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 2
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Современные кулеры с модулями Пельтье

Используя опыт своих многочисленных предшественников, накопленный в течение десятков лет, американская компания Phononic в 2015 году анонсировала выпуск оригинального кулера. Изделие получило наименование Phononic HEX 1.0. По утверждению разработчиков оно сопоставимо по эффективности с системами водяного охлаждения при существенно меньших габаритах и более простой конструкции. Конструкция включает теплоотводящее основание, двухсекционный радиатор, а также 80-миллиметровый вентилятор, расположенный между секциями. Данная система охлаждения совместима с процессорами Intel в исполнении LGA2011, 1366, 1156, 1155 и 1150. Вскоре, примерно через год, на основании опыта эксплуатации изделия Phononic HEX 1.0 компания разработала и выпустила на рынок модель Phononic HEX 2.0 (рис. 4). В состав этого кулера входит элемент Пельтье, а также теплоотводящее основание с тепловыми трубками, связанное с двумя секциями радиатора. Между ними, как и в случае предыдущей модели, находится вентилятор, но, правда, диаметром уже не 80 мм, а 92 мм. Скорость вращения этого вентилятора регулируется. Кулер совместим с процессорами Intel в исполнении LGA2011 и LGA115x, а также процессорами AMD в исполнении AM2, AM2+ и AM3+. Габариты Phononic HEX 2.0 — 125 × 112 × 95 мм, масса — 810 г. В кулере использована светодиодная подсветка. Настройки подсветки и другие параметры работы охладителя доступны в комплектной утилите. Данное устройство предлагается по цене $150.

Рис. 4. Кулер Phononic HEX 2
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

А сравнительно недавно компания EKWB в рамках совместного с Intel проекта представила термоэлектрическую систему охлаждения EK-QuantumX Delta TEC. Изделие специально разработано для отвода тепла от процессоров Intel Core 10-го поколения, известных по кодовому имени Comet Lake. В составе EK-QuantumX Delta TEC используется полупроводниковый модуль Пельтье. Его холодная сторона контактирует с крышкой процессора, а вот образующееся тепло процессора и, конечно, самого модуля отводится средствами водоблока. Данная система, использующая технологию Intel CryoCooling, позволяет достичь уровня охлаждения ниже температуры окружающей среды. Для исключения появления конденсата на холодных поверхностях при значениях температуры ниже точки росы в устройстве используется изолирующий кожух и специальные аппаратно-программные средства, разработанные компанией Intel. Эти средства непрерывно контролируют и корректируют параметры работы системы. Устройство совместимо с разъемом LGA 1200. Для своей работы оно требует отдельного мощного источника электропитания.

Указанная разработка открыла целую серию аналогичных устройств. Так, например, на основе накопленного опыта было создано в сотрудничестве с Intel изделие EK-QuantumX Delta TEC EVO E2 (рис. 5). Как утверждает производитель, это эволюция 2-го поколения криоохлаждающих водоблоков. Данное устройство по сравнению со своим предшественником имеет более мощную пластину TEC, обеспечивающую более чем на 50 Вт большую мощность охлаждения, а также улучшенную электронику второго поколения Delta TEC. На сайте производителя изделие EK-QuantumX Delta TEC EVO E2 предлагается по цене 355,38 евро.

Рис. 5. Кулер EK-QuantumX Delta TEC EVO E2
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

От сектора термоэлектрических устройств охлаждения не осталась в стороне и хорошо известная компания Cooler Master. Она предложила пользователям компьютеров необслуживаемую систему жидкостного охлаждения, температура жидкости в которой ниже комнатной. Конечно, без модуля Пельтье не обошлось и в этом случае. Система охлаждения, предлагаемая для процессоров Intel с разъемом LGA 1200, получила обозначение MasterLiquid ML360 Sub-Zero (рис. 6).

Рис. 6. Кулер MasterLiquid ML360 Sub-Zero
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В корпусе главного блока, устанавливаемого на центральный процессор, предусмотрен восьмиконтактный разъем питания. Разработчики Cooler Master для изделия MasterLiquid ML360 Sub-Zero рекомендуют использовать блок питания мощностью не менее 750 Вт. Это обеспечит работу и центрального процессора, и термоэлектрической системы его охлаждения. Система рассчитана на работу с процессорами, имеющими в разгоне TDP не более 250 Вт. Помпа, рассчитанная на номинальный ток 1 A и потребляющая до 13,8 Вт, конструктивно вынесена в отдельный корпус 57,3 × 57,3 × 92,2 мм. В главном блоке (рис. 7), размеры которого составляют 89 × 79 × 86,7 мм, расположены:

• плата управления с датчиками и водоблоком (A),
• модуль Пельтье (B),
• переходная медная пластина (C),
• резиновый уплотнитель (D).

Герметичное ограждение с резиновым уплотнением по краям предназначено для точной установки с процессором и поддержания стабильной среды. В состав системы охлаждения входит также резервуар с охлаждающей жидкостью, конструктивно объединенный с радиатором теплообменника и блоком из трех вентиляторов типоразмера 120 × 120 × 25 мм. На сайте Амазона данную модель предлагают за 258 евро.

Рис. 7. Главный блок MasterLiquid ML360 Sub-Zero
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Оценивая приведенные примеры кулеров с модулями Пельтье, необходимо отметить, что число производителей и вариантов систем термоэлектрического охлаждения много больше перечисленного. Следует еще добавить, что область применения подобных средств в действительности много шире указанного компьютерного сектора. Действительно они используются и в технике, и в научных приборах, и как компоненты сверхкомпактных холодильников.

Однако конструкции термоэлектрических кулеров, используемых в самых разных областях науки и техники, постоянно совершенствуются. В результате проводимых исследований, выполняемых в многочисленных научных лабораториях, появляются новые идеи и открытия, патенты, изобретения. Все это способствует рождению новейших технологий охлаждения.

