Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

(создано с помощью ИИ,  кликнуть мышью для увеличения картинки) 

Архитектура и основные компоненты

Архитектура ноутбука Thunderobot 911 Plus G3 Pro основана на процессоре Intel Core i5-13500H (рис. 3).

Этот высокопроизводительный мобильный процессор (CPU) с кодовым наименованием Raptor Lake создан по технологии Intel 7, выпущен в первом квартале 2023 г. В его микроархитектуре присутствует четыре высокопроизводительных P-ядра (Performance cores) и восемь энергоэффективных E-ядер (Efficient cores).

Каждое из P-ядер обеспечивает обработку до двух потоков данных. При этом базовая частота обработки данных составляет 2,6 ГГц. Однако в турборежиме P-ядра способны работать на тактовой частоте до 4,7 ГГц.

Что касается E-ядер, то они работают только в однопоточных режимах. Базовая частота обработки данных этими ядрами составляет 1,9 ГГц, а максимальная частота — до 3,5 ГГц в турборежиме.

Совместная работа высокопроизводительных P-ядер и энергоэффективных E-ядер процессора Intel Core i5-13500H обеспечивает одновременную обработку до 16 потоков данных.

Рис. 3. Основные параметры CPU Intel Core i5-13500H

Конечно, для компьютеров с мобильными процессорами Intel тринадцатого поколения были разработаны соответствующие рекомендации и целый ряд платформ. Среди них есть вариант для H-процессоров 13-го поколения Intel Core i5/i7/i9 (рис. 4), к которым относится Intel Core i5-13500H. Один из таких вариантов и был реализован в архитектуре ноутбука Thunderobot 911 Plus G3 Pro, созданного на основе современных компонентов. Однако обо всем по-порядку.

Рис. 4. Платформа для систем с CPU Intel Core i5-13500H

Использованный в данном ноутбуке процессор Intel Core i5-13500H снабжен интегрированными в его состав относительно высокопроизводительными видеосредствами. В данном случае это Intel Iris Xe Graphics. Они снабжены исполнительными блоками (EU), способными работать на частоте до 1,45 ГГц (рис. 5), что обеспечивает высокие уровни производительности. Правда, согласно техническому описанию процессора Intel Core i5-13500H указанные сравнительно мощные видеосредства полностью раскрывают свои возможности только в двухканальных конфигурациях подсистемы оперативной памяти (ОЗУ). Однако в одноканальных комплектациях ОЗУ они функционируют и определяются как Intel UHD Graphics (рис. 5).

Оценивая возможности видеоподсистемы рассматриваемого ноутбука, необходимо добавить, что в дополнение к интегрированным видеосредствам процессора в данном мобильном компьютере присутствуют видеосредства на дискретных элементах в лице Nvidia GeForce RTX 4060 Laptop GDDR6 8 Гбайт. Это решение (дата выпуска 22.02.2023 г.) создано на основе чипа AD107. Входящие в состав указанных видеосредств компоненты в лице 3072 ядер, 128-разрядной шины памяти и др. элементов обеспечивают значительно большие уровни производительности по сравнению с Intel Iris Xe Graphics. Особенно сильно преимущество видеосредств на дискретных элементах проявляется, как уже отмечалось, в варианте одноканального ОЗУ, что не позволяет достичь максимальной производительности встроенному в процессор решению.

Рис. 5. Параметры видеосредств Thunderobot 911 Plus G3 Pro
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В зависимости от вычислительной нагрузки у процессора Intel Core i5-13500H, как и у других моделей, меняется уровень энергопотребления и теплообразования (TDP). При этом согласно спецификациям базовый уровень TDP этого процессора составляет 45 Вт. Однако в режимах Turbo уровень TDP на короткое время может повышаться до 95 Вт.

Еще более мощным потребителем энергии (115 Вт согласно описанию и оценкам тестов) являются видеосредства Nvidia GeForce RTX 4060, дополненные чипами видеопамяти. Кстати, результаты тестирования показывают, что данное мобильное решение по производительности практически не уступают родственному настольному варианту с таким же объемом памяти, как в мобильном варианте.

Подсистема оперативной памяти ноутбука Thunderobot 911 Plus G3 Pro представлена одним модулем SO-DIMM Samsung DDR5-4800 16 Гбайт. Второй слот свободен. Он зарезервирован для второго модуля ОЗУ. Этот второй модуль в случае необходимости расширения адресного пространства пользователь ноутбука приобретает и устанавливает самостоятельно.

Рис. 6. Параметры ОЗУ

В качестве энергонезависимой памяти используется SSD-накопитель SSSTC CL5-8D512 производства компании SSSTC — Solid State Storage Technology Corporation — дочерняя компания корпорации KIOXIA. Этот накопитель форм-фактора M.2 2280 обладает емкостью 512 Гбайт и подключается к системе через 4 линии PCIe 4.0. Этот накопитель обеспечивает хранение и работу установленной производителем ноутбука операционной системы Windows 11 Pro, а также ряда системных и прикладных программ. На этом же накопителе сохраняются пользовательские программы и данные, например, рабочие документы, файлы аудио и видео, фотографии и т. п.

Остается добавить, что в дополнение к установленному M.2 SSD конструкторы ноутбука предусмотрели возможность установки еще и 2,5-дюймового дополнительного накопителя с интерфейсом SATA. Этот накопитель, как и в случае со вторым модулем ОЗУ, пользователь ноутбука приобретает и устанавливает самостоятельно.

Рис. 7. Параметры SSD
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Очевидно, что высокое энергопотребление комплектующих требует адекватных средств энергопитания. При этом автономное электропитание ноутбука осуществляется от встроенного Li-Pol аккумулятора с высокой энергоемкостью, составляющей 53,35 Вт·ч. В стационарном же режиме — от сети переменного тока через комплектный адаптер (рис. 8, рис. 1), обеспечивающий до 230 Вт выходного тока (20 В и до 11,5 А). Взвешивание этого адаптера показало, что его вес составляет 575 г, сетевого кабеля питания — 124 г, то есть совместно это составляет без малого (1 г) практически 700 г. Учитывая высокое энергопотребление Thunderobot 911 Plus G3 Pro, целесообразно эти компоненты держать всегда под рукой. А в случае необходимости перемещения ноутбука придется носить вместе с ним и эти 700-граммовые компоненты, так как без них время работы данной высокопроизводительной компьютерной системы в случае ресурсозатратных задач, к которым относятся, в частности, многие современные популярные игры, будет, увы, весьма непродолжительным.

Рис. 8. Адаптер электропитания  и  его параметры 
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Внешнее энергопитание ноутбука Thunderobot 911 Plus G3 Pro от адаптера и проводная связь с внешними периферийными устройствами осуществляется через порты, размещенные по торцам корпуса ноутбука (рис. 2). При этом сзади расположены USB-C, разъем электропитания, Mini DisplayPort 1.4 и HDMI 2.0 (рис. 9, рис. 2).

Рис. 9. Порты задней панели ноутбука

Слева находятся два порта USB-A (один из них USB 2.0) и два аудиоразъема (рис. 10, рис. 2).

Рис. 10. Порты левой панели ноутбука

Справа находятся порты USB-A и RJ-45 (рис. 11, рис. 2).

Рис. 11. Порты левой панели ноутбука

Спереди — индикаторы активности накопителей, состояния сетевого соединения и уровня заряда аккумулятора (рис. 2).

Беспроводную связь обеспечивают контроллеры Wi-Fi 6 (IEEE 802.11 b/g/n/ac/ax) и Bluetooth 5.2.

Ноутбук Thunderobot 911 Plus G3 Pro снабжен 17,3” дисплеем с матрицей типа AHVA IPS. Этот тип матрицы является воплощением одной из самых передовых технологий. Разработка компании AU Optronics. Является разновидностью IPS. Обладает высокой разрешающей способностью, улучшенными углами обзора, широкой цветовой палитрой, высоким быстродействием. Все это обеспечивает не только очень высокое качество изображения с разрешением Full HD (1920 x 1080), но и частоту обновления 144 Гц, что особенно актуально для современных динамичных программ. Соотношение сторон экрана является стандартным и составляет 16:9. Поверхность экрана матовая, что повышает комфортность работы особенно в условиях наличия ярких внешних источников света.

Традиционно над матрицей расположены два микрофона, веб-камера (1 Mp, 720p) и отверстие светодиода индикации/подсветки (рис. 12).

Рис. 12. Веб-камера, микрофоны, светодиод

Остается добавить, что рамки окружающие матрицу слева и справа очень узкие: всего примерно 7 мм от области изображения до кромки дисплея, визуально они смотрятся даже меньше. Важно, что узкие рамки позволили сделать ноутбук в целом компактнее многих конкурирующих изделий, кстати, при сохранении возможности использования в конструкции ноутбука полноразмерной клавиатуры (рис. 13).

Рис. 13. Клавиатура и тачпад ноутбука Thunderobot 911 Plus G3 Pro
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Клавиатура (рис. 13) у данного ноутбука мембранного типа, с блоком цифровых клавиш. Размеры основных клавиш составляют 14 х 14 мм, а функциональных — 12,5 х 9 мм. Ход клавиш составляет около полутора миллиметров, срабатывания происходят четко и тихо. Работать за такой клавиатурой удобно. Для большего комфорта клавиши клавиатуры оснащены подсветкой.

Рядом с клавиатурой традиционно расположен большой тачпад (рис. 13). Его размеры составляют 150 х 90 мм. Поверхность гладкая. Тачпад обладает хорошей отзывчивостью и обеспечивает комфортное управление аппаратно-программными средствами данного компьютера.

Акустическая система ноутбука представлена двумя малогабаритными динамиками, которые находятся в нижней части корпуса. Качество звука, правда, среднее. К сожалению, это является неизбежным для малогабаритных излучателей. Но уровень громкости воспроизведения звука довольно высокий и звук воспроизводится без хрипов.

В следующей части  данной статьи — оценки производительности

 
 (создано с помощью ИИ,  кликнуть мышью для увеличения картинки)   

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

(кликнуть мышью для увеличения картинки)

Примеры ноутбуков

Интересная модель того времени – Everex с процессором i386SX-25. Архитектура и дизайн этой модели допускает возможность установки сопроцессора i387SX, что увеличивает производительность данного ноутбука.

Ноутбук Everex
(кликнуть мышью для увеличения картинки)

В основе этого компьютера лежит двухплатное решение. Семидюймовый черно/белый ЖК-дисплей разрешением 640×480, легко сменяемые жесткий диск IBM с интерфейсом IDE и информационным объемом 80 Мбайт, дисковод гибких дисков 1,44 Мбайт, блок Ni-Ca аккумуляторов. Управление осуществляется с помощью клавиатуры и миниатюрного трекбола. Оперативная память — 2 Мбайт с возможностью увеличения до 4 Мбайт с помощью замены специальной платы памяти. Внешние интерфейсы представлены разъемами VGA, LPT, Com и для внешней клавиатуры. Ноутбук помещен в металлический корпус и весит более 3 кг. Несмотря на ограниченность функциональных возможностей, по дизайну он уже напоминает современные модели.

Не менее интересно семейство ноутбуков IBM ThinkPad. В октябре 1992 года в рамках данного сеейства были анонсированы три модели: 300, 700, 700С. Основой каждой из них стал процессор Intel 80386SL частотой 25 МГц, оперативная память составляет 4–16 Мбайт, встроенный LCD монитор — монохромный, 9,5 дюйма, разрешением 640×480. Накопители представлены жестким диском 80 Мбайт и 3,5-дюймовым флоппи-дисководом.

Ноутбук IBM ThinkPad
(кликнуть мышью для увеличения картинки)

Модели 700 и 700C отличаются наличием процессора Intel 80486SLC частотой 50 МГц (2×25 МГц). Последняя укомплектована цветным 10,4-дюймовым LCD-монитором с поддержкой 256 цветов – в комплекте с HDD 120 Мбайт она предлагалась за $4350.

Конечно, все перечисленные характеристики могли варьироваться в зависимости от модели и производителя.

Приведенные данные дают только общее представление о том, какими были компьютеры начала девяностых годов прошлого века, то есть три десятка лет назад. Остается сравнить параметры и цены указанных устройств с современными моделями компьютеров. Но это уже может сделать каждый из нас самостоятельно.

А вот предсказать, что будет через следующие три десятка лет, — вряд ли возможно. Однако можно уверенно утверждать только то, что, безусловно, будет очень интересно!
   

>>    Часть 1 
       

Сокращенные версии статьи: 

• Компьютеры тридцать лет тому назад
• Компьютеры тридцать лет тому назад. / IT-Expert. 2023, №7
• Компьютеры, какие они были 30 лет назад. / Вы и ваш компьютер. 2023, №10, с.14-18 

В статье были использованы материалы книг:

• «PC: Overclocking, Optimization, & Tuning, Second Edition». — USA: A-LIST
• «PC: Hardware Tuning & Acceleration». — USA: A-LIST
• «PC: настройка, оптимизация разгон» Изд.2-е, доп. — СПб.:  BHV-Санкт-Петербург
• “Форсирование аппаратных средств РС”. — СПб.: БХВ-Петербург
• “Аппаратные средства и мультимедиа”. — СПб.: Питер
• “Современное железо: настольные, мобильные и встраиваемые компьютеры”. — СПб.: БХВ-Петербург

В статье были использованы материалы сайтов:

• Википедия
• Ряда других сайтов

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

(кликнуть мышью для увеличения картинки)

Ноутбуки

Ноутбуки начала 90-х хотя и были довольно примитивными по сравнению с современными, но представляли собой важный шаг в развитии переносных компьютеров. Давайте рассмотрим некоторые нюансы их архитектуры, характеристики, а также внешние интерфейсы. Но сначала с помощью «Википедии» проведем небольшой экскурс в историю развития ноутбуков. Эти компьютеры в некоторых странах называют лэптопами или иногда лаптопами.

Итак, идею создания вычислительной машины «размером с блокнот, имеющей плоский монитор и умеющей подключаться к сетям без проводов», выдвинул начальник исследовательской лаборатории фирмы Xerox Алан Кей (Alan Curtis Kay) в 1968 году. А в 1982 году по заказу NASA Уильям Могридж (William Grant ‘Bill’ Moggridge, британский дизайнер, изобретатель и педагог, основатель дизайнерской компании IDEO) создал первый в мире ноутбук Grid Compass. Устройство имело 340 Кбайт оперативной памяти ЦМД (цилиндрические магнитные домены), процессор Intel 8086 с тактовой частотой 8 МГц и люминесцентный экран и использовалось в программе Space Shuttle.

Первая общегражданская модель, получившая название “Osborne 1”, была создана Адамом Осборном (Adam Osborne, американский компьютерный дизайнер). Устройство имело следующие параметры: масса — 11 кг, оперативная память — 64 Кбайт, процессор — Zilog Z80A с тактовой частотой 4 МГц, два дисковода 5,25”, три порта, в том числе для подключения модема, монохромный дисплей 8,75×6,6 см – 24 строки по 52 символа, клавиатура – 69 клавиш. Данный мобильный компьютер был создан в 1981 году и выпущен на рынок по цене $1795.

Мобильный компьютер Osborne 1
(кликнуть мышью для увеличения картинки)

В 1990 году Intel представила первый специализированный процессор для мобильных персональных компьютеров — Intel386SL. По меркам того времени он был сравнительно мощным, снабжен рядом оригинальных микроархитектурных решений, существенно снижающих энергопотребление. Данное обстоятельство позволило ряду известных компаний создать большое количество моделей мобильных компьютеров. Это сделало их массовым продуктом, хотя и явно недешевым.

