-го поколения, включая все традиционные наборы команд.

В следующей части  данной статьи приведены следующие подробности микроархитектуры процессоров Intel Core 4-го поколения.
   

>>    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 2 
  

Согласно информации компании Intel, в настоящее время разрабатываются сотни моделей ультрабуков. Более того, значительная часть выпущенных моделей уже доступна на рынке и поступила на прилавки отечественных магазинов.

Созданные в рамках концепции Intel они отличаются дизайном, функциональными возможностями, ценой. 

Следует отметить, что хотя прогнозы экспертов по поводу продаж ультрабуков в этом году оказались вполне оптимистичными, пользователи по-прежнему критикуют их чрезмерную цену.

Тем не менее, доля сверхтонких устройств на рынке портативных компьютеров продолжает неуклонно увеличиваться. По оценкам тайваньского исследовательского института Topology, в текущем году по всему миру будет продано 16,7 миллионов ультрабуков (по данным аналитического агентства ABI Research — 20 млн), что составит 8% всех поставленных на рынок ноутбуков, однако уже в 2013 году поставки ультрабуков возрастут до 31,6 миллионов единиц, что будет соответствовать доле рынка в 14,6%. А согласно прогнозам аналитической компании DisplaySearch, объемы поставок сверхтонких компьютеров вырастут с 3,4 млн. в 2011 году до 65 млн. в 2015 году.

Несмотря на сравнительно неплохие темпы увеличения рынка ультрабуков, необходимо отметить, что аналитики компании Intel более оптимистичны в своих оценках и прогнозах, предсказывая еще более высокие скорости роста продаж ультракомпактных ноутбуков.

Как утверждают многочисленные эксперты, с целью увеличения продаж производители компьютеров данного класса уже в этом, а особенно — в следующем году планируют выпускать множество самых разных моделей. При этом будут предлагаться как модели высокого класса с ценой 1000 и более долларов США, так и модели начального уровня с ценой до $700, что обеспечит постепенное увеличение доли сверхкомпактных моделей.

С целью популяризации концепции ультрабуков среди российских потребителей и поддержки своих партнеров компания Intel организует различные маркетинговые мероприятия в разных городах. Одно из них было проведено недавно в Санкт-Петербурге.

Посетители организованной Intel выставки Ultrabook Road Show смогли познакомиться с новейшими моделями ультрабуков от ведущих мировых и российских производителей, бренды которых хорошо известны в мире.

На выставке Ultrabook Road Show можно было ознакомиться с множеством самых разных моделей, отличающихся дизайном, функциональными и эксплуатационными возможностями, ценой.  

О моделях ультрабуков —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

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 
 

 >>    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