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 1 
     

Сокращенные версии статьи: 

• Выбираем кулер Пельтье для процессоров ПК.
• Выбираем кулер Пельтье для процессоров ПК. / IT-Expert. 2023, №2
• Примеры кулеров с модулями Пельтье. / Вы и ваш компьютер. 2023, №1, с.19-22 

В статьи 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

Виктор  Рудометов
Евгений  Рудометов

    >>    Часть 1
 

(кликнуть мышью для увеличения картинки)   

Кулеры 90-х и начала 2000-х

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные характеристики:

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

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

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

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

(кликнуть мышью для увеличения картинки)  

>>    Часть 3 
      

  

Евгений Рудометов 
 

Стремительный рост генерируемых данных, быстрое расширение облачных вычислений, повсеместное развертывание сетей 5G, а также распространение высокопроизводительных вычислений (HPC) и искусственного интеллекта (AI) требуют адекватных аппаратно-программных средств. Утверждается, что более 50% всего объема мировых данных было создано за последние два года. Однако из этого объема только 2% было проанализировано, так как оперативная обработка данных требует соответствующих вычислительных мощностей, которых часто не достаточно.

Растущие требования определяют архитектуру центров обработки данных (ЦОД) и сетей, которые могут быстро масштабироваться. При этом необходимо отметить, что по оценкам IDC средняя длительность жизненного цикла типичного сервера составляет примерно пять лет. Дальнейшая же эксплуатация устаревших аппаратно-программных средств часто неэффективна и нецелесообразна. Действительно, совокупные затраты на поддержание производительности ЦОД на должном уровне могут существенно превышать стоимость приобретения технологий следующего поколения. Более того, обновленные серверные платформы, созданные на основе новейших высокопроизводительных процессорах (CPU), предоставляют новые возможности для модернизации существующей IT-инфраструктуры, сочетая в себе решения, которые отвечают актуальным требованиям в вопросах передачи, хранения и обработки данных.

Масштабируемые процессоры

В ответ на потребности рынка компания Intel представила в 2017 очередное обновление модельного ряда серверных процессоров Intel Xeon. С целью значительного увеличения скоростных возможностей компания значительно переработала их внутреннюю архитектуру. Изделия получили общее наименование Intel Xeon Scalable (от англ. Scalable — масштабируемый). Это наименование по замыслу производителя должно свидетельствовать о больших возможностях процессоров, обеспечивающих масштабируемость высокопроизводительных компьютерных систем. О выпуске второго  поколения было объявлено в 2019 г. В настоящее время осуществляется  массовый выпуск и внедрение соответствующих компьютерных систем.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В данный момент высокопроизводительные серверные процессоры Intel Xeon Scalable второго поколения (продукция с прежним кодовым названием Cascade Lake), как и их предшественники, представлены модельными рядами Intel Xeon Platinum, Intel Xeon Gold, Intel Xeon Silver, Intel Xeon Bronze. Их модели отличаются и количеством ядер, и тактовыми частотами, а также рядом параметров, влияющих на скорость выполнения задач, требующих высокой производительности от компьютерных систем.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Самыми мощными являются процессоры Intel Xeon Platinum. Они представлены моделями линеек 8200 и 9200.

Две линейки Platinum

В настоящее время в линейке Intel Xeon Platinum 8200 — 11 моделей. Среди них старшими являются модели с номерами 8280L и 8280. Они имеют по 28 вычислительных ядер, способных обрабатывать по 56 потоков с базовой тактовой частотой 2,7 ГГц и возможностью ее увеличения до 4,0 ГГц в режиме Turbo Boost. Из других особенностей следует отметить: кэш-память — 38,5 Мбайт, литография — 14 нм, расчетная мощность энергопотребления — 205 Вт, максимальный объем оперативной памяти DDR4-2933 с использованием до 6 каналов: — 4,5 Тбайт (8280L) и 4,0 Тбайт (8280), количество каналов UPI — 3, разъем — FCLGA3647, размер корпуса — 76,0 х 56,5 мм. Обеспечена, в частности, поддержка энергонезависимой памяти Intel Optane DC Persistent Memory (Intel Optane DC Persistent Memory), а также кодов ECC, до 48 линий PCI Express 3.0, наборов команд Intel SSE4.2, Intel AVX, Intel AVX2, Intel AVX-512, технологий Intel Deep Learning Boost (Intel DL Boost), Resource Director Technology (Intel RDT), Intel Hyper-Threading, виртуализации (VT-x, VT-d). Рекомендованная производителем цена модели Intel Xeon Platinum 8280L составляет $13012, Intel Xeon Platinum 8280 — $10009. 

Еще большей производительностью обладают изделия линейки Xeon Platinum 9200.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Эта линейка представлена пока (на момент данной статьи) четырьмя моделями. Их номера: 9282, 9242, 9222, 9221. Старшей моделью является Xeon Platinum 9282. Ряд параметров этих процессоров приведен в таблице.

Intel Xeon Platinum 9200

Производитель отмечает, что процессоры Intel Xeon класса Platinum ориентированы на ресурсоемкие критически важные рабочие нагрузки искусственного интеллекта, аналитики и гибридных облачных сред. Они обеспечивают оптимальный уровень производительности при возможности увеличения количества процессоров: 2, 4, 8 и более.

«Золотые», «серебряные» и «бронзовые» 

Несколько меньшими возможностями обладают модели линеек Intel Xeon Gold (49 моделей с числом ядер от 4 до 28), Intel Xeon Silver (10 моделей с числом ядер от 8 до 16), Intel Xeon Bronze (2 модели с числом ядер 6 и 8). Однако и их возможности сравнительно велики и способны удовлетворить потребности многих потенциальных пользователей.

Процессоры Intel Xeon класса Gold обладают оптимизированной под рабочие нагрузки производительностью и повышенной надежностью, высокой скоростью памяти, большой ее емкостью и улучшенной структурой межсоединений, улучшенной масштабируемостью благодаря возможности использования 2 и 4 процессоров.

Процессоры Intel Xeon класса Silver — это оптимальная производительность и энергоэкономичность, увеличенная скорость памяти, средние вычислительные и сетевые ресурсы, а также ресурсы хранения данных.