Процессор

В ноутбуках, предлагаемых потенциальным пользователям три десятка лет назад, обычно использовались процессоры Intel 386 или Intel 486. Мобильные версии этих процессоров обеспечивали меньшую вычислительную мощность, чем их настольные аналоги, однако были достаточно мощными для большинства задач того времени (тактовая частота обычно колебалась от 16 до 50 МГц). В качестве примеров можно привести:

Варианты Intel 80386SX с частотами 16 (1988 г.), 20 (1989 г.), 25 и 33 МГц (1992 г.), внутренней архитектурой 32 бит, внешней шиной данных 16 бит, внешней шиной адреса 24 бит, адресуемой физической памятью 16 Мбайт, количество транзисторов – 275 000. Созданы по технологии 1,5 и 1 мкм, индекс производительности iCOMP модели Intel 80386SX-33 составлял 56, для ее увеличения использовались микросхемы сопроцессоров Intel 80387.

Варианты Intel 80386SL с частотами 20 (1990 г.), 25 (1991 г.) – первые энергосберегающие процессоры для портативных ПК. Семейство SL отличалось от семейства SX тем, что имело на кристалле также контроллер оперативной памяти, контроллер внешней кэш-памяти объемом 16–64 Кбайт и контроллер шины.

Варианты Intel 80486SX с частотами 16/20/25 МГц (1991 г.), 33 и 25х2 МГц (1992 г.), внутренней архитектурой 32 бит, внешней шиной данных 32 бит, внешней шиной адреса 32 бит, адресуемой физической памятью 4 Гбайт и количеством транзисторов – около 1,2 млн. Созданы по технологиям 1 и 0,8 мкм. Индекс производительности iCOMP модели Intel 80486SX-33 составлял 136, для ее увеличения использовались микросхемы сопроцессоров Intel 80487.

Варианты Intel 80486SL с частотами 20/25/33 МГц (1992 г.), внутренней архитектурой 32 бит, внешней шиной данных 32 бит, внешней шиной адреса 26 бит, адресуемой физической памятью 64 Мбайт (виртуальной — 64 Тбайт), количество транзисторов – около 1,4 млн, созданы по технологии 0,8 мкм. Являются энергосберегающими процессорами для портативных ПК. Для увеличения производительности использовались микросхемы сопроцессоров Intel 80487.

Аналоги указанных процессоров серий i386 и i486 производились компаниями AMD, Cyrix, VIA и др.

Позднее появились и настольные компьютеры с процессорами Intel Pentium, анонсированными в 1993 году. В мобильные же компьютеры процессоры Intel Pentium попали значительно позже.

Оперативная память

Как правило, ноутбуки начала 90-х имели от 2 до 8 Мбайт оперативной памяти (DRAM). Данного информационного объема вполне хватало для запуска большинства операционных систем и приложений того времени, включая MS DOS и ранние версии MS Windows. Но встречались и модели с большими значениями DRAM. Большинство мобильных систем использовали чипы оперативной памяти типа FPM DRAM с тактовой частотой около 20-30 МГц. Соответствующие чипы часто распаивались на материнской плате без возможности расширения информационного пространства оперативной памяти. Однако для некоторых моделей ноутбуков все-таки допускалось увеличение памяти путем установки фирменных модулей в специальные разъемы материнских плат. В дальнейшем этот тип памяти в архитектурах мобильных компьютеров вытеснили более совершенные варианты: EDO, DDR, DDR2 и т. д.

Жесткий диск

Жесткий диск (HDD) в ноутбуках начала 90-х годов подключался посредством шины IDE и обычно имел емкость от 20 до 120 Мбайт. Этого информационного объема было вполне достаточно для хранения системного программного обеспечения в лице MS DOS и MS Windows того времени, например MS DOS 5.0 и MS Windows 3.1, а также пользовательских программ и данных.

Экран

Обычно в такие устройства устанавливался монохромный ЖК-дисплей диагональю около 10 дюймов и разрешением около 640×480 пикселей – это считалось достаточно высоким качеством изображения, тем более, что панели с бóльшим разрешением, как правило, были недоступны для конструкторов и производителей таких компьютеров.

Кстати, в дисплеях ноутбуков того времени для подсветки ЖК-матрицы использовались миниатюрные люминесцентные лампы с парами ртути внутри.

Батарея

Поскольку ноутбуки того времени укомплектовывались никель-кадмиевыми элементами, их эксплуатация требовала аккуратности. Дело в том, что данному типу аккумуляторов был присущ так называемый «эффект памяти», который проявлялся в уменьшении фактической емкости батареи при пополнении ее заряда без предварительного полного разряда. Тем не менее, они обеспечивали пользователям необходимую мобильность в течение 2-3 часов. Конечно, время автономной работы, как и сегодня, во многом зависело от сложности решаемых задач и устанавливаемой яркости ЖК-дисплеев.

Клавиатура и указатель

Клавиатуры ноутбуков того времени были схожи с современными вариантами, но могли быть меньше и не иметь некоторых клавиш. Для обеспечения комфортной работы конструкторы использовали трекбол или встроенную клавишу, которые применялись в качестве указателей. А привычные сегодня тачпады в архитектуре ноутбуков стали элементами мобильных компьютеров значительно позже.

Внешние интерфейсы и разъемы

Большинство моделей ноутбуков имели внешний разъем параллельного порта (LPT), который обычно использовался для подключения принтеров, и один или два внешних разъемов последовательных портов (COM) — для модемов, мыши и пр., а также разъем VGA для внешнего монитора или проектора. В качестве дополнительной энергонезависимой памяти устанавливался встроенный привод для гибких 3,5-дюймовых дискет емкостью 1,44 Мбайт. Некоторые модели имели в своем составе PS/2-порт для внешней клавиатуры или мыши. В то время как встроенные аудиосистемы не стали стандартом, некоторые ноутбуки могли иметь разъемы для внешних динамиков, наушников, микрофона. Остается добавить, что вес типичного компактного ноутбука того времени составлял от 2,5 до 4 кг.

В следующей части  данной статьи — примеры моделей ноутбуков начала девяностых
   

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки)

Настольные компьютеры

Настольные компьютеры (десктопы) состояли традиционно из следующих частей: системный блок, монитор, устройства ввода в лице клавиатуры, мыши, игровых пультов и т.п. В ряде случаев, обычно на рабочих местах, к системному блоку дополнительно подключались принтер и внешние накопители информации. Иногда ученые и инженеры подключали к системному блоку еще и кое-какие измерительные и исполнительные устройства.

Необходимо отметить, что на указанном временном рубеже существовали настольные компьютеры разных архитектур, создаваемые и выпускаемые на рынок миллионами штук компаниями разных стран. Не остался в стороне от этого процесса и CCCP, в котором к 92 году массово выпускалось несколько десятков моделей компьютеров, выпуск некоторых превышал 100 тыс. экземпляров. На советском и мировом пространстве присутствовало большое количество моделей разных систем команд и архитектур. Однако постепенно это разнообразие сокращалось, и стандарты IBM PC стали доминировать среди производителей персональных компьютеров.

Монитор и системный блок настольного компьютера
(кликнуть мышью для увеличения картинки)

Итак, архитектура системных блоков включала в себя центральный микропроцессор (процессор), чипы и модули оперативной памяти, жесткие (HDD) и гибкие (floppy) диски, материнскую плату с шинами и разъемами (слотами), видеокарту и встроенный блок питания от сети переменного тока. Они, как и в случае современных моделей, были объединены в единую систему посредством материнской платы. Она обеспечивала электрические и логические связи между всеми электронными элементами.

Процессор

Процессоры тех компьютеров были значительно менее мощными, чем современные. Например, Intel 486, который широко использовался в то время, работал на частоте от 16 до 100 МГц. Это считалось весьма высокими характеристиками, и некоторое время эти процессоры вполне соответствовали потребностям решаемых задач. Но задачи усложнялись, и запросы пользователей росли. Отвечая на запросы рынка, компания Intel разработала и выпустила в 1993 году процессор Intel Pentium. Благодаря реализации в своей микроархитектуре ряда перспективных технологий он резко повысил скорость обработки данных и стал своеобразным стандартом для персональных компьютеров. Работая на частоте до 200 МГц, этот процессор значительно увеличил производительность компьютеров. Благодаря успехам полупроводниковых технологий и совершенствованию микроархитектурных решений появились следующие модели, обладающие большими возможностями.

Конечно, современные многоядерные Intel Core i7 и Core i9 с тактовой частотой почти 5 ГГц, обеспечивают в сотни и даже в тысячи раз большую производительность по сравнению с самыми скоростными моделями Intel Pentium начала и середины 90-х годов.

Оперативная память

Оперативная память в компьютерах начала 90-х была довольно ограниченной по современным меркам. Стандартный настольный ПК обычно имел от 4 до 16 Мбайт оперативной памяти. Основным типом того времени была FPM DRAM (Fast Page Mode Dynamic Random Access Memory) с частотой работы 25 и 33 МГц. Она использовала шину данных 8 бит, имела на частоте 25 МГц пропускную способность до 25 Мбайт/с.

Как и в случае процессоров, современные варианты модулей оперативной памяти DDR4 SDRAM с частотой работы от 1600 до 3200 МГц, обеспечивают значительно большую пропускную способность — до 25600 Мбайт/с на частоте 3200 МГц в одноканальном режиме и до 51200 Мбайт в стандартном двухканальном режиме. А новейшие модули DDR5 SDRAM с частотой работы до 8400 МГц демонстрируют еще большие скоростные возможности.

Диски

Для долгосрочного энергонезависимого хранения данных и программного обеспечения, в настольных компьютерах использовались, как и сегодня, жесткие диски. Но в начале 90-х они обычно имели емкость от 40 до 500 Мбайт. Эти значения сегодня могут казаться ничтожными, но тогда этого было вполне достаточно для решения задач большинства пользователей. Жесткие диски того времени подключались через параллельный интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics). Он был стандартом в течение длительного времени, так как предлагал достаточную скорость для технологий того периода.

А для внешнего хранения информации использовались гибкие диски 5,25” емкостью 360, 720 и 1200 Кбайт и 3,5” — 720 Кбайт и 1,44 Мбайт.

В современных ПК старшие модели жестких дисков уже достигли 30 Тбайт, гибкие же диски не используются уже более 10 лет.

Системная шина

Системная шина обеспечивала физическую связь между компонентами компьютера, включая процессор, оперативную память, жесткий диск и расширительные слоты. В начале девяностых основным типом системной шины был ISA (Industry Standard Architecture). Шина этого стандарта использовалась в большинстве настольных ПК и позволяла подключать различные устройства – видеокарты, звуковые карты и модемы. Однако с выпуском Intel Pentium появилась новая системная шина — PCI (Peripheral Component Interconnect), которая предлагала значительно более высокую пропускную способность. Эта шина стала стандартом для нескольких поколений процессоров.

В современных компьютерах роль системной шины стали исполнять внутренние шины процессора, соединяющие встроенные в процессор контроллеры и подсистемы. Остальные компоненты (внешняя видеокарта, модули оперативной памяти, диски и др.) современного ПК подключаются к процессору посредством шин PCI-Express.

Приводы и интерфейсы

Стандартными компонентами настольного ПК начала девяностых были еще и флоппи-диск, CD-ROM (привод для более новых моделей), параллельные (LPT) и последовательные (COM) порты для подключения периферийных устройств (таких как принтеры или модемы), а также VGA-порт для подключения CRT-монитора.

Увы, указанные приводы и порты покинули современные компьютеры. Информацию все чаще пересылают через беспроводные сети Wi-Fi и Bluetooth, а вместо указанных портов теперь USB, Gigabit (RJ-45), HDMI, Mini-DisplayPort.

Видеосистема

Видеокарты того времени обычно поддерживали разрешение от 640×480 до 800×600 пикселей и были способны отображать от 16 до 256 цветов. Более продвинутые модели поддерживали более высокое разрешение и широкую цветовую гамму, но стоили дорого и использовались в основном профессионалами и энтузиастами.

Мониторы начала 90-х годов были типа CRT (Cathode Ray Tube). Их часто называли ЭЛТ или просто «трубками». Большие и весьма тяжелые, обычно с диагональю экрана 14–21 дюйма, они, как правило, обеспечивали разрешение от 640×480 до 1024×768 пикселей. Большинство мониторов использовали стандарт VGA (Video Graphics) для подключения к компьютеру, хотя некоторые более продвинутые модели могли использовать стандарты SVGA (Super VGA) или XGA (Extended Graphics) для получения более высокого разрешения и лучшего качества изображения.

В дальнейшем мониторы ЭЛТ ушли в прошлое вместе с соответствующими стандартами и разъемами. Их место заняли мониторы на жидких кристаллах (ЖК, LCD).

Современные настольные компьютеры комплектуются мониторами ЖК, обладающими обычно разрешением 1920×1080 и подключаемыми обычно через разъемы HDMI или Mini-DisplayPort.

Блок питания

Блок питания обеспечивал электрическим током все компоненты системы. Обычно он мог выдавать от 200 до 300 ватт, его было достаточно для работы компонентов того времени. Это базовое описание настольного компьютера начала девяностых годов, хотя, конечно, детали могли варьироваться в зависимости от конкретной модели и производителя.

Возросшая многократно вычислительная мощь современных компьютеров потребовала соответствующего энергопитания, в результате чего не являются редкостью блоки мощностью 1000 Вт.

В следующей части  данной статьи — о ноутбуках начала девяностых.

(кликнуть мышью для увеличения картинки)
   

>>    Часть 2 
      

Евгений  Рудометов

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Введение

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

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

Принцип работы термоэлектрических модулей

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

Жан Шарль Пельтье

Томас Иоганн Зеебек

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

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

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

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

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

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

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 2 
      

Виктор  Рудометов
Евгений  Рудометов

    >>    Часть 1
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Кулеры 90-х и начала 2000-х

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные характеристики:

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

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

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

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

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 3 
      

Виктор  Рудометов
Евгений  Рудометов

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Вступление

Современные полупроводниковые чипы нередко эксплуатируются в тяжелых температурных условиях. Обычно умеренно низкие значения температуры окружающей среды не ограничивают работоспособность электронных компонентов, но вот высокие значения явно создают проблемы для конструкторов и пользователей сложных электронных систем. При этом решать эти проблемы тем труднее, чем сложнее внутренние микроархитектуры чипов, предусматривающих использование большого числа транзисторов. В высокопроизводительных моделях, примером которых могут служить современные центральные и графические процессоры, их количество нередко исчисляется уже миллиардами штук в чипах для мощных ноутбуков и настольных систем, и десятками миллиардов — в чипах для рабочих станций и серверных изделий. И каждый из этих транзисторов в процессе своей работы потребляет электроэнергию и генерирует соответствующее тепло. Совместно они формируют значительный тепловой поток, увеличивающийся в условиях высоких вычислительных нагрузок. Кстати, повышенное теплообразование наблюдается еще и при росте тактовых частот и соответствующем повышении напряжения питания чипов. В качестве примера можно привести кратковременную работу интеловских процессоров в режимах Intel Turbo Boost. И, конечно, нельзя не упомянуть непростую, а в ряде случаев и весьма опасную эксплуатацию чипов в условиях оверклокинга (overclocking).

Оверклокинг, обычно называемый разгоном, — это работа чипов при высоких, часто даже экстремальных, тактовых частотах, превышающих штатные значения, установленные производителями этих чипов. Оверклокинг поддерживается большинством потребительских моделей материнских плат. Популярен у ряда компьютерных энтузиастов. Обычно требует соответствующего увеличения напряжения питания, что вызывает повышенные энергопотребление и теплообразование чипов. Именно поэтому чипы в режимах разгона требуют интенсивного охлаждения.

Для охлаждения сверхсложных чипов используются различные охлаждающие средства. Обычно они представлены объемными радиаторами, снабженными соответствующими высокопроизводительными вентиляторами. Часто в составе конструкции кулеров мощных чипов применяются еще и весьма сложные системы тепловых трубок. А в некоторых случаях в составе систем охлаждения используются также элементы водяного охлаждения, в число которых входят: компактная электрическая помпа, резервуар, радиаторы, вентиляторы, плата контроллера. Нередко указанный комплект снабжается также специальным программным обеспечением. Оно осуществляет управление всей компьютерной системой для обеспечения оптимальных температурных режимов работы чипов с целью достижения максимальных уровней их производительности при сохранении устойчивой работы.

Несмотря на бесспорные достоинства подобных решений, еще больше повысить эффективность охлаждения чипов можно добавлением в конструкции их кулеров полупроводниковых модулей Пельтье (далее — модули Пельтье).

Некоторые теоретические детали, лежащие в основе модулей Пельтье, примеры образцов, их внутреннее устройство и основные параметры, а также рекомендации по выбору оптимальных моделей модулей были рассмотрены в предыдущих статьях.

Первая из этих статей была посвящена основам термоэлектрического охлаждения, вторая — выбору модулей Пельтье, выполняемого на основе несложных расчетов, и особенностям последующей их эксплуатации. Теперь же целесообразно рассмотреть примеры серийных кулеров с модулями Пельтье (далее — кулеры Пельтье), что и будет сделано далее в этой статье.
  

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

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 

Часть 2

Как считают инженеры Intel, следующий этап эволюции твердотельных накопителей связан с переходом на флеш-память нового типа. Эта память получила наименование 3D XPoint (рис. 7).

Рис. 7. Технология 3D XPoint
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Данная разработка, как и ранее описанная, позволяет выпускать твердотельные накопители, обеспечивающие энергонезависимое хранение программ и данных. Но достигается это уже на другом, более высоком уровне возможностей устройств и подсистем хранения информации. Проанализировав доступные документы, независимые эксперты сделали вывод, что работа флеш-памяти 3D XPoint основана на использовании эффектов фазовых переходов в применяемых полупроводниковых материалах. Результатом этих фазовых переходов является устойчивое изменение проводимости этих материалов, что может быть выявлено соответствующими электронными схемами.

Созданные на основе флеш-памяти этого типа накопители получили наименование Optane. По производительности они находятся между оперативной памятью и твердотельными накопителями. При этом данные накопители значительно дешевле DRAM и в то же время значительно надежнее SSD, созданных на основе традиционных технологий. А еще SSD с флеш-памятью 3D XPoint обладают более высокими скоростными возможностями и обеспечивают побайтную адресацию. В качестве примера можно привести высокопроизводительные накопители семейства Intel Optane SSD DC P4800X, выпущенные в вариантах карт расширения PCI Express (рис. 8), а также в 2,5-дюймовом исполнении с интерфейсом U.2.

Рис. 8. Intel Optane SSD DC P4800X
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Выпущенные серверные накопители демонстрируют очень высокую производительность: на операциях чтения/записи блоками 4 Кбайт производительность достигает 550 000 IOPS. Выносливость — 30 DWPD (перезаписей всего информационного объема накопителя в день), что примерно в три раза больше лучших альтернативных моделей твердотельных накопителей. Так, например, по сравнению с традиционными SSD задержки доступа существенно меньше: преимущество более чем в 10 раз. А еще эти устройства, предназначенные для центров обработки данных и высокопроизводительных облачных платформ, в 5-8 раз быстрее на низких очередях, а при 99% QoS преимущество может достигать 60 раз.

Несмотря на высочайшие параметры накопителей семейства Intel Optane SSD DC P4800X, им на смену уже пришли еще более совершенные модели в лице изделий семейства Intel Optane SSD DC P5800X.

Остается добавить, что такие накопители оптимальны для приложений критичных к требованиям по задержкам. При этом время отклика практически не меняется от нагрузки. А еще они обладают очень высокими ресурсами перезаписи, хранят информацию практически неограниченное время и не теряют ее при обесточивании накопителей. Все это позволило существенно изменить архитектуру мощных систем обработки данных и расширить их функциональные возможности.

Главным же недостатком твердотельных накопителей Intel Optane SSD является высокая цена. Однако, как ожидается, цена будет снижаться по мере совершенствования 3D XPoint или будущих подобных технологий, а также соответствующих архитектур созданных на их основе накопителей.

Вряд ли и эти твердотельные накопители являются идеальными средствами записи, чтения и хранения информации, но, как говорится, процесс идет. Ждем новых открытий, новых материалов и технологий, новых архитектур и изделий. И кое-что действительно уже появляется, например, многослойные оптические кварцевые диски с емкостью более 100 Тбайт и лазерной записью/чтением, а также, как утверждают их создатели, временем хранения более 1000 лет. А еще ведутся интенсивные исследования в области хранения информации в цепочках ДНК и т. п. Но это в будущем, а пока жесткие магнитные диски и накопители, созданные на основе флеш-памяти, стемительно совершенствуются, что обеспечивает стремительный рост их информационной емкости. В любом случае можно не сомневаться, что будущее будет очень интересным!

>>    Часть 1 

Сокращенные версии статьи: 

• Можно ли долго хранить данные на SSD? 
• Можно ли долго хранить данные на SSD? / IT-Expert. 2022, №6 
• Накопители: SSD – оптимальный? / Вы и ваш компьютер. 2022, №8, с.19-22

Евгений Рудометов 

Часть 1

 
Для потребительского и корпоративного секторов выпускаются SSD в разных дизайнах. Наибольшее распространение получили форм-факторы: 2,5”, M.2, карты PCI Express. Кроме того, на рынке есть накопители, предлагаемые в вариантах наборов и даже однокристальных чипов. Примеры моделей SSD в форм-факторах 2,5” и M.2 приведены на рис. 4.

Рис. 4. 2,5” SSD и M.2 SSD
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Данный тип накопителей заметно ускоряет работу дисковых подсистем настольных и мобильных компьютеров. Так, например, время доступа у SSD составляет менее 1 мс. Конечно, скорости считывания и записи цифровой информации зависят от особенностей интерфейса, но практически всегда превышают аналогичные параметры HDD. Более того, в случае лучших моделей SSD они в десятки раз выше аналогичных параметров HDD.

Высокие параметры обеспечили популярность твердотельных накопителей, хотя по такому параметру, как «стоимость за 1 Гбайт» они все еще заметно уступают классическим жестким дискам. Однако SSD практически «не боятся» вибраций и ударных нагрузок, потребляют меньше энергии, как правило, более надежны и лучше переносят повышенные температуры, и они более технологичны в производстве, чем HDD. Правда, как выясняется, SSD (и USB-флэш-накопители, и карты, и чипы) имеют ограниченный ресурс записи/перезаписи/стирания (далее — ресурс записи) информации из-за постепенной деградации полупроводников. При этом чем больше битов «упаковывается» в каждой ячейке за счет многоуровневого способа, тем больше общая информационная емкость изделия и ниже его цена. Но с ростом плотности битов в ячейках уменьшается ресурс записи данных, а, следовательно, и всего накопителя, что ориентирует отрасль на выпуск накопителей с многоуровневыми ячейками TLC и QLC, а в перспективе — на еще более плотные варианты.

Справедливости ради следует отметить, что во второй половине 2022 года производители стали постепенно отказываться от выпуска моделей, основанных на QLC-памяти. Снижение цен на TLC 3D NAND привело к тому, что экономия, достигаемая при выборе четырехбитовой памяти в ущерб производительности и надежности, стала в абсолютном выражении совсем незначительной. Однако многие эксперты считают, что не следует думать, что QLC SSD покидают рынок навсегда, и данный тренд может вскоре измениться.

Основные характеристики многоуровневых ячеек представлены на рис. 5 (P/E Cycles — Program/Erase Cycles — циклы программирования/стирания — циклы записей/стирания и последующей записи — является количественной характеристикой выносливости).

Рис. 5. Параметры многоуровневых ячеек
            (кликнуть мышью для увеличения

С целью повышения этого ресурса конструкторы используют различные методы, среди которых, например,  выравнивание износа ячеек, их страничная и блоковая организация, кэширование, использование эффективных кодов контроля и восстановления, максимальное сокращение операций перезаписи и т.п. Как результат, ресурс записи для SSD потребительского сектора оценивается в десятках, а для высокоемких моделей — нередко в сотнях терабайт. Для корпоративных (серверных) SSD этот показатель оценивается уже в тысячах терабайт. Конечно, ресурс записи потребительских и корпоративных накопителей SSD увеличивается вместе с увеличением емкости дисков. Чем больше емкость, тем больше ресурс записи. При этом в спецификациях накопителей речь идет о значениях этого ресурса, гарантированных производителями, реальные же показатели износостойкости SSD значительно выше, иногда в несколько раз.

А теперь о времени хранения информации в чипах флеш-памяти. Так как электрические заряды, кодирующие биты, хранятся в конденсаторах (накопителях заряда, ловушках заряда и т.п.) ячеек, очевидно, что для длительного сохранения записанной информации требуется периодическая проверка ячеек и последующее восстановление уровней. Это все выполняет встроенный контроллер. Нахождение флеш-накопителей в течение долгого времени в выключенном состоянии может привести к безвозвратной потере данных. В некоторых случаях это могут быть месяцы, а возможно даже и недели. При этом новые накопители могут хранить информацию в обесточенном состоянии в течение нескольких лет, но по мере их использования это время постепенно и значительно сокращается из-за постепенной деградации полупроводников. Особенно остро данная проблема стоит в случае накопителей, созданных на основе многоуровневых ячеек типа QLC и тем более будущих PLC. Организация JEDEC, занимающаяся стандартизацией и сертификацией, не рекомендует на долгий срок оставлять SSD без электропитания. Для потребительских моделей SSD, эксплуатируемых в нормальных условиях, время гарантированного сохранения информации составляет около года. Для корпоративных же моделей согласно требованиям JEDEC время сохранения информации, обеспечиваемое и гарантированное производителями, должно составлять не менее трех месяцев в течение всего рекомендуемого времени эксплуатации. Кстати, это не означает, что корпоративные SSD менее надежны, дело в том, что требования к ним существенно выше и допустимая вероятность возможных ошибок ниже. Следует добавить, что время сохранения информации сильно зависит от температуры окружающей среды. Как показывают исследования, повышение температуры всего на 5 градусов может сократить время хранения информации вдвое. Дальнейший подъем по температурной шкале ухудшает ситуацию еще сильнее.

Это иллюстрируют, например, следующие данные (рис. 6), полученные одной из исследовательских команд. Например, если SSD работал  при 40 градусах Цельсия, а после его оставили на хранение при 30 градусах, то информация сохранится на протяжении 52 недель (около 1 года).

Рис. 6. Время сохранения информации в зависимости от температурных режимов
            (кликнуть мышью для увеличения

И какие же выводы и рекомендации следуют из всего этого? Увы, накопители SSD (и USB-флешки, и флеш-карточки) не предназначены для долгого хранения данных носителей информации «на полке». Чтобы не потерять ценную информацию, эти устройства целесообразно периодически подключать к компьютерным системам. Выполнять эту операцию следует регулярно каждые насколько месяцев в нормальных температурных условиях, а в экстремальных условиях — чаще, возможно речь может идти о неделях. Это позволит встроенным в SSD контроллерам выполнить проверку и восстановление содержимого ячеек памяти накопителя. Это убережет, может быть, очень ценную информацию, стоимость которой в ряде случаев многократно превышает стоимость самого SSD.

К сказанному следует добавить, что, выбирая SSD, следует отдавать предпочтение продукция от именитых производителей. Их продукция обычно собирается из качественных, хорошо проверенных компонентов, изделия проходят многократный контроль в процессе производства. А еще такие компании более ответственно относятся к предоставляемым спецификациям, их документация обычно детальная и полная. Кроме того, они обеспечивают качественную, часто оперативную поддержку и длительную гарантию на свои изделия.

По возможности из моделей MLC, TLC, QLC лучше выбирать первые два типа, а при эксплуатации заполнять накопители информацией не на 100%, оставляя часть в запасе, например, 20%. Конечно, это совсем необязательно, но незаполненная часть информационного пространства накопителя повысит эффективность кэширования. Это положительно скажется на производительности SSD и в конечном итоге всей системы.

Продолжая тему выбора, необходимо отметить, что модели Enterprise, ориентированные на корпоративный сектор, выгодно отличаются от изделий потребительского уровня. Эти модели оптимальны для серверов и систем хранения, которым требуется высокий уровень производительности и надежности. Однако они отлично работают, конечно, в случае совместимых интерфейсов и дизайнов, в мощных рабочих станциях, десктопах, а также в корпоративных и потребительских ноутбуках. Накопители этого типа обеспечивают быстрый отклик и стабильные уровни производительности для широкого круга задач. Корпоративные модели обладают функциями защиты от сбоев и от повреждения данных, им доступны инструменты SMART корпоративного уровня. Как правило, в конструкции Enterprise SSD предусмотрены встроенные аппаратно-программные средства защиты от последствий неожиданного прекращения электропитания. Эти средства, обычно отсутствующие у накопителей потребительского уровня, эффективно препятствуют необратимому превращению накопителя с ценными данными в так называемый «кирпич».

В дополнение ко всему сказанному следует напомнить, о целесообразности выполнения периодического контроля состояние накопителей с помощью специальных фирменных утилит. Это позволит не только максимально проверять работоспособность SSD, включая оставшийся ресурс записи, но и может быть обновлять прошивку, что обычно исключает выявленные производителем ошибки работы, а может быть и улучшает параметры SSD, и расширяет его возможности. Правда, при этом следует принимать во внимание, что обновление — это потенциально опасная для устройств операция, поэтому к подобным операциям следует относиться с определенной осторожностью.

Остается добавить, что следование всем этим рекомендациям обеспечит высокую производительность при надежной работе флеш-накопителей.

Итак, что же и указанные накопители SSD не являются идеальным выбором? Пожалуй, что так. Однако технологии твердотельных накопителей продолжают быстро развиваться. В результате функциональные возможности накопителей растут. Появляются новые технологии, архитектуры и, конечно, изделия.

Об альтернативных технологиях и соответствующих моделях —  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Средства хранения цифровой информации прошли славный путь эволюции. Каждое из этих средств пережило свой этап открытий, многочисленных усовершенствований и, наконец,  заката, постепенно уступая пальму первенства своим более совершенным наследникам. Все они были востребованы и выпускались десятками и сотнями миллионов экземпляров. Тем не менее, ни один из вариантов не был идеален, включая даже жесткие диски (HDD — hard disk drive — накопитель на жестких магнитных дисках, жесткий диск, разг. винчестер), чья история с выпуска первого жеского диска в 1956 г. (IBM 350 в составе компьютера IBM 305) насчитывает уже более полувека. Именно из-за ограниченных технических и эксплуатационных возможностей гибких и магнитооптических дисков, магнитных лент в компакт-кассетах, бобинах и картриджах, оптических дисков CD/DVD/BD и жестких дисков 2.5″ и 3.5″ HDD конструкторы и пользователи с энтузиазмом восприняли разработку чипов (1988 г.) и устройств (1984 г.) на основе технологии флеш.