Процессоры Intel Xeon класса Bronze — это доступная производительность для малого бизнеса и базовых систем хранения, аппаратные функции безопасности, надежные возможности масштабирования благодаря поддержке 2 процессоров.

Производительность платформ

Как показывают многочисленные результаты тестирования, процессоры Intel Xeon второго поколения обеспечили заказчикам значительное  повышение производительности их компьютерных систем. При этом по оценке Intel, средняя производительность Intel Xeon Gold 2-го поколения в 1,36 раза выше по сравнению с аналогичным процессором Intel Xeon Gold 1-го поколения, а с учетом цен — в 1,42 раза выше. Более того, при использовании технологии Intel DL Boost модель Intel Xeon Platimum 9200 обеспечивает еще больший прирост.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Важным достоинством данных процессоров является поддержка энергонезависимой памяти Intel Optane DC PM. Представленные в виде модулей, емкость которых, может достигать 512 Гбайт, они устанавливаются в слоты DRAM материнских плат. Указанные модули Intel Optane DC PM совместно с модулями DRAM позволяют довести полный объем оперативной памяти до 36 Тбайт. При этом комбинированная подсистема, обеспечивая высокие скоростные показатели, оказывается существенно дешевле по сравнению с решениями, предусматривающими использование только традиционных модулей DRAM. 

Для повышения производительности компьютерных систем в указанных процессорах реализована поддержка технология Intel Deep Learning Boost. Это позволяет повысить выполнение задач искусственного интеллекта, что, учитывая стремительный рост данного сектора, является актуальным для многих потенциальных пользователей.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Российские заказчики уже оценили преимущества новых платформ, созданных на основе процессоров Intel Xeon Scalable второго поколения.

Как утверждают специалисты Яндекс.Облака, данные процессоры стабильно показывают ускорение от 10 до 90%. Наборы команд AVX512 (Advanced Vector Instructions) и VNNI (Vector Neural Network Instructions) Intel Xeon Scalable 2-го поколения могут в два раза ускорить решение задачи машинного обучения и обработки изображений.

Компании Mail.ru Group удалось достичь уменьшения показателя TCO/performance почти вдвое — с 1.45 до 0.84 за счет перехода на 2-е поколение процессоров Intel Xeon Scalable (2х6230 / 12х16GB / 2×2TB-SSD). Таким образом, по оценке экспертов компании, повышение производительности системы окупило затраты на более высокую стоимость вычислительных решений в расчете на одно ядро.

Компания Axxonsoft отметила потенциал многократного ускорения исполнения соответствующих задач на 2-м поколении процессоров Intel Xeon Scalable благодаря появлению технологии Intel DL Boost. В результате первичного, неоптимизированного запуска обученной нейронной сети с использованием пакета инструментов Intel OpenVINO на сервере, созданном на базе процессоров 2-го поколения Intel Xeon Scalable c Intel DL Boost, было получено ускорение в 1,6 раз относительно системы на базе первого поколения соответствующей серверной платформы Intel.

Согласно тестам компании МТС, использование памяти Intel Optane DC PM в комбинации с процессорами Intel Xeon Scalable 2-го поколения позволяет добиться четырехкратного увеличения производительности при обработке крупных объемов данных. Компания SAP отметила сокращение времени загрузки системы, использующей постоянную память Intel Optane DC PM, в 12,5 раз, с 60 до 4 минут. Эксперты компании VMware обнародовали результаты тестирования постоянной памяти Intel Optane DC PM в двух режимах. В режиме «App-Direct» комбинация DRAM и постоянной памяти Intel Optane DC PM в совокупности предоставляет до 6 Tбайт памяти на 2 сокета и 12 Tбайт на 4 сокета. Результаты исполнения виртуализированных приложений на примере баз данных показали 16,6-кратное увеличение записи в БД в секунду до почти 96 Кбайт в секунду с помощью Intel Optane в режиме «App-Direct». Отдельное внимание заслуживают результаты в режиме «Память». Так, например, измеренная производительность приложений в виртуализированных средах VmWare по тесту VmMark 3.1 на серверах HPE ProLiant Gen10 с процессорами Intel Xeon Scalable 2-го поколения и постоянной памятью Intel Optane DC PM показала эквивалентную производительность на таких же серверах с обычной DRAM-памятью.

Третье поколение

В конце июня 2020 г. были представлено масштабируемое семейство процессоров Intel Xeon 3-го поколения. Новые процессоры были ранее анонсированы под кодовым наименовением “Cooper Lake”. Они делают возможным более широкое развертывание систем искусственного интеллекта (ИИ) на процессорах общего назначения для приложений, включающих классификацию изображений, механизмы рекомендаций, распознавание речи и моделирование естественных языков.

По прогнозам IDC, к 2021 году 75% корпоративных приложений будут использовать ИИ. К 2025 году, согласно оценкам IDC, примерно 25% всех данных будут генерироваться в реальном времени, при этом различные устройства Интернета вещей (IoT) будут отвечать за 9% этого объема.

В новых процессорах добавлена поддержка чисел с плавающей запятой формата bfloat16 в Intel DL Boost для улучшения производительности обучения нейронных сетей и построения логических выводов; bfloat16 — это компактный цифровой формат, который использует половину битов, как и современный формат FP32, но при этом достигает сопоставимой точности модели с минимальными изменениями программного обеспечения (если таковые требуются). Добавление поддержки bfloat16 ускоряет обучение ИИ и построение логических выводов на процессорах. Оптимизированные для Intel дистрибутивы bfloat16 поддерживаются в ведущих фреймворках глубокого обучения, в том числе в TensorFlow и Pytorch. Они доступны в инструментах Intel AI Analytics для ускорения глубокого обучения и вычислений. Также Intel внедрила оптимизацию bfloat16 в свой инструментарий OpenVINO и среду ONNX Runtime для облегчения логических построений.