В качестве примера можно привести карты памяти: PC Card, CompactFlash (CF), SmartMedia (SM), MultiMedia Card (MMC), SD (Secure Digital Memory Card, до 4 Гбайт), SDHC (Secure Digital High Capacity, до 32 Гбайт), SDXC (Secure Digital eXtended Capacity, до 2 Тбайт) , SDUC (Secure Digital Ultra Capacity, до 128 Тбайт). К данному набору следует еще добавить популярные карты уменьшенных форм-факторов, к которым относятся Memory Stick, miniSD, MicroSD, MicroSDHC, MicroSDXD и т.п. При этом совместимость устройств, рассчитанных на использование полноформатных карт SD, SDHC, SDXC, с картами MicroSD, MicroSDHC, MicroSDXС осуществляется с помощью специальных переходников. Внешние дизайн и контакты таких переходников полностью совпадают с картами SD, SDHC, SDXC, а внутренние дизайн и контакты — с микрокартами.

Совместимость устройств и флеш-карт MicroSD, MicroSDHC, MicroSDXС

Среди других устройств следует отметить USB-флеш-накопители (USB-флешки или просто флешки) и, конечно, твердотельные накопители (Solid-State Drive, SSD). Они способны во многих случаях заменить жесткие диски и в ноутбуках, и настольных компьютерах, и рабочих станциях, и серверах, и других устройствах и системах, то есть практически везде.

Указанные средства хранения информации не нуждаются в сложных механических узлах, они состоят из печатной платы с набором напаянных на ней микросхем, дополненных интерфейсным разъемом. Такая конструкция обещает для накопителей высокие показатели быстродействия, энергоэкономичности, надежности при компактных размерах.

Однако, давайте разбираться, насколько оправданы эти надежды. Но сначала немного о технологии флеш, которая является разновидностью полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти. Звучит это несколько страшно, но, по сути, все очень просто.

Не вдаваясь в тонкости реализации разных вариантов технологии флеш, можно сказать, конечно, сильно упрощая, что биты цифровых данных в форме зарядов хранятся в миниатюрных конденсаторах с очень низким саморазрядом. Считывание же значений осуществляют схемы на основе транзисторов с изолированными затворами или их аналоги. Это иллюстрирует соответствующая эквивалентная электронная схема (рис.1).

Рис. 1. Хранение одного бита в ячейке накопителя флеш
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В такой схеме установка «нуля» осуществляется подключением конденсатора к «земле», а «единицы» — к шине питания. А как собственно реализовано хранение заряда в реальных продуктах — это, вообще говоря, не так и важно. По сути, это конденсатор и цепь считывания, формирующие ячейку хранения (Cell). Остается добавить, что для хранения байта потребуется восемь таких ячеек. Можно сказать, что такой подход лежит в основе USB-флеш-накопителей (USB-флешки или просто флешки) и распространенных флеш-карт (SD, SDHC, SDXC и т.п.), и в твердотельных накопителях (Solid-State Drive, SSD), как впрочем, и в чипах флеш-памяти, используемых в различных электронных устройствах. Примеры USB-флеш-накопителя и флеш-карт приведены на рис. 2.

Рис. 2. Примеры USB-накопителя и флеш-карт
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Очевидно, что время сохранения информации в накопителях зависит от времени сохранения зарядов в ячейках, точнее, пока записанные «единицы» устойчиво считываются именно как «единицы», а не как «нули». Конечно, это касается и записанных «нулей». Для повышения надежности в архитектуре предусмотрены дополнительные ячейки и специальные цепи, реализующие алгоритмы контроля и восстановления информации.

А теперь о некоторых тонкостях. Дело в том, что указанная эквивалентная схема (рис. 1) иллюстрирует способ хранения информации в самых ранних разработках, когда каждый бит требовал свою индивидуальную цепь хранения заряда. Это однобитовые ячейки, их называют одноуровневыми (Single-Level Cell, SLC). Время хранения информации в таких ячейках, по заверениям производителей, достигает 10 и более лет.

С целью повышения информационной емкости накопителей и снижения их стоимости были разработаны технологии хранения нескольких бит в каждой ячейке. Так, например, в ячейке можно хранить два бита, что достигается хранением четырех уровней напряжения на конденсаторе (Multi-Level Cell, MLC), три бита — за счет хранения восьми уровней (Triple-Level Cell, TLC), четырех бит — за счет хранения шестнадцати уровней (Quad-Level Cell, QLC). Анонсирована разработка накопителей с сохранением в каждой ячейке пяти бит (Penta-Level Cell, PLC), что достигается работой электронных схем с тридцатью двумя уровнями напряжения, но реализация этой возможности ждет всех нас, вероятно, в неблизкой перспективе.

Выпуск накопителей с многоуровневым принципом записи/хранения/чтения информации требует очень высокой культуры производства. Из важнейших особенностей таких твердотельных накопителей необходимо отметить, что реализация указанных операций требует наличия в составе архитектуры таких накопителей скоростных цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей. Это иллюстрирует схема, приведенная на рис.3.

Рис. 3. Хранение нескольких бит в ячейке SSD
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Однако указанные технологии повышения плотности информации сокращают время надежного хранения информации. Конечно, с целью компенсации возможных сбоев и, как следствие, искажения и потери информации используются дополнительные ячейки и высокоэффективные алгоритмы, обеспечивающие контроль и восстановление информации. Однако главным результатом является достижение высоких показателей емкости при относительно небольших затратах.

О надежности твердотельных дисков —  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 4 
  

MIPS и ARM
    

MIPS (сокращение от названия соответствующего проекта Стэнфордского университета — Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) — система команд и микропроцессорных архитектур, разработанных компанией MIPS Computer Systems в соответствии с концепцией проектирования процессоров RISC. Ранние модели процессоров имели 32-битную структуру, позднее появились его 64-битные версии. Существует несколько наборов команд: MIPS32, MIPS64, microMIPS и nanoMIPS. Помимо этого, доступны дополненные наборы инструкций и модели процессоров. С середины до конца 1990-х годов каждым третьим микропроцессором на рынке был процессор под управлением MIPS. В настоящее время различные реализации MIPS используются в основном во встроенных системах, например, в шлюзах, маршрутизаторах, во встраиваемых системах, контроллерах, смартфонах, игровых приставках, видеоплеерах.

Процессоры архитектуры MIPS разработали и выпустили многие компании, среди которых Broadcom, NEC, Realtek, Toshiba. В мае 2015 года российская компания Байкал Электроникс (Baikal Electronics) объявила о тестировании своего первого продукта, процессора Baikal-T1 на ядре MIPS Warrior. В этом же году был выпущен первый коммерческий продукт на этом процессоре. Данный процессор ориентирован на широкий класс изделий, среди которых мультимедийные центры, роутеры, маршрутизаторы, промышленные контроллеры и т. п. 

 Процессор Baikal-T1
 (Википедия)

ARM (Advanced RISC Machine — усовершенствованная RISC-машина) — система команд и семейство описаний, а также готовых топологий 32-битных и 64-битных микропроцессорных/микроконтроллерных ядер, разрабатываемых компанией ARM Limited. Среди лицензиатов готовых топологий ядер ARM много известных компаний, среди которых, например, AMD, Apple, Analog Devices, Intel, Marvell, NXP, STMicroelectronics, Samsung, LG, MediaTek, Qualcomm, Sony, Texas Instruments, Nvidia, HiSilicon, Байкал Электроникс. При этом многие лицензиаты проектируют собственные топологии ядер на базе системы команд ARM. Многие специалисты считают процессоры ARM перспективными для использования и в серверах. В настоящее время процессоры ARM широко используются в потребительской электронике: в смартфонах, мобильных телефонах, плеерах аудио и видео, игровых консолях, калькуляторах, умных часах и компьютерных периферийных устройствах, таких, как жесткие диски или маршрутизаторы. Эти процессоры имеют низкое энергопотребление, поэтому находят широкое применение во встраиваемых системах и преобладают на рынке мобильных устройств, для которых данный фактор критически важен. Кстати, российская компания Байкал Электроникс разработала микропроцессор Baikal-M (BE-1000) на базе 8 ядер ARM Cortex-A57 и GPU Mali-T628. В 2020 году были представлены ARM-процессоры Baikal-M/2, Baikal-M/2+ и Baikal-S (16 нм техпроцесс, 48 ядер ARM-Cortex A75 с частотой 2 ГГц). Модели этого семейства ориентироаны на мобильные и настольные компьютерные системы, а Baikal-S — на рабочие станции и серверы.

Оценивая особенности архитектур CISC и RISC, необходимо отметить, что они находятся в постоянном развитии. Более того, в своей эволюции каждая из них часто заимствует достоинства и решения соперника. Таким образом, в некоторых процессорах можно найти узлы и технологии обеих архитектур, что делает их, по сути, гибридными.

 Процессор Baikal-M
 (Википедия)

В следующей части  — о гибридах и развитии.

>>    Часть 6 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 3 
  

Преимущества и недостатки CISC

CISC (Complex Instruction Set Computing или Complex Instruction Set Computer) — тип архитектуры процессора с полным набором команд, характеризуется следующими свойствами:

• нефиксированное значение длины команды;
• арифметические действия кодируются в одной команде;
• небольшое число регистров, каждый из которых выполняет строго определённую функцию.

Основоположником CISC-архитектуры многие эксперты считают фирму IBM с архитектурой IBM/360. При этом подходе выполнение любой сколь угодно сложной команды из системы команд процессора реализуется аппаратно средствами процессора. Этот тип архитектуры предусматривает наличие больших наборов команд. Среди этих наборов значительную долю составляют сложные. Их выполнение осуществляется в течение нередко большого числа тактов тактового генератора. Использование сложных команд позволяет решать большое количество задач, упрощает программирование, позволяет сократить размер программ и время их разработки. В качестве примеров процессоров CISC-архитектуры, можно привести большинство процессоров Intel и AMD.

Однако этому типу архитектуры присущи и принципиальные недостатки, связанные, прежде всего со сложностью реализации упомянутых функциональных узлов и технологий, а также проблемы с распараллеливанием вычислений сложных команд.

Нельзя сказать, что существующих проблем с архитектурой CISC не видели разработчики процессоров, но их изобретательский потенциал ограничен наличием огромного количества уже разработанного аппаратно-программного обеспечения. Тем не менее, поиски оптимальных путей развития не прекращаются. Одним из альтернативных вариантов является архитектура RISC, разработка которой интенсивно развивается с восьмидесятых годов прошлого столетия, то есть вскоре после появления первых процессоров Intel.

Эволюция RISC

Преимущества и недостатки RISC 

RISC (Restricted (Reduced) Instruction Set Computer — компьютер с сокращенным набором команд) — архитектура процессора, в которой быстродействие увеличивается за счет упрощения инструкций за счет исключения из набора сложных команд, требующих для своего выполнения большого числа тактов. Такой подход делает декодирование простым, а время выполнения — малым. В процессорах с архитектурой RISC применяется ограниченный набор быстрых команд. Согласно идеологии RISC все команды должны выполняться всего за один такт. Это облегчает повышение тактовой частоты и значительно упрощает реализацию суперскалярности (распараллеливание инструкций между несколькими исполнительными блоками). В чипах архитектуры RISC по сравнению с вариантами CISC содержится меньшее количество транзисторов. Это упрощает разработку процессоров, снижает площадь их полупроводниковых кристаллов, уменьшает себестоимость, предоставляет конструкторам возможность снизить уровни энергопотребления и теплообразования.

Недостатки архитектуры RISC прямо связаны с некоторыми преимуществами этой архитектуры. Так, например, из-за исключения из набора сложных команд выполнение некоторых функций требует использования нескольких простых команд вместо одной сложной. Это удлиняет код программ, требует больших объемов памяти, увеличивает трафик. Исследования показали, что программы в системах RISC в среднем на 30% длиннее программ в системах CISC. Тем не менее, архитектура RISC развивается и находит все больше сторонников среди производителей не только относительно простых контроллеров и встраиваемых систем, но и мобильных, и стационарных компьютерных устройств, и даже серверов. Остается добавить, что идеи RISC нашли воплощение в многочисленных моделях процессоров архитектур MIPS и ARM.

О MIPS и ARM —  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 5 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 2 
  

Увеличение производительности

Суперскалярность и суперконвейерность

Суперскалярность — это поддержка параллелизма на уровне инструкций. Это означает, что суперскалярный процессор способен выполнять более одной операции за один такт, то есть способен выполнять несколько инструкций одновременно. Обычно данная возможность достигается увеличением количества одинаковых функциональных узлов процессора (АЛУ, FPU и др.), способных работать одновременно. Это обеспечивает существенный рост производительности процессора и, как следствие, всей системы.

Здесь целесообразно напомнить способы увеличения производительности, которые могут использоваться совместно:

• использование конвейера,
• увеличение количества функциональных узлов процессора (суперскалярность),
• увеличение количества ядер (многоядерность),
• увеличение количества процессоров (многопроцессорность).

Конвейер — это способ организации вычислений, используемый в современных процессорах и контроллерах с целью повышения их производительности (увеличения числа инструкций, выполняемых в единицу времени). При использовании конвейера количество узлов остается прежним, увеличение же производительности достигается за счет одновременной работы узлов, ответственных за разные стадии обработки инструкций одного потока.

При использовании суперскалярности увеличение производительности достигается за счет одновременной работы большего количества одинаковых узлов, независимо обрабатывающих инструкции одного потока (в том числе, и большего количества конвейеров). В процессе работы на вход процессора поступает поток инструкций, которые рассчитаны на последовательное исполнение. Процессор может детектировать независимые операции и запускать их параллельно (суперскалярность) и даже менять их порядок (внеочередное исполнение).

При использовании нескольких ядер каждое ядро выполняет инструкции отдельного потока, причем каждое из них может быть суперскалярным и/или конвейерным. При использовании нескольких процессоров каждый процессор может быть многоядерным, что соответствующим образом увеличивает число обрабатываемых потоков.

Суперконвейерность означает, что процессор имеет несколько вычислительных конвейеров. К слову сказать, у Intel Pentium их было два, что позволяло ему при одинаковых частотах в идеале быть вдвое производительней своего предшественника в лице i486, выполняя сразу 2 инструкции за такт. Дальнейшее же увеличение числа конвейеров еще больше увеличивает производительность, что и реализуется в более мощных процессорах.

Остается добавить, что указанные решения демонстрируют особенности эволюции процессоров CISC, к которым относятся широко известные мобильные, десктопные и серверные модели, созданные не только корпорацией Intel, но и аналогичная продукция ряда других компаний, например, AMD, Motorola, IBM.

О CISC и RISC —  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 3 
  

В заключение необходимо подчеркнуть, что полученные результаты, как и предполагалось, демонстрируют значительную зависимость параметров подсистем от используемых в них модулей. Производительность действительно увеличивается при использовании более совершенных модулей SO-DIMM и M.2 SSD.

При этом особенно удивительно, что вариант с менее скоростными, но более емкими модулями оперативной памяти, оказался производительнее по сравнению со штатным вариантом. Действительно, замена в подсистеме ОЗУ мини-ПК NUC10i5FNKPA2 штатных модулей SO-DIMM DDR4-2400 от Kingston (Kingston KVR26S19S6/4) на альтернативный вариант в лице SO-DIMM DDR4-2400 от Micron (Crucial CT16G4SFD824A) привела к ускорению операций чтения примерно на 12%, операций записи — на 8%.