Процессоры Intel Xeon Scalable 3-го поколения являются дальнейшим развитием 4- и 8-сокетных решений Intel. Процессор предназначен для выполнения рабочих нагрузок глубокого обучения, для работы в высокоплотных окружениях виртуальных машин (ВМ), для запуска баз данных в оперативной памяти, критически важных приложений, а также для аналитических нагрузок. Клиенты, обновляющие стареющие инфраструктуры, могут рассчитывать на средний ожидаемый прирост производительности в 1,9 раза в популярных рабочих нагрузках и до 2,2 раз больше ВМ по сравнению с 4-сокетными эквивалентами платформы пятилетней давности.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В настоящее время в семействе процессоров Intel Xeon 3-го поколения — 15 моделей. Они представлены в линейках Intel Xeon Platinum 8300 и в линейках Intel Xeon Gold 6300 и Intel Xeon Gold 5300. При этом четыре старшие модели Intel Xeon Platinum 8300 являются 28-ядерными, а две старшие Intel Xeon Gold 6300 — 24-ядерными.

Итак, высокопроизводительные масштабируемые серверные процессоры Intel Xeon Scalable и созданные на их основе компьютерные платформы предоставляют широкие возможности для модернизации IT-инфраструктуры предыдущего поколения. И нет сомнений, что следующие поколения серверных процессоров Intel Xeon Scalable и соответствующие компьютерные системы будут обладать еще большими возможностями.
    

Виктор   Рудометов 
Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Результаты тестирования 

Конфигурация мини-ПК:

• Процессор — Intel Core i7–7700T (14 нм, Kaby Lake, 8 Мбайт кэш-памяти, 4 вычислительных ядра, работающих на тактовой частоте от 2,9 ГГц до 3,8 ГГц, поддержка 8 потоков, до 35 Вт),
• Графическая подсистема — встроенная в процессор графика Intel HD Graphics 630,
• Подсистема памяти — Crucial 16GB DDR4 2400 (PC4-19200) SO-DIMM,
• Материнская плата — Asus Q170T с LGA1151 и с чипсетом Intel Q170, форм-фактор Thin Mini-ITX,
• Дисковая подсистема — SSD Intel 520 240GB (системный диск), SATA 3, MLC, 25 нм,
• Операционная система — Microsoft Windows 10 Enterprise x64.

Результаты тестирования приведены ниже.    

Рис. 7. Параметры процессора Intel Core i7-7700T, полученные с помощью программ CPU-Z и GPU-Z

Рис. 8. Результаты тестирования процессора и памяти, полученные с помощью программы AIDA64
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 9. Результаты сравнительного тестирования процессора Intel Core i7-7700T, выполненного программой CPU-Z
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 10. Результаты тестирования SSD
             (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Используя тестовый пакет PerformanceTest 8.0 (PassMark Software), интересно сравнить результаты тестирования процессора Intel Core i7–7700T, установленного в указанный мини-ПК, с процессором Intel Core i7–4770T в составе настольного компьютера:

• 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 ULTRA II 240GB (системный диск) и HDD 4000GB,
• Операционная система — Microsoft Windows 7 Enterprise.

Рис. 11. Результаты тестирования процессора Intel Core i7-7700T, PassMark Rating

Рис. 12. Результаты тестирования процессора Intel Core i7-4770T, PassMark Rating

В таблице 2 приведены результаты более детального тестирования процессоров (CPU) и подсистем оперативной памяти (RAM).

Таблица 2.   Результаты тестирования  CPU  и  RAM

Полученные и продемонстрированные выше результаты тестирования доказывают, что производительность компактной компьютерной системы, созданной на основе процессора Intel Core i7–7700T и материнской платы Asus Q170T формата Thin Mini ITX, дополненных памятью Crucial 16GB DDR4 2400 SO-DIMM и накопителем SSD Intel 520 240GB, находится на уровне сравнительно производительных десктопов. При этом описанная компактная система отличается от них существенно меньшими габаритами, меньшим энергопотреблением, меньшим уровнем акустического шума.

>>    Часть 1 
      

Виктор   Рудометов 
Евгений Рудометов 
 

Современные настольные компьютеры либо громоздки и занимают слишком много места, либо не способны обеспечить должную производительность. Чем мощнее компьютер, тем больше он выделяет тепла, что в свою очередь влечет за собой необходимость использования мощных систем охлаждения и энергопитания. Однако, используя современные комплектующие, сегодня можно создавать сверхкомпактные производительные системы (мини-ПК), способные во многих случаях успешно конкурировать с настольными компьютерами традиционных габаритов. Некоторые элементы и этапы самостоятельного конструирования одного из вариантов мини-ПК описаны ниже.

Процессор

Процессоры Intel Core i7 серии T предлагают оптимальный баланс — десктопная скорость работы при сравнительно малой мощности энергопотребления. Например, расчетная мощность 4-ядерного процессора Intel Core i7–7700T (7-е поколение Intel Core, ядро Kaby Lake) составляет всего 35 Вт. Внешний вид этого процессора приведен на рис. 1, его основные параметры — в таблице 1.

Использование процессора Intel Core i7–7700T позоляет благодаря низким уровням его энергопотребления и теплообразования существенно упростить конструкцию компьютера и уменьшить его габариты, сохраняя сравнительно высокую производительность.

Рис. 1. Процессор Intel Core i7-7700T

Таблица 1.  Основные параметры Intel Core i7-7700T

Материнская плата

Если целью конструирования мини-ПК является минимизация его размера при сохранении его большой функциональности, задаваемой, в частности, возможностью установки десктопного процессора, то лучше всего подходит формат Thin Mini ITX. При сохранении электрической и механической совместимости с форм-фактором ATX материнские платы Mini-ITX существенно меньше по размеру (170 × 170 мм). Так же у них есть возможность питания от внутреннего блока питания напряжением 19.5 В. На рынке довольно много материнских плат этого форм-фактора с современными чипсетами, возможностью установки полноценных современных десктопных процессоров, а также широким набором разъемов (SATA, USB, HDMI, LAN и т. п). Thin накладывает ограничения на высоту, что дает возможность установить плату в небольшой по высоте корпус.

В качестве материнской платы для мини-ПК была выбрана модель Asus Q170T — компактная материнская плата форм-фактора Mini-ITX на базе чипсета Intel Q170 (рис. 2, рис. 3). В процессе настройки выяснилось, что изначально плата поддерживала только 6-ое поколение процессоров Intel Core. Однако после обновления BIOS, выполненного с помощью процессора Intel Core i3-6300, материнская плата Asus Q170T позволила использовать и процессоры Intel Core i7 седьмого поколения. Остается добавить, что внутренние разъемы позволяют использовать модули памяти DDR4 SO-DIMM, подключить несколько SATA-накопителей, установить SSD и карты Wi-Fi в разъемы стандарта M.2.

Рис. 2. Процессор Intel Core i7–7700T в материнской плате Asus Q170T
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 3. Разъемы интерфейсов и энергопитания материнской платы Asus Q170T
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Корпус

В качестве корпуса для мини-ПК было решено использовать DNK-H от компании Luna-Design (рис. 4 – рис. 6). Размеры корпуса составляют 200 × 200 х 53 мм, материал — алюминий и пластмасса. Дизайн сильно напоминает Apple Mini. В корпус установлен 19.5 В блок питания на 150 Вт, а также система охлаждения процессора — радиатор и 600–3200 rpm PWM вентилятор с уровнем шума 18–38dB. Для работы Wi-Fi в комплекте поставляются две внешние 2.4/5G Wi-Fi антенны для соответствующих карт стандарта М.2.

Спецификации позволяют устанавливать процессоры мощностью до 65 Вт. Кроме выбранного и описанного выше процессора Intel Core i7–7700T, может быть, например, Intel Core i7-7700, но это тема уже совсем другой статьи о совсем другом компьютере с другими техническими и эксплуатационными характеристиками.

А еще спецификации корпуса и материнской платы позволяют устанавливать один 2.5-дюймовый накопитель с интерфейсом SATA, в качестве которого можно использовать либо HDD, либо SSD. В дополнение к 2.5-дюймовому накопителю имеется потенциальная возможность использования второго накопителя SSD. Его можно установить в разъем M.2 материнской платы.

Рис. 4. Процессор и материнская плата в корпусе
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 5. Корпус DNK-H формата Thin Mini-ITX
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 6. Сравнение мини-ПК с MacBook Pro
           (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В следующей части  приведены результаты тестирования.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Внешний вид процессора Intel Core i7–7700T, относящегося к изделиям седьмого поколения Intel Core (7th Generation Intel Core i7 Processors), представлен на рис. 3, а основные параметры — в таблице 1.

Рис. 3. Процессор Intel Core i7–7700T

Таблица 1.  Основные параметры Intel Core i7
(7th Generation Intel Core i7 Processors)

Для процессоров седьмого поколения производитель предлагает и соответствующие платформы. Эти платформа созданы на основе чипсетов 200-й серии (Intel 200 Series Chipset Family) и способны максимально реализовать возможности процессоров седьмого поколения.  

Рис. 4. Платформа с процессорами седьмого поколения

В таблице 2 и на рис. 5 приведены результаты (PassMark Software) оценки производительности настольных компьютеров с процессорами Intel Core i7 седьмого поколения Intel Core.

Таблица 1.  Оценка производительности Intel Core i7
(7th Generation Intel Core i7 Processors)

Рис. 5. Оценки производительности компьютерных систем

На рис. 6 представлены результаты оценки производительности настольного компьютера с процессором Intel Core i7–7700T (Базовая тактовая частота — 2,9 ГГц, TDP — 35 Вт) в сравнении с системой, созданной на основе Intel Core i7–4770T (Базовая тактовая частота — 2,5 ГГц, TDP — 45 Вт).

Рис. 6. Результаты оценки производительности систем с процессорами
Intel Core i7–7700T и Intel Core i7–4770T

Сравнивая результаты, продемонстрированные двумя энергоэкономичными моделями, необходимо отметить явное преимущество представителя седьмого поколения Intel Core над своим предшественником. Как следует из приведенных данных, настольный компьютер с процессором Intel Core i7–7700T демонстрирует сравнительно высокий уровень производительности при очень низком энергопотреблении, кстати, существенно меньшем, чем у Intel Core i7–4770T.

Остается добавить, что низкий уровень теплообразования процессора Intel Core i7–7700T позволяет отказаться в настольных высокопроизводительных системах от мощных систем охлаждения, благодаря чему обеспечивается еще и низкий уровень акустического шума. Особенно это касается систем со встроенными графическими средствами, в которых основным источником шума являются вентиляторы системы охлаждения центрального процессора.

>>    Часть 1 
      

Евгений Рудометов 
 

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

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

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

Рис. 2. Две стратегии развития

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

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

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

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

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

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

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

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

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

,

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

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

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

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

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

В рамках мероприятия была организована выставка, на которой свои геймерские системы высокой производительности представили компании: HyperPC, iRU, Maijin, DigitalRazor, INVASION labs, MSI.

Также гости могли окунуться в виртуальную реальность NVIDIA с помощью специального аппаратно-программного комплекса на базе мощного процессора Intel Extreme Edition (CPU – Intel Core i7-5960X Extreme Edition, ОЗУ – 64 Гбайт DDR4, MB – ASUS Deluxe X99, видео – 1080SLI). Разработка обеспечивает погружение с высокой степенью реалистичности, обеспечиваемой сложными алгоритмами расчетов по формулам физики (оптика, статика, динамика и др.) в режиме реального времени. Управление осуществляется с помощью шлема на голове, обеспечивающего стереоизображение (3D) и пары автономных пультов в руках, с помощью которых выполняются действия в пространстве виртуальной реальности. Позиционирование осуществляется с помощью встроенных датчиков.  

А еще можно было ощутить себя пилотом болида «Формулы-1» на автосимуляторе Motorsports. Разработчики снабдили свою разработку, снабженную всеми полагающимися атрибутами управления, еще и тремя большими дисплеями, мощной акустической ситемой и даже вибрационным механизмом. Все это существенно повышает степень реализма.