Замена же штатного накопителя M.2 SSD от Kingston на более скоростную и более емкую модель M.2 SSD от Intel показала еще более впечатляющие результаты ускорения. Действительно, последовательное чтение — рост в 3,2 раза, последовательная запись — рост в 1,8 раза, а для случайных операций увеличение оказалось еще более значительным — более чем двукратное. Все это особенно важно для задач, которым требуется оперативный доступ к внутреннему накопителю для быстрого чтения и записи данных.

Остается добавить, что полученные оценки демонстрируют результаты модернизации готовой системы Intel NUC 10. Однако все это ни в коей мере не умаляют достоинств готовых решений с установленными производителем аппаратно-программными компонентами, обеспечивающими работу «сразу из коробки». Окончательный выбор же между полностью готовым к работе мини-ПК и соответствующим набором, требующим доукомплектования недостающими компонентами, остается за потенциальным пользователем.

Итак, если «крестовая» отвертка, внутренние разъемы, компьютерные компоненты, а также перспектива самостоятельной установки 64-разрядной операционной системы Microsoft Windows 10 в вариантах Home или Pro или же более современных версий в лице Microsoft Windows 11 не пугают, то свой взгляд можно и даже, пожалуй, целесообразно остановить на одной из моделей Kit. Это позволит сразу скомпоновать оптимальную для планируемых задач систему, установив соответствующие модули оперативной и энергонезависимой памяти. При этом на сайте Intel нетрудно найти перечень верифицированных моделей всех недостающих компонентов, сознавая, впрочем, что указанными вариантами список совместимых элементов не исчерпывается. И конечно, на сайте производителя есть еще и документы с описанием моделей и подробные пошаговые инструкции всех необходимых операций сборки, настройки и модернизации Intel NUC 10 силами профессионалов и опытных компьютерных энтузиастов. Ну а для других пользователей, которые не хотят или не могут самостоятельно заниматься компьютерным конструированием, есть полностью готовые к использованию модели Mini PC. При этом независимо от сделанного выбора следует помнить, что у пользователей всегда имеется возможность поменять модули оперативной памяти, накопители, а также варианты операционных систем, независимо от выбранных моделей Kit или Mini PC, выполненных как в конструктиве Slim, так и Tall.

>>    Часть 1 
      

Сокращенные версии статьи: 

• Стоит ли апгрейдить Intel NUC 10? 
• Стоит ли апгрейдить Intel NUC 10? / IT-Expert. 2022, №4, с.38-43 
• Модернизация Intel NUC. / Вы и ваш компьютер. 2021, №4, с.12-16

Дополнительные материалы: 

• Экспресс-тест Intel NUC10 Performance Mini PC 
• Архитектура мини-ПК Intel NUC10i5FNKPA 
• Производительность Intel NUC10i5FNKPA 
• 32GB vs 8GB в Intel NUC10i5FNK 
• Intel NUC10i5FNK: Kit и Mini PC 
• Архитектура мини-ПК Intel NUC8i7INHJA 
• Экспресс-тест Intel SSDPEKKW020T8
• M.2 SSD Intel 760p 2TB 
• Модули Crucial CT16G4SFD824A в Intel NUC7i7BNHX1 

Евгений Рудометов 
 

Часть 2 
  

Как и предсказывалось, не менее интересные результаты были получены в процессе модернизации дисковой подсистемы Intel NUC 10. В исследовании использовались две конфигурации дисковой подсистемы: 256 Гбайт и 2048 Гбайт. При этом в конфигурации данного компьютера были сохранены штатные модули ОЗУ в лице двух модулей Kingston KVR26S19S6/4 с общим объемом 8 Гбайт.

Первая конфигурация с информационным объемом дисковой подсистемы 256 Гбайт является штатной и представлена модулем M.2 Kingston SSD 256 GB (модель Kingston U-SNS8154P3/256GJ). Об этом накопителе из документов его производителя известно лишь то, что Kingston U-SNS8154P3/256GJ — это “M.2 2280 x2 256 GB SSD” c “PCIe Gen. 3 NVMe 1.2”. К сожалению, для пользователей подобных изделий нет очень важных показателей. К ним относятся, например, скоростные параметры, время наработки на отказ (MTBF) и данные об износоустойчивости (ресурс перезаписи данных, TBW). Не помешала бы пользователям и информация об энергопотреблении, примененном контроллере, особенностях кэширования информации и типе используемых микросхем флеш-памяти, влияющих на скорость обработки данных. Кстати, даже при наличии в архитектуре мини-ПК четырех линий PCIe подключение этого накопителя выполняется только через две линии PCIe. Это обстоятельство не позволяет надеяться на очень высокие значения скоростей чтения/записи, что, впрочем, подтверждается тестированием, результаты которого приведены ниже. Внешний вид этого накопителя (далее — SSD 256 GB) представлен на рис. 7.

Вторая конфигурация с информационным объемом дисковой подсистемы 2048 Гбайт представлена модулем M.2 Intel SSD 2048 GB — Intel SSD 760p Series 2.048 TB, в каталоге данное изделие обозначено как модель SSDPEKKW020T8. Как следует из технических документов, приведенных на сайте производителя этого накопителя, данный модуль SSD создан на основе микросхем 3D NAND, форм-фактор — M.2 2280, интерфейс — PCIe NVMe 3.1 x4. Подключение этого изделия в Intel NUC 10 осуществляется через четыре линии PCIe Gen. 3, что вместе с используемыми элементами и реализованными технологиями обеспечивает очень высокие скоростные характеристики накопителя. Действительно, объявлены производителем следующие скоростные параметры: последовательные чтение/запись — 3230/1625 Мбайт/с, случайные чтение/запись — 340000/275000 IOPS. Энергопотребление этого накопителя: активный режим — 70 мВт, режим простоя — 25 мВт. Параметры надежности: время наработки на отказ (MTBF) — 1,6 млн час, износоустойчивость (TBW) — 576 Тбайт. Внешний вид этого накопителя (далее — SSD 2048 GB) представлен на рис. 7 вместе со штатным модулем SSD 256 GB.

Рис. 7. Модули SSD 256 GB и 2048 GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Прежде, чем перейти к результатам исследования дисковой подсистемы с SSD 256 GB и SSD 2048 GB, необходимо еще раз напомнить, что архитектура и конструктив мини-ПК NUC10i5FNKPA2, а также родственного ему набора NUC10i5FNK2, предусматривают наличие только одного накопителя. Для полноценной работы компьютера, конечно, требуется еще и наличие операционной системы, установленной на этот накопитель.

В случае SSD 256 GB никаких аппаратно-программных проблем не возникает, так как этот накопитель является частью штатного комплекта NUC10i5FNKPA2. На этот накопитель операционная система уже установлена производителем данного устройства, что и обеспечивает потенциальному пользователю работу «из коробки». После добавления к операционной системе тестовых программ можно практически сразу переходить к исследованию возможностей компьютера.

А вот с SSD 2048 GB все несколько сложнее. На этот изначально «пустой» SSD до его  тестирования следует установить операционную систему и, конечно, тестовые программы. Вообще говоря, для опытного пользователя это не является сложной проблемой. Однако для корректного сравнения между собой обоих накопителей SSD целесообразно иметь на них одинаковое системное и прикладное программное обеспечение. Как вариант, формирование необходимого программного обеспечения на SSD 2048 GB можно осуществить через операцию клонирования SSD 256 GB.

Операцию клонирования можно выполнить разными способами. Самым простым и оптимальным является использование специального внешнего контейнера под M.2 SSD с внутренним интерфейсом PCIe x2/x4 и внешним интерфейсом USB 3. Однако в данном случае указанная операция была выполнена на мини-ПК NUC8i7INHJA. Эта модель, выпущенная в корпусе Tall, допускает установку двух накопителей: M.2 SSD и 2.5” HDD/SSD. При выполнение операции клонирования системным диском выступил встроенный 2,5” HDD. С помощью программы Acronis с накопителя SSD 256 GB, установленного вторым накопителем, информация копировалась на внешний диск, подключенный через порт USB. Потом вместо SSD 256 GB в систему устанавливался накопитель SSD 2048 GB, и с помощью Acronis информация копировалась на SSD 2048 GB.

В результате указанных действий на SSD 256 GB и SSD 2048 GB была обеспечена идентичность программного обеспечения, включая все настройки. Устанавливая по очереди указанные накопители (рис. 7) в NUC10i5FNKPA2, можно было осуществлять их тестирование.

Оценки емкостных параметров дисковой подсистемы, представленной системным логическим диском (диск C:) и созданной на основе штатного накопителя SSD 256 GB (рис. 7), были выполнены с помощью штатных средств Microsoft Windows 10 Home 64-bit. Результаты приведены на рис. 8.

Рис. 8. Емкостные параметры дисковой подсистемы с SSD 256 GB

Традиционно емкость накопителей их производители выражают в десятичных единицах. В них информационная емкость диска, доступная для системных и пользовательских программ, равна 255 009 484 800 байт. В более привычных для компьютерных специалистов двоичных единицах она составляет 237 Гбайт.

Оценивая данные показатели, необходимо отметить, полная емкость накопителя в действительности несколько больше. Дело в том, что небольшая часть информационного пространства, составляющая примерно 1,1 Гбайт (менее 0,5% от общей емкости), занята под системные нужды: 100 Мбайт — системный раздел, зарезервированный и используемый операционной системой, 1 Гбайт — раздел Recovery, необходимый для ее восстановления. Эта часть является скрытой и недоступной, например, для данных и инсталляции системных и прикладных программ. Для оценки всей информационной емкости накопителя SSD 256 GB необходимо к значениям, приведенным на рис. 8, прибавить размер скрытых разделов. Распределение информационного пространства SSD 256 GB представлено на рис. 9.

Рис. 9. Распределение информационного пространства SSD 256 GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Скоростные возможности дисковой подсистемы с SSD 256 GB были оценены с помощью соответствующих тестовых программ. Полученные результаты приведены на рис. 10 и рис. 11.

Рис. 10. Оценка скоростных параметров дисковой подсистемы с SSD 256 GB, выполненная CrystalDiskMark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 11. Оценка скоростных параметров дисковой подсистемы с SSD 256 GB, выполненная ATTO Disk Benchmark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Оценки емкостных параметров дисковой подсистемы с накопителем SSD 2048 GB (рис. 7), который в процессе тестирования сменил штатный накопитель SSD 256 GB, были выполнены также с помощью встроенных средств Microsoft Windows 10 Home 64-bit. Результаты этой оценки приведены на рис. 12.

Рис. 12. Емкостные параметры дисковой подсистемы с SSD 2048 GB

В десятичных единицах доступная емкость в этой конфигурации составляет 2 047 083 540 480 байт, а в двоичных — 1,86 Тбайт. Оценивая эти значения, необходимо отметить, что, как и в варианте с SSD 256 GB, здесь также небольшая часть информационного пространства накопителя является скрытой. Как и в предыдущем варианте, эту часть нельзя использовать для  системных и пользовательских приложений, решающих поставленные задачи. Однако доступная емкость этого варианта дисковой подсистемы является очень высокой. И, как и в случае с SSD 256 GB, для оценки информационных возможностей накопителя SSD 2048 GB необходимо к значениям, приведенным на рис. 12, прибавить размер скрытых разделов. Остается добавить, что модели двухтерабайтных накопителей обычно имеют существенно меньшие емкостные показатели и, как правило, не превышают 2 000 000 000 000 байт, здесь же явно больше объявленных 2048 000 000 байт.

Скоростные возможности дисковой подсистемы с SSD 2048 GB были оценены с помощью тех же тестовых программ, которые использовались с SSD 256 GB. При этом благодаря клонированию все настройки, включая параметры BIOS Setup, были теми же, что и в случае SSD 256 GB. Полученные результаты тестирования дисковой подсистемы с SSD 2048 GB приведены на рис. 13 и рис. 14.

Рис. 13. Оценка скоростных параметров дисковой подсистемы с SSD 2048 GB, выполненная CrystalDiskMark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 14. Оценка скоростных параметров дисковой подсистемы с SSD 2048 GB, выполненная ATTO Disk Benchmark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Оценивая результаты тестирования дисковой подсистемы в вариантах с накопителями SSD 256 GB и SSD 2048 GB, следует обратить внимание на то, что, как и в случае модулей оперативной памяти, замена штатных накопителей на альтернативные также существенно повысила скоростные параметры соответствующей подсистемы.

В следующей части  данной статьи — выводы.

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 1 
  

Итак, скоростные возможности подсистем указанных моделей Intel NUC 10 были оценены в процессе тестирования NUC10i5FNKPA2 (далее просто Intel NUC 10) с разными моделями модулей оперативной памяти SO-DIMM DDR4 и разными моделями накопителей энергонезависимой флеш-памяти форм-фактора M.2 SSD.

Основные компоненты, использованные в исследуемой системе:

• Процессор — Intel Core i5-10210U (литография 14 нм, микроархитектура Comet Lake, 4 физических ядра, работающих c 8 потоками, базовая частота — 1,6 ГГц, частота в режиме Turbo Boost — 4,2 ГГц, кэш — 6 Мбайт, TDP — 15 Вт),
• Материнская плата — Intel NUC10i5FNB,
• Графическая подсистема — встроенная в процессор Intel UHD Graphics,
• Оперативная память — 2×4 GB (Kingston SO-DIMM DDR4-2666) и 2×16 GB (Crucial SO-DIMM DDR4-2400),
• Дисковая подсистема — M.2 Kingston SSD 256 GB и M.2 Intel SSD 760p 2048 GB,
• Блок питания — внешний компактный блок HKA09019047-6U (AC-DC: input — 100-240 V / 50-60 Hz; output — 19 V, 4,74 А, 90 W max),
• Операционная система — ОС Microsoft Windows 10 Home 64-bit.

Как следует из приведенного описания тестовых вариантов, в исследовании подсистемы оперативной памяти использовались две конфигурации подсистемы оперативной памяти (ОЗУ): 8 Гбайт и 32 Гбайт. Тестирование осуществлялось с помощью предварительно установленных программных пакетов: AIDA64 Business, PassMark PerformanceTest.

Первая конфигурация с информационным объемом 8 Гбайт представлена двумя модулями SO-DIMM DDR4-2666 производства Kingston —  модели Kingston KVR26S19S6/4. Каждый модуль имеет объем 4 Гбайт. Основные параметры согласно опубликованным производителем техническим данным, доступным для пользователей: 512 M×64-bit (4 GB), DDR4-2666, CL19, 260-pin SO-DIMM, VDD=1.2 V Typical. Внешний вид данного модуля оперативной памяти (4 GB) представлен на рис. 2.

Вторая конфигурация с информационным объемом 32 Гбайт представлена двумя модулями SO-DIMM DDR4-2400 производства Micron — модели Crucial CT16G4SFD824A. Каждый модуль имеет объем 16 Гбайт. Основные параметры: PC4-19200, CL=17, Dual Ranked, x8 based, Unbuffered, NON-ECC, 2048 Meg×64, 260-pin SO-DIMM, 1.2 V. Внешний вид данного модуля оперативной памяти (16 GB) представлен на рис. 2 вместе с Kingston KVR26S19S6/4 (4 GB).

Рис. 2. Модули ОЗУ 4 GB и 16 GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

На рис. 3 приведены параметры модулей Kingston KVR26S19S6/4 и Crucial CT16G4SFD824A, определенные AIDA64 Business и используемые в подсистеме оперативной памяти Intel NUC 10.