Остается добавить, что линейка высокопроизводительных процессоров Intel Core i7 Extreme Edition на сегодняшний день насчитывает четыре модели и фактически стартует с отметки 441 доллар США.

При этом самым мощным представителем из этого списка является модель Intel Core i7-6950X. Полупроводниковый кристалл этого десятиядерного изделия насчитывает около 3,2 млрд. транзисторов. Благодаря техпроцессу 14 нм их все удалось разместить на площади 246 мм². К слову сказать, это примерно на 30% меньше размеров 20-нм кристалла восьмиядерного Haswell-E. Хотя следует отметить, что число транзисторов у нового процессора по сравнению с указанным предшественником значительно возросло, конечно, улучшились и его параметры. Основные параметры модели Intel Core i7-6950X приведены в таблице.

Все представленные процессоры серии Extreme Edition производятся по технологическому процессу 14 нм и оснащаются 4-канальным контроллером памяти с поддержкой DDR4-2400. Важно отметить, что новинки совместимы с материнскими платами на базе чипсета Х99 с сокетом FCLGA2011-3. Это открывает возможность апгрейда ряда высокопроизводительных систем заменой процессоров предыдущего поколения на новые модели с целью увеличения функциональных возможностей находящихся в эксплуатации мощных десктопов и рабочих станций.

>>    Часть 1 
     

Евгений Рудометов 
 

27 июня 2016 года корпорация Intel представила в России новые хай-энд процессоры семейства Core i7 Extreme Edition для высокопроизводительных игровых систем и рабочих станций. Новинки базируются на микроархитектуре с кодовым наименованием Broadwell-E.

Среди объявленных изделий представлен и первый 10-ядерный процессор Intel Core i7 Extreme Edition для высокопроизводительных настольных систем. Как утверждает разработчик и подтверждают многочисленные тесты, это самый мощный чип для десктопов за всю историю отрасли. Он демонстрирует очень высокие уровни производительности и поддерживает ряд уникальных возможностей. Значительный потенциал Intel Core i7 Extreme Edition позволяет ускорить работу с видеоконтентом, 3D-моделями и фотографиями, делает более глубоким погружение в виртуальную реальность и, конечно, получить новые, более яркие впечатления от современных компьютерных игр, требующих нередко предельной производительности от игровой системы.

На масштабном шоу с театрализованным представлением по рассказам Станислава Лема, которое было организовано в честь запуска новой линейки высокопроизводительных процессоров, собралось около 100 представителей индустрии игр, производителей оборудования, журналистов, энтузиастов и оверклокеров.

На мероприятии выступили специалисты не только Intel, но и ее компаний-партнеров. Они рассказали об особенностях представленных новинок. 

Как отметил в своем кратком сообщении Дмитрий Конаш, региональный директор Intel в России и других странах СНГ, количество людей, увлекающихся играми и покупающих новейшие игровые компьютеры на процессорах Intel Extreme Edition, растет из года в год. Все началось в 2003 году, когда компания Intel объявила Pentium 4 Extreme Edition. Тогда процессор содержал только 1 ядро, а теперь, в 2016 году, энтузиастам игр стал доступен мощный 10-ядерный игровой процессор.

Благодаря технологии Intel Turbo Boost Max 3.0, реализованной в новейших процессорах семейства Core i7 Extreme Edition, обеспечивается существенное увеличение производительности. Опытные геймеры и продвинутые пользователи ПК могут самостоятельно изменять коэффициент умножения тактовой частоты процессора, высвобождая дополнительно до 15% производительности однопоточных вычислений и даже больше.

Серьезное преимущество при запуске самых современных компьютерных на системах, созданных на основе новых процессорах Inte Core i7 Extreme Edition, обеспечивают: кэш-память (Smart Cache), обладающая емкостью до 25 Мбайт и расположенная непосредственно в процессоре, быстрая память ОЗУ, работающей на частоте до 2400 МГц, а также до 4 дискретных графических карт.

Новые процессоры серии Extreme Edition позволяют работать сразу в нескольких требовательных к вычислительным ресурсам приложениях без заметного снижения производительности системы. Вместе с новыми процессорами, содержащими до 10 ядер (20 вычислительных потоков), можно легко создавать видео с разрешением 4K или монтировать панорамные кадры с углом обзора 360 градусов, обрабатывать фотографии или записывать высококачественную музыку на настольном ПК.

Среди уникальных функций новинки стоит отметить возможность оверклокинга каждого ядра в отдельности, управление коэффициентом AVX для повышения стабильности системы, а также управление напряжением VccU, для тонкой настройки питания процессора в экстремальных сценариях. В сочетании с такими инструментами, как Intel Extreme Tuning Utility (Intel XTU) и Intel Extreme Memory Profile (Intel XMP) профессионалы и любители оверклокинга смогут достичь на новых процессорах еще большего уровня производительности.

В следующей части  данной статьи – о параметрах процессоров семейства Core i7 Extreme Edition и некоторых разработках, представленных на мероприятии.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Значительная часть полупроводниковых элементов задействованы в графических средствах, занимающих около 30 процентов площади кристалла. В новом дизайне реализовано существенно большее число универсальных исполнительных блоков по сравнению с предшественником, например, их количество может доходить до 40 штук. Это позволяет в большинстве задач обойтись встроенными средствами графики, отказавшись от видеокарт на дискретных элементах.

К слову сказать, динамическое изменение тактовых частот касается не только процессорных ядер, но и встроенных графических средств. При этом повышение частоты реализовано не только для Intel Core i7 / Core i5, но и для Intel Core i3.    

Из других важных особенностей процессоров Intel Core 4-го поколения следует отметить, что их полупроводниковые кристаллы переместилась значительная часть схемы преобразователя питания процессора. Это способствует увеличению устойчивости работы системы и упрощению дизайна материнских плат, связанных с преобразователями энергопитания.

А еще новые процессоры требуют разъема LGA1150. Таким образом, при переходе на процессоры Intel Core 4-го поколения требуется покупка новых материнских плат. Для поддержки процессоров компания Intel выпустила однокомпонентные чипсеты, самыми распространенными из которых являются Intel Z87, Intel H87.
   