Рис. 3. Характеристики модулей ОЗУ 4 GB и 16 GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Далее представлены результаты тестирования подсистемы оперативной памяти обеих конфигураций при сохранении в системе штатного накопителя M.2 Kingston SSD 256 GB.

Результаты оценки скоростных параметров подсистемы ОЗУ для вариантов 2×4 GB и 2×16 GB, полученные с помощью тестов AIDA64 Cache & Memory Benchmark и AIDA64 GPGPU Benchmark, входящих в состав программного пакета AIDA64 Business, приведены на рис. 4 и рис. 5.

Рис. 4. Оценка подсистемы ОЗУ из 2×4 GB и 2×16 GB тестом AIDA64 Cache & Memory Benchmark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 5. Оценка подсистемы ОЗУ из 2×4 GB и 2×16 GB тестом AIDA64 GPGPU Benchmark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Результаты тестирования подсистемы оперативной памяти обеих выше указанных конфигураций, полученные с помощью теста Memory Mark пакета PassMark PerformanceTest (PassMark Software), приведены на рис. 6.

Рис. 6. Оценка производительности ОЗУ из 2×4 GB и 2×16 GB тестом Memory Mark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Как следует из полученных результатов тестирования, замена штатных модулей на альтернативные существенно повысила производительность подсистемы оперативной памяти.

Результаты тестирования дисковой подсистемы  рассмотрены  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Компания Micron под принадлежащей ей маркой Cruсial выпускает широкую гамму твердотельных накопителей (SSD). При этом для сверхкомпактных подсистем хранения информации, ориентированных на компьютеры потребительского сектора, предлагаются SSD форм-фактора M.2 2280. В их архитектуре используются чипы 3D NAND разных полупроводниковых технологий, эволюция которых представлена на рис. 1.

Рис. 1. Эволюция технологий от SLC к QLC
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

На основе результатов производства и эксплуатации M.2 SSD Cruсial P1 производитель выпустил модели серии Cruсial P2. Указанные накопители в настоящее время представлены моделями объемом 250 Гбайт, 500 Гбайт, 1 Тбайт и 2 Тбайт.  

Возможности накопителей серии Crucial P2 можно оценить на примере модели SSD, имеющей информационный объем 500 Гбайт (здесь 1 Гбайт = 1 000 000 000 байт). Данная модель получила наименование CT500P2SSD8. Состав комплекта этого накопителя приведен на рис. 2. Внешний вид накопителя CT500P2SSD8 (далее — SSD P2 500GB) представлен на рис. 3, основные характеристики, официально объявленные производителем, приведены в таблице 1.

Рис. 2. Комплект SSD P2 500GB
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 3. Внешний вид SSD P2 500GB
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1.  Основные характеристики SSD P2 500GB

Накопитель SSD P2 500GB выполнен в сверхкомпактном форм-факторе M.2, обладает очень малыми размерами, составляющими 80,0 × 22,0 мм. Выпущен в бескорпусном варианте с односторонним монтажом элементов на плате из стеклотекстолита, окрашенного в черный цвет (рис. 3). Ряд технических и эксплуатационных характеристик приводится на этикетке, наклеенной на лицевой стороне поверх части электронных элементов.

Необходимо отметить, на фирменном сайте производителя в нескольких разделах приводится сравнительно небольшое количество параметров (таблица 1). Среди них для большинства пользователей обычно актуальны показатели надежности и скоростные параметры. Так, например, показатель MTBF (Mean Time Between Failures — время наработки на отказ) составляет 1,5 млн часов, а показатель TBW (Total Bytes Written — общее количество байт, которое может быть записано на накопитель) — 150 Тбайт. Анонсированные производителем скоростные возможности приведены в таблице 1. Необходимо отметить, что для передачи компьютерных данных архитектурой накопителя резервируются 4 линии PCI Express Gen3, напряжение питания — 3,3 В, ток потребления — до 2,5 А (рис. 3). Фактически указанными параметрами исчерпываются официальные характеристики. Однако, удалив наклейку (удаление наклейки приводит к потере гарантии), закрывающую доступ к большей части элементов устройства, можно получить дополнительную информацию об архитектуре, а, следовательно, и возможностях накопителя. Кстати, следует отметить, что на рынке присутствуют модели и с чипами флеш-пямяти TLC, и с чипами QLC.

В архитектуре исследуемого накопителя SSD P2 500GB использованы два чипа флэш-памяти Micron NX893. Управление осуществляет контроллер Phison PS5013-E13-31, способный поддерживать до 2 Тбайт флеш-памяти. Архитектура накопителя является безбуферной. Это означает, что для упрощения конструкции устройства, снижения его себестоимости и энергопотребления на плате отсутствуют микросхемы оперативной памяти, а для повышения скорости работы накопителя применяется кэширование в DRAM компьютера (использование технологии HMB, хотя на сайте производителя это не указано).

Емкостные и скоростные возможности твердотельного накопителя SSD P2 500GB, созданного компанией Micron, были оценены в процессе тестирования. 

Особенности тестовой системы и результаты тестирования SSD P2 500GB (CT500P2SSD8) рассмотрены  в следующей части  данной статьи. 

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

В мини-ПК Intel NUC10i5FNK энергонезависимое хранение информации, представленной системным и прикладным программным обеспечением, а также пользовательскими файлами программ и данных, осуществляет единственный накопитель M.2. При этом внутренние разъемы материнской платы NUC10i5FNB допускают подключение одного 2,5-дюймового SATA HDD. Однако дизайн данной модели мини-ПК не позволяет использовать HDD.

В мини-ПК Intel NUC10i5FNK конструкторы применили M2 SSD-накопитель Kingston U-SNS8154P3/256GJ. Внешний вид используемого накопителя представлен на рис. 11.

Рис. 11. Комплектный накопитель NUC10i5FNK
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Накопитель U-SNS8154P3/256GJ предлагается во многих торговых сетях, но, к сожалению, его подробные технические параметры найти не удалось: нет их ни на сайте производителя, ни в альтернативных источниках информации. Достоверно известно лишь то, что U-SNS8154P3/256GJ — это “M.2 2280 x2 256GB SSD” c “PCIe Gen. 3 NVMe 1.2”. Но остаются своеобразным секретом производителя такие характеристики, как скоростные параметры этого накопителя, его время наработки на отказ (MTBF) и его износоустойчивость (ресурс перезаписи данных, TBW), нет информации о контроллере и типе используемых микросхем флэш-памяти. Подключение через две линии PCIe при наличии в архитектуре мини-ПК четырех линий не позволяет надеяться на очень высокие значения скоростей чтения/записи, но это будет выяснено уже в процессе тестирования.

Оперативная память в мини-ПК Intel NUC10i5FNK представлена двумя модулями SO-DIMM DDR4 Kingston KVR26S19S6/4. Каждый модуль имеет объем 4 Гбайт. Основные параметры: 512Mx64-bit (4GB) DDR4-2666 CL19 260-pin SODIMM, VDD=1.2V Typical. Внешний вид модуля памяти представлен на рис. 12.

Рис. 12. Комплектный модуль памяти NUC10i5FNK
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Как упоминалось ранее, интерфейсные возможности представлены как проводными, так и беспроводными средствами.

Так, например, сетевые средства Gigabit (10/100/1000Mbps) LAN, созданные на основе контроллера Intel I219V Gigabit Ethernet, обеспечивают поддержку сети Ethernet режимов Full-duplex 10/100/1000Mbps и Half-duplex 10/100Mbps.

Модуль Intel Wi-Fi 6 AX201 предоставляет беспроводные функции Wi-Fi (IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax, 802.11d, 802.11e, 802.11h, 802.11i, 802.11w, 802.11r, 802.11k) со скоростью до 2.4GBps в 160MHz каналах (2.4GHz, 5GHz) и Bluetooth (v.5). Фрагмент материнской платы с модулем AX201 представлен на рис. 13.

Рис. 13. Фрагмент материнской платы с модулем AX201
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Связь с периферийными устройствами может осуществляться через порты USB 3.1 Gen. 2 Type A и USB 3.1 Gen. 2 Type C. При этом порт USB Type C, расположенный на задней панели, может использоваться и для передачи данных и для зарядки гаджетов. Кроме того, имеется возможность использования USB 2.0 с разъемами на плате, а также CIR (Consumer Infrared).

Внутренне устройство мини-ПК Intel NUC10i5FNK приведено на рис. 14.

Рис. 14. Мини-ПК NUC10i5FNK и его элементы 
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

На накопитель SSD производителем установлена операционная система (ОС) Microsoft Windows 10 Home 64-bit. Эта ОС вместе с драйверами осуществляет управление рассмотренными выше компонентами мини-ПК Intel NUC10i5FNK, возможности которого позволяют решать широкий круг задач, включая мультимедиа и большое количество игр, не требующих, предельных ресурсов. Основные сведения о выпуске ОС Windows и системе приведены на рис. 15.

Рис. 15. Основные сведения о компьютере  
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Остается добавить, что компактные размеры и малый вес устройства позволяет на его основе конструировать моноблоки, прикрепив корпус Intel NUC10i5FNK к задней стенке монитора или телевизора (рис. 16).

Рис. 16. Сборка моноблока на основе мини-ПК NUC10i5FNK
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Что же касается результатов тестирования мини-ПК Intel NUC10i5FNKPA2, то этой теме будет посвящена следующая статья: Произвоительность Intel NUC10i5FNKPA.
  

             (кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Итак, в указанном изделии использован процессор Intel Core i7-8565U, являющийся представителем восьмого поколения Intel Core, кодовое наименование семейства и микроархитектуры — Whiskey Lake. Он относится к моделям с предельно низкими уровнями энергопотребления, а, следовательно, и теплообразования. Несмотря на то, что процессор имеет в своем составе 4 ядра, его расчетная мощность (TDP) составляет всего 15 Вт, хотя настройкой может быть как уменьшена до значения в 10 Вт, так и значительно увеличена до 25 Вт. Внешний вид этого процессора приведен на рис. 3, его основные параметры — в таблице 1.

Использование энергоэкономичного 4-ядерного процессора Intel Core i7-8565U позволило создать компактный компьютер, который характеризуется сравнительно высокой производительностью и функциональностью. Его возможностей достаточно для решения широкого круга самых разных задач.

Рис. 3. Процессор Intel Core i7 восьмого поколения

Таблица 1. Основные параметры Intel Core i7-8565U

Для компактных систем, созданных на основе мобильных процессоров восьмого поколения с предельно низкими уровнями энергопотребления и теплообразования (процессоры семейства U/Y), производитель традиционно предлагает соответствующие платформы. Эти платформа способны максимально полно реализовать возможности таких процессоров. Пример обобщенной структуры с указанием ряда возможностей такой платформы с Intel Core энергоэкономичного семейства U/Y приведен на рис. 4.

Рис. 4. Структура платформы с U-процессорами восьмого поколения
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Большинство функциональных возможностей указанной платформы были реализованы в мини-ПК Intel NUC8i7INH с помощью специально разработанной для данного устройства материнской платы NUC8i7INB форм-фактора UCFF (4.0″ × 4.0″) с использованием соответствующих комплектующих. Функциональная схема представлена на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема мини-ПК NUC8i7INH
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Из особенностей архитектуры рассматриваемого мини-ПК необходимо отметить, что, несмотря на наличие встроенных в процессор Intel Core i7-8565U графических средств Intel UHD 620, в компьютере используется дискретная графика. Вызвано это стремлением конструкторов обеспечить повышенные уровни производительности, недоступные встроенным в процессор средствам Intel UHD 620. Кстати, как показывают спецификации и тесты, возможности Intel UHD 620 уступают скоростным возможностям Intel Iris Plus 650 процессора Intel Core i7-7567U — основы архитектуры Intel NUC предыдущего поколения. Использование дискретной графики обеспечивает уровни производительности, как минимум, не уступающие Intel Iris Plus 650, а в ряде случаев даже превосходящие их.

Итак, в мини-ПК Intel NUC8i7INH видеофункции обеспечивает карта AMD Radeon 540X (архитектура Polaris) с двумя гигабайтами локальной видеопамяти (2GB GDDR5). Эта карта обеспечивает большие уровни производительнсти и функциональности по сравнению со встренными в процессор Intel Core i7-8565U видеосредствами. В частности, AMD Radeon 540X поддерживает:

• Видео HDR и MVC для Blu-ray 3D,
• DirectX 9.3/10/11.3/12, OpenCL 2.0, OpenGL 4.5,
• Аппаратное декодирование H.264, HEVC, VC-1, MPEG-4, MPEG-2, MVC,
• AC-3, MPEG1, MP3 (MPEG1 layer 3), MPEG2, AAC, DTS, ATRAC, Dolby Digital+, WMA Pro, DTS-HD,
• GDDR5 DRAM.

Видеопоток передается как через HDMI с максимальным разрешением 3840 х 2160 @ 60 Hz, 24bpp, так и через mini DisplayPort (mDP) с максимальным разрешением 3840 х 2160 @ 60 Hz, 24bpp. Из приведенных значений следует, что графические средства обеспечивают поддержку видеоконтента 4К.

Еще одной особенностью архитектуры мини-ПК является отказ от использования модулей памяти SO-DIMM. Их функцию исполняют распаянные на материнской плате микросхемы LPDDR3 2133 общим объемом 8GB. Такое решение упрощает конструкцию и снижает себестоимость указанного изделия, однако данное обстоятельство исключает возможность расширения доступного пространства оперативной памяти силами пользователей. Это необходимо учитывать и кого-то может смутить, хотя необходимо признать, что 8GB оперативной памяти вполне достаточно для подавляющего числа традиционных задач малого бизнеса и досуга. 

Конечно, не забыли конструкторы и об интерфейсных возможностях, представленных в Intel NUC8i7INH как проводными, так и беспроводными средствами. Так, например, сетевые средства Gigabit (10/100/1000Mbps) LAN, созданные на основе контроллера Intel WGI219 Gigabit Ethernet, обеспечивают поддержку сети Ethernet. Модуль Intel Wireless-AC 9560D2WG предоставляет беспроводные функции Wi-Fi (Intel wireless802.11ac R2, 2×2, Dual Band Wi-Fi) и Bluetooth (v.5) с максимальной скоростью 1.73Gbps. Связь с периферийными устройствами может осуществляться через порты USB 3.1 gen. 2 (1 USB Type C, 3 USB Type A, один из которых используется для передачи данных и зарядки гаджетов) и USB 2.0 (2 порта с разъемами на плате), а также через CIR (Consumer Infrared).

В следующей части  данной статьи рассмотрены топология материнской платы Intel NUC8i7INB и элементы интерфейсов, приведены основные характеристики мини-ПК Intel NUC8i7INHJA.
  

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Внешний вид накопителя SSD P1 500GB (CT500P1SSD8) представлен на рис. 3, основные характеристики, официально объявленные производителем, приведены в таблице 1.

Рис. 3.  Внешний вид, лицевая и обратная стороны SSD P1 500GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1.  Основные характеристики SSD P1 500GB

Накопитель SSD P1 500GB выполнен в сверхкомпактном форм-факторе M.2, обладает очень малыми размерами, составляющими 80,0 × 22,0 мм. Выпущен в бескорпусном варианте с односторонним монтажом элементов на плате из стеклотекстолита, окрашенного в черный цвет (рис. 3). Ряд технических и эксплуатационных характеристик приводится на этикетке (рис. 4), наклеенной на лицевой стороне поверх части электронных элементов (рис. 3).

Рис. 4.  Этикетка SSD P1 500GB

Необходимо отметить, на фирменном сайте производителя в нескольких разделах приводится сравнительно небольшое количество параметров (таблица 1). Среди них для большинства пользователей обычно актуальны показатели надежности и скоростные параметры. Так, например, показатель MTBF (Mean Time Between Failures — время наработки на отказ) составляет 1,5 млн часов, а показатель TBW (Total Bytes Written — общее количество байт, которое может быть записано на накопитель) — 100 Тбайт, что эквивалентно записи примерно 54 Гбайт данных в день в течение пяти лет установленного гарантийного срока. Анонсированные производителем скоростные возможности приведены в таблице 1. Необходимо отметить, что для передачи компьютерных данных архитектурой накопителя резервируются 4 линии PCI Express Gen3, напряжение питания — 3,3 В, ток потребления — до 1,7 А (рис. 4). Фактически указанными параметрами исчерпываются официальные характеристики. Однако, удалив наклейку, закрывающую доступ к большей части элементов устройства, можно получить дополнительную информацию об архитектуре, а, следовательно, и возможностях накопителя.

Рис. 5.  Скрытые этикеткой элементы SSD P1 500GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Как следует из маркировок микросхем, размещенных на плате (рис. 3 и рис. 5), в архитектуре накопителя SSD P1 500GB использованы два чипа флэш-памяти Micron NW946 (256 Гбайт, 64-слойная QLC 3D NAND), обеспечивающие суммарную емкость 512 Гбайт. Управление элементами накопителя осуществляет контроллер Silicon Motion SM2263EN (4 линии по 8 Гбит/с интерфейса PCIe Gen3 x4, 4 канала NAND, поддержка NVMe 1.3, последовательные чтение/запись — до 2400/1700 Мбайт/с, случайные чтение/запись — до 300/250 IOPS, поддержка DRAM DDR3L/LPDDR3/DDR4, использование эффективных кодов исправления ошибок и др. функции). Применение в архитектуре накопителя чипа DRAM-памяти Micron D9SHD (512 Мбайт DRAM DDR3L) и технологии SLC-кэширования, как следует из технических характеристик, обеспечивает сравнительно высокие скоростные характеристики SSD P1 500GB, несмотря на использование даже не очень быстрой QLC 3D NAND.

На указанный накопитель предоставляется 5-летняя ограниченная гарантия, которая «действует в течение пяти лет с даты первоначальной покупки или до израсходования общего количества записанных байт, опубликованного в спецификациях продукта».

Реальные емкостные и скоростные возможности твердотельного накопителя SSD P1 500GB, созданного компанией Micron, были оценены в процессе тестирования.

Особенности тестовой системы и результаты тестирования SSD P1 500GB (CT500P1SSD8) рассмотрены  в следующих частях  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Оценки скоростных возможностей SSD BX500 240GB, полученные с помощью ряда тестовых программ, представлены на рис. 7–9.

Рис. 7. Результаты теста AS SSD Benchmark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)  

Рис. 8. Оценка скоростных параметров, выполненная CrystalDiskMark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)  

Рис. 9. Оценка скоростных параметров, выполненная ATTO Disk Benchmark
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Как показало дополнительное исследование, реальный ресурс записи (износоустойчивость) накопителя SSD BX500 240GB в несколько раз больше объявленного значения. Однако при его эксплуатации следует учитывать условия гарантийных обязательств, приведенные выше. 

Итак, накопитель SSD BX500 240GB  (модель CT240BX500SSD1), выпущенный компанией Micron и установленный для тестирования в мощный настольный компьютер, продемонстрировал сравнительно высокие значения скоростных параметров. В ряде тестов полученные результаты даже превышают значения, объявленные производителем. И что важно, скоростные параметры SSD BX500 240GB в разы превышают аналогичные параметры традиционных жестких дисков.

Таким образом, с учетом полученных оценок и особенно сравнительно невысокой цены, указанный накопитель SSD BX500 240GB является неплохим выбором для использования не только в ноутбуках, но и в настольных компьютерах.

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Емкостные и скоростные параметры SSD BX500 240GB (CT240BX500SSD1) были оценены в процессе тестирования в составе мощного настольного компьютера. В архитектуру тестового компьютера входят следующие основные компоненты:

• Процессор — Intel Core i7-4770T (22 нм, Haswell, 8 Мбайт кэш-памяти, 4 вычислительных ядра, работающих на тактовой частоте от 2,5 ГГц до 3,7 ГГц, поддержка 8 потоков, до 45 Вт),
• Графическая подсистема — встроенная в процессор графика Intel HD Graphics 4600,
• Подсистема памяти — три DIMM DDR3-1600 общим объемом 24 Гбайт (8+8+8 Гбайт),
• Материнская плата — Gigabyte GA-Z87-HD3 с чипсетом Intel Z87 и четырьмя слотами DIMM DDR3,
• Дисковая подсистема — SSD SanDisk Ultra II 240GB (системный диск) и HDD 4000GB,
• Операционная система — Microsoft Windows 7 Enterprise.

Конфигурация дисковой подсистемы тестового компьютера с установленным SSD BX500 240GB приведена на рис. 5.

Рис. 5. Конфигурация дисковой подсистемы

Оценки емкостных параметров SSD BX500 240GB, выполненные стандартными средствами ОС Microsoft Windows 7 Enterprise, приведены на рис. 6.

Рис. 6. Емкостные параметры SSD BX500 240GB

Оценивая емкостные параметры данного устройства, необходимо напомнить, что производители накопителей информационную емкость своих изделий традиционно приводят в десятичных единицах. Это означает, что в мобильных, стационарных и встраиваемых накопителях 1 Гбайт = 1 000 000 000 байт. В результате в десятичных единицах емкость SSD BX500 240GB составляет 240 054 693 888 байт (рис. 6), то есть даже несколько больше объявленного производителя значения.

А вот в единицах, привязанных к двоичной системе счисления, 1 Гбайт = 1 024 x 1 024 x 1 024 байт = 1 073 741 824 (2 в степени 30). Как результат, «десятичная» емкость 240 054 693 888 байт в единицах, привязанных к двоичной системе счисления, преобразуется и приводится уже как 223 Гбайт (рис. 6).

Оценки скоростных возможностей приведены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Внешняя и обратная стороны, а также фрагмент этикетки с некоторыми техническими и эксплуатационными параметрами SSD BX500 240GB (CT240BX500SSD1) представлены на рис. 2

Рис. 2.  Стороны и фрагмент этикетки SSD BX500 240GB

Накопитель SSD BX500 240GB очень легкий, выпущен в пластиковом корпусе черного  цвета. Качество сборки не вызывает каких-либо нареканий. На лицевой стороне матового корпуса выдавлены буквы BX и наклеена небольшая этикетка с торговой маркой продукта, а на обратной — этикетка с рядом технических и эксплуатационных характеристик (рис. 2).

Необходимо отметить, что производитель крайне скуп на информацию в представлении своего продукта. На фирменном сайте приводятся всего несколько характеристик, из которых, пожалуй, важными для пользователя являются ресурс и два заявленных скоростных параметра. А еще в спецификациях сообщается о дополнительных возможностях SSD серии BX. Этими возможностями являются: алгоритм многоэтапной целостности данных, температурный контроль, ускорение записи SLC, активный сбор мусора, поддержка TRIM, технология автоматического контроля и отчетности (SMART), код исправления ошибок (ECC).

Несмотря на ограниченность предоставляемой производителем информации, кое-какие дополнительные сведения о накопителе можно получить, вскрыв его корпус, верхняя и нижняя части которого соединены очень тугими защелками.

Рис. 3.  Плата SSD BX500 240GB в корпусе
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 4.  Лицевая и обратная стороны платы SSD BX500 240GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Первое, что бросается в глаза, — это габариты платы, размеры которой много меньше площади корпуса (рис. 3). На плате накопителя SSD BX500 240GB расположены пять больших микросхем, из которых четыре — чипы флэш-памяти Micron 3D TLC NAND 8MA2D NW912 (рис. 3 и рис. 4), пятая — чип контроллера Silicon Motion SM2258XT (рис. 4). С целью уменьшения себестоимости изделия из архитектуры накопителя исключены микросхемы оперативной памяти. Снижение из-за этого скоростных возможностей частично компенсируется использованием технологии SLC-кэширования.

На указанный накопитель предоставляется 3-летняя ограниченная гарантия, которая «действует в течение трех лет с даты первоначальной покупки или до израсходования общего количества записанных байт, опубликованного в спецификациях продукта и измеренного данными S.M.A.R.T.».

Емкостные и скоростные параметры SSD BX500 240GB были оценены в процессе тестирования в составе мощного настольного компьютера.

Особенности тестовой системы и результаты тестирования SSD BX500 240GB рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

На основе микросхем флэш-памяти 3D NAND (64-слойная 3D NAND второго поколения, TLC) компания Micron выпустила сравнительно недорогие 2,5-дюймовые твердотельные накопители (SSD) серии BX500. В настоящее время линейка 2,5-дюймовых SSD этой серии, получивших традиционную торговую марку Crucial, состоит из моделей с информационным объемом 120, 240, 480, 960 Гбайт. Все они ориентированы на сектор потребительских компьютеров.

Возможности SSD этой серии можно оценить на примере средней модели, имеющей объем 240 Гбайт: Crucial BX500 240GB 3D NAND SATA. Модель получила техническое наименование CT240BX500SSD1.

Эта модель (далее — SSD BX500 240GB) поставляется в небольшой картонной коробке, на поверхности которой приведены некоторые характеристики указанного устройства. В комплекте, представленном на рис. 1, кроме SSD, помещенного в пластиковый контейнер, присутствует краткая инструкция по использованию накопителя. С сайта, адрес которого указан в инструкции, можно скачать программу Acronis True Image, обеспечивающую клонирование эксплуатируемого HDD/SSD с целью последующей замены его на предлагаемый SSD.

Комплект и внешний вид SSD BX500 240GB представлен на рис. 1, характеристики, официально объявленные производителем, приведены в таблице 1.

Рис. 1.  Комплект  и  внешний вид  SSD BX500 240GB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1.  Основные характеристики SSD BX500 240GB

Некоторые особенности архитектуры SSD BX500 240GB рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

Через несколько месяцев после анонса клиентских твердотельных накопителей (SSD) серии XG5 компания Toshiba объявила о выпуске твердотельных накопителей серии XG5-P. Архитектурно и конструктивно они во многом схожи с выпущенными ранее моделями серии XG5, но превосходят их по производительности и максимальному объему, сохраняя при этом сравнительно низкие показатели энергопотребления. Серия XG5-P включает накопители типоразмера M.2 2280 объемом 1024 и 2048 Гбайт (1 Гбайт = 1 000 000 000 байт). Они оснащены интерфейсом PCIe Gen3×4 и поддерживают протокол NVMe 1.2.1. По данным производителя скорость последовательного чтения достигает 3000 Мбайт/с, последовательной записи — 2200 Мбайт/с. Производительность на операциях с произвольным доступом достигает 320 000 IOPS в режиме чтения и 265 000 IOPS в режиме записи. В накопителях, как и в случае изделий XG5, BG3, и т.п., используется фирменная 64-слойная флэш-память 3D TLC BiCS FLASH собственного производства Toshiba.

Рекомендуемые области применения накопителей XG5-P:

• Рабочие станции,
• Игровые системы и ПК энтузиастов,
• Встраиваемые высокопроизводительные устройства,
• Корпоративные компьютеры с интенсивным чтением.

Возможности накопителей серии XG5-P можно оценить на примере старшей модели SSD, имеющей информационный объем 2048 Гбайт. Данная модель получила наименование KXG50PNV2T04. Внешний вид этого SSD — на рис. 1, основные характеристики — в таблице 1.

Рис. 1. Внешний вид KXG50PNV2T04
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1. Основные характеристики KXG50PNV2T04

Накопитель KXG50PNV2T04 обладает компактными размерами и очень малым весом. Его размеры составляют 80,0 × 22,0 × 2,23 мм, а вес — 7,3 г. Выпущен данный накопитель в бескорпусном варианте с односторонним монтажом элементов (рис. 1), по конструкции, дизайну и элементам напоминает своего предшественника — модель KXG50ZNV1T02.

На рис. 2 приведена этикетка накопителя KXG50PNV2T04 с рядом технических и эксплуатационных характеристик, а также расшифровка наименования.

Рис. 2. Этикетка и расшифровка наименования KXG50PNV2T04
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Емкостные и скоростные возможности твердотельного накопителя KXG50PNV2T04, относящегося к изделиям серии XG5-P и созданного компанией Toshiba, были оценены в процессе тестирования.

Особенности тестовой системы и результаты проведенного исследования рассмотрены  в следующих частях  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

О клиентских твердотельных накопителях (SSD) серии XG5 компания Toshiba объявила в мае 2017 года. Данные накопители типоразмера M.2 2280 поддерживают протокол NVMe. Серия включает модели объемом 256, 512 и 1024 Гбайт. Производитель отметил, что наличие интерфейса PCIe Gen3 x 4 и кэш-памяти SLC позволило получить скорость последовательной записи 2100 Мбайт/с и последовательного чтения 3000 Мбайт/с. Другим достоинством новых SSD является низкое энергопотребление. По сравнению с предшествующими твердотельными накопителями Toshiba потребляемая мощность в режиме ожидания снижена более чем на 50% и обычно не превышает 3 мВт. В накопителях используется 64-слойная флэш-память 3D TLC BiCS FLASH собственного производства.

Рекомендуемые области применения накопителей XG5:

• Тонкие высокопроизводительные ноутбуки,
• Десктопы и ноутбуки энтузиастов,
• Компьютерные системы общего назначения,
• Серверы и системы хранения информации.

Возможности накопителей серий XG5 можно оценить на примере старшей модели SSD, имеющей информационный объем 1024 Гбайт (здесь 1 Гбайт = 1 000 000 000 байт). Данная модель получила наименование KXG50ZNV1T02. Внешний вид этого SSD представлен на рис. 1, основные характеристики — в таблице 1.

Рис. 1. Внешний вид KXG50ZNV1T02
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1. Основные характеристики KXG50ZNV1T02

Накопитель KXG50ZNV1T02 обладает компактными размерами и очень малым весом. Его размеры составляют 80,0 × 22,0 × 2,23 мм, а вес — всего 7,3 г. Выпущен данный накопитель в бескорпусном варианте с односторонним монтажом элементов (рис. 1). На рис. 2 — этикетка с рядом технических и эксплуатационных характеристик, а также расшифровка наименования.

Рис. 2. Этикетка и расшифровка наименования KXG50ZNV1T02
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Емкостные и скоростные возможности твердотельного накопителя KXG50ZNV1T02, относящегося к изделиям серии XG5 и созданного компанией Toshiba, были оценены в процессе тестирования.

Особенности тестовой системы и результаты проведенного исследования рассмотрены  в следующих частях  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Для оценки возможностей накопителя Canvio Alu 1TB (модель HDTH310ES3AA) в качестве тестового компьютера был использован высокопроизводительный мини-ПК, созданный на основе комплекта Intel NUC7i7BNHX1. Конфигурация системного блока тестового мини-ПК (рис. 4):

• Процессор — Intel Core i7-7567U (литография 14 нм, микроархитектура Kaby Lake, 2 физических ядра, работающих c 4 потоками на тактовой частоте от 3,5 ГГц до 4,0 ГГц, кэш 4 Мбайт, TDP 28 Вт),
• Материнская плата — Intel NUC7i7BNB,
• Графическая подсистема — встроенная в процессор графика Intel Iris Plus 650,
• Оперативная память — два модуля CT16G4SFD824A (Crucial 16GB DDR4-2400 SO-DIMM),
• Дисковая подсистема — Intel SSD 545s Series 256GB с Intel Optane Memory 16GB,
• Блок питания — внешний компактный блок FSP065-10AABA (AC-DC: input — 100-240V/50-60Hz; output — 19V, 3.43A, 65W max),
• Операционная система — Microsoft Windows 10 Enterprise 64-bit.