>>    Часть 1
      

Евгений Рудометов 
 

В соответствии с ранее озвученными планами компания Intel в этом году выпустила очередное поколение процессоров. Эти процессоры, созданные по технологии 22 нм, являются представителями уже четвертого поколения Intel Core. Их основой является новая микроархитектура, получившая наименование Haswell.

Положенные в основу очередной, пока еще новой, разработки принципы позволили создать высокопроизводительные изделия с низким энергопотреблением и теплообразованием. Конкретное позиционирование обеспечивается за счет изменения числа ядер,  поддерживаемых потоков, тактовых частот, объема кэш-памяти, а также встроенных в процессоры графических средств.

В названиях новых моделей сохранились привычные наименования Intel Core i7 / Core i5 / Core i3. В настоящее время на фирменном сайте Intel описаны:

•   7 моделей Intel Core i7,
• 13 моделей Intel Core i5,
•   5 моделей Intel Core i3.   

А для конфигураций компьютеров начального уровня выпущены модели Intel Pentium / Celeron.

Таблица 1. Процессоры Intel Core i3  4-го поколения

В наименованиях процессоров традиционно используются цифро-буквенные символы. Процессоры четвертого поколения Intel Core получили цифру «4» в цифровом индексе полного наименования. При этом, как и у предшественников, в цифро-буквенных наименованиях используются специальные суффиксы. Так, например, «К» в процессорах для настольных компьютеров указывает на разблокированный множитель (полезно для оверклокеров), «S» и «T» —  энергоэкономичные модели, «R» —   модели с высокопроизводительной графикой.

Как и у предшественника, по-прежнему по 32 Кбайт кэша инструкций и данных первого уровня (L1) вместе с 256 Кбайт кэша второго уровня (L2), имеется еще и кэш третьего уровня (L3).

С целью обеспечения высоких уровней производительности в процессорах, относящихся к 4-му поколению Intel Core и известных под наименованием Haswell, сохранилась поддержка основных технологий, обеспечивающих высокие уровни производительности.

Сохранилась поддержка технологии Intel Hyper-Threading. Ее использование позволяет удвоить число одновременно обрабатываемых потоков, что для большинства программ означает удвоение числа ядер с соответствующим увеличением производительности.

А для процессоров Intel Core 5 и Intel Core 7 сохранилась поддержка технологии Intel Turbo Boost. Как и в предыдущих разработках, в случае загрузки не всех процессорных ядер она обеспечивает автоматическое увеличение тактовой частоты работы тех из них, которые остаются активными.

В следующей части  данной статьи — о графических средствах и других особенностях.
   

>>    Часть 2
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Значительных изменений подверглась подсистема встроенной графики, поддерживающей DirectX 11.1. В новом дизайне реализовано существенно большее число универсальных исполнительных блоков по сравнению с предшественником, например, их количество может доходить до 40 штук, а у Ivy Bridge — до 16 штук.

Используя единый дизайн встроенной в процессор графической подсистемы, планируется выпустить несколько вариантов с условным обозначением четырех уровней производительности: GT1, GT2, GT3 и GT3e. При этом базовой версией является GT2 (официальное наименование Intel HD Graphics 4600) с 20 исполнительными блоками, начальная версия GT1 — 6 исполнительных блоков, максимальный вариант GT3 (официальное наименование Intel HD Graphics 5100 — Iris) предусматривает наличие 40 исполнительных блоков.

С применением перечисленных встроенных графических средств выпущены соответствующи процессоры для настольных систем.

А для высокопроизводительных игровых ноутбуков предназначена модификация GT3e, которая предусматривает наличие встроенной скоростной памяти eDRAM 128 Мбайт и шины 512 бит. Предполагается, что производительность такого решения будет соответствовать NVIDIA GeForce GT 650M.

Остается добавить, что в новинках, как и у предшественников, используется аппаратное ускорение для декодирования видео. При этом обеспечена поддержка видео в разрешении 4К (4096×2304, 4096×2160 и 3840×2160).

Основные характеристики нескольких моделей Intel Core i7 и Intel Core i5 4-го поколения для настольных систем приведены в таблице 1.

Таблица 1. Процессоры Intel Core i7 и Intel Core i7 4-го поколения

Из других важных особенностей необходимо отметить, что новый процессор требует и нового разъема LGA1150, а это означает необходимость новых материнских плат.

В следующей части  данной статьи — о чипсетах, производительности и разгоне .
   

>>    Часть 5
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

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

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

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

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Материнская плата GA-Z77X-UP7 компании Gigabyte ориентирована на поддержку двух- и четырехъядерных процессоров Intel Core второго и третьего поколений в исполнении LGA1155 (32- и 22-нм техпроцесс соответственно) .

Двухканальная подсистема оперативной памяти материнской платы GA-Z77X-UP7 представлена четырьмя слотами для модулей DIMM DDR3-1600/1333/1066 МГц без коррекции ошибок (non-ECC), в режиме разгона — до DDR3-2800 МГц.

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

Оценивая особенности GA-Z77X-UP7, необходимо подчеркнуть, что  инженеры Gigabyte реализовали на плате несколько разъемов PCI Express x16 (рис. 4).

Рис. 4.  Видеоподсистема материнской платы GA-Z77X-UP7

Эти разъемы предусматривают возможность организовать видеорежимы NVIDIA 4-Way SLI или ATI CrossFireX для четырех графических плат, участвующих в формировании одного изображения. Это значительно увеличивает производительность видеоподсистемы, а, следовательно, сокращает время обработки и вывода генерируемых видеоданных.

Дисковая подсистема, в рамках характеристик чипсета Intel Z77, представлена тремя портами SATA 3 Гбит/с и двумя портами SATA 6 Гбит/с.