Рис. 4.  Системный блок 

Производитель гарантирует совместимость с ПК (требуется свободный порт USB 3.0 или USB 2.0), управляемыми операционными системами Microsoft Windows 7 / Windows 8.1 / Windows 10.

Подключение накопителя HDTH310ES3AA к порту USB 3.0 тестового мини-ПК c Windows 10 не вызвало каких-либо проблем.

Как сообщалось выше, на накопителе его производителем установлен ряд программных компонентов. Этими компонентами являются три файла (рис. 5): документы “User’s Manual CANVIO ALU” и ”Instruction Manual for Safety and Comfort”, а также утилита резервного копирования NTI Backup Now EZ, способная обеспечить в автоматическом режиме копирование и восстановление файлов и папок. При этом можно задавать и время, и частоту выполнения указанных операций.

Рис. 5.  Предустановленные компоненты

С помощью тестовой программы CrystalDiskInfo 7.0.4 х64 удалось установить, что основой накопителя HDTH310ES3AA является 2,5-дюймовай жесткий диск Toshiba MQ01UBD100 (рис. 6).

Рис. 6.  Жесткий диск накопителя HDTH310ES3AA

Интересной особенностью жесткого диска Toshiba MQ01UBD100 являются встроенные в его архитектуру элементы USB 3.0, распаянные непосредственно на плате контроллера данного жесткого диска (рис. 6). Такое решение позволило упростить конструкцию накопителя DTH310ES3AA и уменьшить его размеры и вес.

Необходимо отметить, что отсутствие в корпусе накопителя традиционной платы USB накладывает и определенные ограничения. Дело в том, что использовать корпус в качестве контейнера для традиционных 2,5-дюймовых SATA-дисков, как это иногда делают некоторые компьютерные энтузиасты, увы, не удастся. Впрочем, для большинства потенциальных пользователей это не станет препятствием для приобретения накопителя DTH310ES3AA, особенно принимая во внимание его технические и эксплуатационные характеристики. В первую очередь это касается показателей информационной емкости и скоростных параметров.

Результаты оценок емкостных и скоростных параметров накопителя HDTH310ES3AA приведены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Intel Innovation Day — это новый расширенный формат Intel Channel Day, ориентированный на партнеров, коллег и дистрибьюторов корпорации Intel в лице руководителей предприятий, менеджеров по маркетингу, технических специалистов, продавцов. Основная цель — ознакомление присутствовавших с новейшими технологиями и тенденциями, планами выпуска продуктов Intel. В Дне Инноваций в СПб, приняли участие десятки копаний, среди которых OCS, ELKO, Merlion, 3Logic, MUST, Asus, Acer, Gigabyte, Kingston и др. Сессии были сконфигурированы по трем направлениям: Серверы и ЦОД, Настольные и мобильные ПК, Интернет вещей.

Выступающие специалисты подчеркнули, что стратегическими направлениями развития IT являются: искусственный интеллект (Artificial Intelligence — AI), пятое поколение мобильных сетей (5G), автономное вождение, системы виртуальной и смешанной реальности (Virtual reality — VR, Mixed Reality — MR). Кроме того, большое внимание уделяется развитию и поддержке направлению ЦОД и Интернета вещей.

Рассматривая перспективность AI, специалисты отметили, что этот сегмент может возрасти от $643,7 млн в 2016 г. до $36,8 млрд в 2025 г, и в ближайшие два года использовать AI будут 41% компаний. Практическое применение AI найдет, например, в распознавании речи, синхронном переводе, в локализации и позиционировании объектов, сегментации и классификации изображений.

Важным направлением является и автономное вождение. Так, в 2017 г. в Швеции — 100 автономных автомобилей, 40 машин с 4 уровнем автономности от Intel, BMW, Fiat Chrysler уже испытывается на дорогах разных стран. К 2030 г. такие автомобили проедут около 1,5 трлн км.

Развитие современных технологий и широкое их внедрение порождают огромные потоки цифровых данных, требующих оперативной их обработки. Помощь в обработке окажут не только технологии AI, но и перспективные системы, основанные на использовании новых процессоров и новых компонентов хранения информации.

Это могут быть, в частности, высокопроизводительные серверные процессоры Intel Xeon Scalable, в которых, вместо традиционной Ring Architecture с кольцевым доступом к компонентам процессора реализована Mesh Architecturе (mesh — решетка), которая обеспечивает низкие задержки сигналов и значительное увеличение скоростей передачи данных между ядрами, оперативной памятью и контроллерами ввода/вывода.

Для компьютерных систем широкого применения компания Intel предлагает  новые продукты и технологии, связанные с Intel Core i+, Kaby Lake G, Purley, Xeon Scalable, FPGA, а также настольные и мобильные решения на базе процессоров Intel Core 8-го поколения, предназначенные заменить своих предшественников. При этом были выпущены 4-ядерные модели не только для настольных ПК, но и для сегмента мобильных компьютеров. Снабженные такими процессорами, способными обрабатывать до 8 потоков с частотой работы ядер до 4,5 ГГц, мобильные системы демонстрируют уровни производительности, доступные ранее только настольным ПК.

Революционным является и новый тип энергонезависимой памяти, получившей наименование 3D XPoint, разработанной Intel в содружестве с Micron и обладающей высокими скоростями доступа и низкими задержками, с ресурсом, значительно превышающим возможности NAND и 3D NAND.

Память 3D XPoint нашла воплощение в моделях изделий Intel Optane. Это и мощные варианты накопителей Intel Optane SSD DC P4800X, предлагаемые для серверного рынка, и накопители Intel Optane SSD 900P/905P для энтузиастов, и специальные кэширующие ускорители Intel Optane Memory, обеспечивающие увеличение скоростных характеристик дисковых подсистем в ряде задач более чем в два раза. Несмотря на высокий потенциал памяти 3D XPoint, продолжается выпуск и улучшение накопителей SSD со ставшей уже традиционной флэш-памятью 3D NAND. На основе этой памяти компания Intel предлагают емкие и производительные модели: профессиональный уровень представлен изделиями Pro 7600p, Pro 7000p, Pro 6000p, Pro 545s,  потребительский уровень — 760p, 700p, 660p, 600p, 545s.

В добавление к этому компания Intel предлагает рынку новые компьютерные системы, представленные в разнообразных форм-факторах и ориентированные на разные сферы применения. Такими изделиями компания Intel и ряд ее крупных партнеров считают Compute Card, решения 2-в-1, моноблоки, Intel NUC и др. Несмотря на компактные размеры, ряд моделей могут составить конкуренцию традиционным настольным компьютерам.

Необходимо отметить, что перспективные высокопроизводительные компьютерные архитектуры, эффективные технологии обработки данных и новейшие компоненты способствуют дальнейшему развитию перспективных IT-направлений, к которым относятся системы виртуальной реальности. По прогнозу экспертов уже к 2020 году рынок систем и изделий VR может превысить $143 млрд. При этом соответствующие  технологии и устройства будут использоваться не только для целей досуга, но и в промышленности, симуляторах, медицине, образовании и других областях. Один из примеров разработки системы VR привели специалисты компании КРОК.

Специалисты компаний КРОК и Intel рассказали о реализации совместного проекта «Виртуальная копии зала Юпитера Государственного Эрмитажа».

В процессе работы разработчики столкнулись со многими проблемами, связанными как с вопросами качественной фото- и видеосъемки объектов, так и с проблемами оптимальной обработки больших объемов информации с целью уменьшения файлов VR при сохранении необходимого качества 3D-изображений, обеспечивающего высокий уровень реалистичности объектов в пространстве VR. Обработка исходной информации осуществлялась с помощью мощных  компьютерных систем (многоядерные Intel Xeon Platinum, ОЗУ 160 Гбайт, HDD 4 Тбайт).

Благодаря использованию специальных алгоритмов оптимизации в процессе обработки удавалось уменьшать количество исходных 160 млн полигонов каждого объекта съемки до примерно 120 тыс. Это позволило существенно уменьшить объем файлов VR и снизить требования к аппаратно-программным средствам компьютеров пользователей: процессор — Intel Core i5+; GPU — NVIDIA GeForce GTX 970, AMD Radeon R9 290 или лучше; ОЗУ — 8+ Гбайт; видео выход — HDMI 1.4, DisplayPort 1.2 или более поздняя версия; USB-порт — 3 USB 3.0; ОС — Windows 7 SP1, Windows 8.1, Windows 10. Данные характеристики соответствуют сравнительно мощным настольным компьютерам.

Однако, как оказалось, в номенклатуре сверхкомпактных Intel NUC с процессорами Intel Core 8-поколения уже присутствуют модели, удовлетворяющие указанным требованиям. Часть информации была озвучена в секционных докладах.

В следующей части  данной статьи – об архитектуре высокопроизводительных моделей Intel NUC.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Итак, скоростные возможности модулей CT16G4SFD824A (Crucial DDR4-2400 SO-DIMM, PC4-19200, CL=17, Dual Ranked, x8 based, Unbuffered, NON-ECC, 1.2V, 2048Meg x 64) были оценены в процессе тестирования в составе мини-ПК, созданного на основе комплекта Intel NUC7i7BNHX1. Конфигурация системного блока (рис. 4):

• Процессор — Intel Core i7-7567U (литография 14 нм, микроархитектура Kaby Lake, 2 физических ядра, работающих c 4 потоками на тактовой частоте от 3,5 ГГц до 4,0 ГГц, кэш 4 Мбайт, TDP 28 Вт),  
• Материнская плата — Intel NUC7i7BNB, 
• Графическая подсистема — встроенная в процессор графика Intel Iris Plus 650,
• Оперативная  память — два модуля CT16G4SFD824A (Crucial 16GB DDR4-2400 SO-DIMM),
• Дисковая подсистема — Intel SSD 545s Series 256GB с Intel Optane Memory 16GB,
• Блок питания — внешний компактный блок FSP065-10AABA (AC-DC: input — 100-240V/50-60Hz; output — 19V, 3.43A, 65W max),
• Операционная система — Microsoft Windows 10 Enterprise 64-bit.

Рис. 4.  Системный блок

На рис. 5 приведены два модуля CT16G4SFD824A, установленные в системный блок мини-ПК.

Рис. 5.  Два модуля CT16G4SFD824A в системном блоке
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Результаты работы подсистемы оперативной памяти иллюстрируют приведенные ниже скриншоты работы тестовых программ Spaccy, AIDA64, PerformanceTest 8.0 (рис. 6 – рис. 10).

Рис. 6.  Конфигурация системы

Рис. 7.  Результаты анализа модулей CT16G4SFD824A

Рис. 8.  Тайминги модулей CT16G4SFD824A

Рис. 9.  Результаты тестирования кэша и памяти

Рис. 10. Сравнительная оценка производительности памяти
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Оценивая результаты тестов модулей CT16G4SFD824A (Crucial 16GB DDR4-2400 SO-DIMM), следует обратить внимание, что встроенный в процессор Intel Core i7-7567U контроллер памяти согласно опубликованным спецификациям рассчитан на модули DDR4-2133 (PC4-17000, максимальная пропускная способность при использовании двух модулей — 34,1 Гбайт/с). Поэтому нет ничего удивительного в том, что в процессе тестирования указанные модули работали не в свойственном для них режиме DDR4-2400 (PC4-19200), а в режиме DDR4-2133 (PC4-17000), который для них задает процессор Intel Core i7-7567U. Учитывая данное обстоятельство, следует заметить, что для этого режима подсистема памяти мини-ПК, собранная на основе модулей CT16G4SFD824A, продемонстрировала очень высокие скоростные характеристики, которые являются очень близкими к максимальным пиковым (теоретически) значениям. Нереализованный же частотный запас указанных модулей может стать дополнительным ресурсом для их бесперебойной работы в составе мини-ПК на основе комплекта Intel NUC7i7BNHX1.
    

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

Благодаря успехам полупроводниковых технологий быстро растет степень интеграции и функциональные возможности микросхем. Как результат, у конструкторов появляется возможность уменьшить размеры как мобильных, так и настольных компьютерных систем. Используя современные комплектующие, сегодня можно конструировать сверхкомпактные производительные системы (мини-ПК), способные во многих случаях успешно конкурировать с моделями традиционных габаритов. При этом такой мини-ПК, обеспечивая еще и широкие функциональные возможности, отличается от традиционных настольных систем существенно меньшими габаритами, меньшим энергопотреблением, меньшим уровнем шума. Не в последнюю очередь это достигается за счет использования мобильных или специальных настольных процессоров. В дополнение к этому обычно мини-ПК обладают еще и удобным, и весьма красивым дизайном.

Чтобы облегчить многочисленным поклонникам компактных систем сборку мини-ПК, ряд известных компаний предлагает различные варианты соответствующих наборов, а также отдельных миниатюрных комплектующих с низким энергопотреблением. В качестве примера можно привести комплект Intel NUC7i7BNHX1. Важнейшими его компонентами являются:

• материнская плата Intel NUC7i7BNB с процессором низкого энергопотребления Intel Core i7-7567U и встроенными контроллерами различных проводных и беспроводных интерфейсов,
• корпус с внешними размерами 115 × 111 × 51 мм,
• компактный внешний блок питания от сети переменного тока, обеспечивающий на выходе до 65 Вт,
• модуль энергонезависимой памяти Intel Optane Memory для эффективного кэширования 2,5-дюймового накопителя HDD/SSD.

Для превращения комплекта Intel NUC7i7BNHX1 в сверхкомпактный системный блок мини-ПК пользователю потребуются еще приобрести и установить модули памяти DDR4 SO-DIMM, а также накопитель HDD/SSD с последующей инсталляцией операционной системы и необходимых драйверов.

Детали выбора и настройки дисковой подсистемы и соответствующего программного обеспечения будут рассмотрены в следующих публикациях. В этой же статье объектом исследования станет подсистема оперативной памяти мини-ПК, созданного на базе комплекта Intel NUC7i7BNHX1.

Разработчики комплекта Intel NUC7i7BNHX1 предусмотрели использование в его архитектуре до двух модулей памяти SO-DIMM типа DDR4-2133 1.2V с максимальным общим информационным объемом 32 Гбайт. Для облегчения проблемы выбора модулей памяти (и накопителей), совместимых с материнской платой Intel NUC7i7BNB комплекта Intel NUC7i7BNHX1, целесообразно руководствоваться фирменными материалами, в которых приводятся соответствующие рекомендации, основанные на результатах тестирования моделей от разных производителей. Не все модели являются подходящими, однако список совместимых с Intel NUC7i7BNB вариантов достаточно большой, чтобы выбрать оптимальные варианты. Выбирая оптимальные модули оперативной памяти, целесообразно ознакомиться с расширенным списком совместимых с Intel NUC7i7BNB моделей.

В качестве примера совместимых модулей памяти можно привести модули Crucial DDR4-2400 SO-DIMM, получившие наименование CT16G4SFD824A (рис. 1).

Рис. 1.  Модули CT16G4SFD824A в защитных упаковках

Внешний вид и основные характеристики модулей CT16G4SFD824A представлены в следующей части данной статьи.
    

>>    Часть 2