Средствами дополнительных микросхем число портов SATA 3 Гбит/с и SATA 6 Гбит/с на GA-Z77X-UP7 увеличено. При этом один из портов — mSATA 3 Гбит/с предназначен для миниатюрного модуля mSSD, устанавливаемого в специальный разъем и увеличивающего скорость работы системы. Накопители mSATA просты в установке, занимают мало места, мало потребляют и не требуют лишних кабелей.  

Кроме того, можно воспользоваться и функциями RAID, организовав режимы 0, 1, 5 или 0+1 (10). Это расширяет возможности дисковой подсистемы, обеспечивая повышение  скорости ее работы и/или повышение надежности.

Для повышения надежности работы и дополнительной защиты от сбоев и вирусов в архитектуре GA-Z77X-UP7 реализована технология DualBIOS, предусматривающая применение двух микросхем BIOS.

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

Для реализации звуковых возможностей компьютерной системы в архитектуре GA-Z77X-UP7 применен качественный аудиокодек Realtek ALC898 стандарта High Definition Audio. Он поддерживает до восьми звуковых каналов при высоком соотношении сигнал/шум.

Тема архитектуры материнской платы плата GA-Z77X-UP7 продолжена  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Внешний вид материнской платы плата GA-Z77X-UP7 представлен на рис. 2, разъемы – рис. 3.

Основные параметры данной платы приведены в таблице 1.

Рис. 2.  Материнская плата GA-Z77X-UP7

Рис. 3.  Внешние разъемы GA-Z77X-UP7

Таблица 1. Основные параметры GA-Z77X-UP7 

Подробности архитектуры материнской платы плата GA-Z77X-UP7 —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Для современных настольных компьютеров компания Intel выпускает в настоящее время процессоры микроархитектуры Intel Core третьего поколения, изготавливаемые с использованием 22 нм техпроцесса. Основанные на разъеме LGA1155, эти процессоры имеют до четырех процессорных ядер и до 8 Мбайт кэш-памяти третьего уровня, при этом у старших моделей предусмотрен еще и автоматический подъем частоты, а соответственно, и общей производительности компьютеров в целом.

Для поддержки данных процессоров компания Intel выпустила нескольких чипсетов седьмой серии, ориентированных на разные сегменты рынка. Старшим среди них является Intel Z77 Express (Intel Z77).

Из важнейших особенностей чипсета Intel Z77 следует отметить поддержку всех процессоров на ядрах Sandy Bridge и Ivy Bridge, подключаемых посредством шины DMI 2.0 с пропускной способностью 4 Гбайт/с. Возможны конфигурации PCI Express 3.0: x16 / x8 + x8 / x8 + x4 (+ x4). Количество портов PCI Express 2.0 — 8, портов SATA — 6, из которых два — SATA 6Gb/s (SATA600), обеспечена поддержка RAID. Портов USB для подключения периферийных устройств — 14, из них USB 3.0 — 4.

На основе чипсетов данной серии все основные производители материнских плат объявили о выпуске соответствующих изделий. Среди них и компания Gigabyte, представившая соответствующую серию материнских плат (Z77-серия).

Старшим представителем данной линейки в настоящий момент является материнская плата GA-Z77X-UP7, созданная на основе чипсета Intel Z77. Данное изделие обладает широким набором функциональных возможностей и относится к изделиям верхнего уровня (High End).

Комплект (рис. 1) материнской платы GA-Z77X-UP7 состоит из следующих компонентов:

• материнская плата GA-Z77X-UP7,
• заглушка секции портов ввода/вывода (I/O-шильд),
• шесть Serial ATA кабелей;
• документация,
• выносная планка с разъемом eSATA,
• перемычка 2-Way SLI,
• перемычка 3-Way SLI,
• перемычка 4-Way SLI,
• перемычка 2-Way CrossFireX,
• комплект Wi-Fi/Bluetooth.

Комплект Wi-Fi/Bluetooth состоит из следующих компонентов:

• PCI-E плата расширения Gigabyte GC-WB300D  Wi-Fi/Bluetooth,
• две антенны Wi-Fi,
• соединительный кабель USB 2.0,
• DVD с программным обеспечением и драйверами,
• руководство с инструкциями по установке и настройке.

Рис. 1. Комплект материнской платы GA-Z77X-UP7

Внешний вид материнской платы плата GA-Z77X-UP7 и ее основные параметры представлены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 7 
  

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 1  

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 6 
  

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

В следующей части  данной статьи — небольшое заключение.
    

>>    Часть 8  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 5 
  

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

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

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

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

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

Рис. 7.  Архитектура компьютерной системы с чипсетом Intel Z77

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 7  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 4 
  

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 6.  Процессор Intel Core i7 в упаковке

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

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

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

• 16х,
• 8x + 8x,
• 8x + 4x + 4x.

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

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

>>    Часть 6  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

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

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

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

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

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

Рис. 5.  Кристалл четырехъядерного процессора Ivy Bridge

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

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

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

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 5  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 4.  Процессор Intel Core 3-го поколения

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

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

>>    Часть 4  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 2.  Структура транзистора с трехмерной структурой затвора

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

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

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

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

>>    Часть 3  
      

Евгений Рудометов 
 

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

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

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

• настольных,
• мобильных,
• серверов.

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

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

Рис. 1.  Эволюция техпроцессов и микроархитектур

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

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

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

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

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

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

• Intel Pentium,
• Intel Celeron.

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

>>    Часть 2  
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

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

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

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

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

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

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

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

Таблица 1. Основные параметры Gigabyte GA-Z77X-UD5H

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

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 3 
  

Материнская плата G1.Sniper 3, входящая в линейку изделий Gigabyte 7-серии, ориентирована на сектор настольных игровых персональных компьютеров.

Эта высокопроизводительная и многофункциональная материнская плата создана на основе новейшего чипсета Intel Z77.

Она осуществляет поддержку современных процессоров LGA1155 микроархитектуры Intel Core, созданных по технологиям 22 и 32 нм, а также модулей оперативной памяти DDR3 1600, устанавливаемых в четыре слота (4 DIMM) двух каналов подсистемы оперативной памяти.

Основные характеристики данной игровой материнской платы G1.Sniper 3:

• Дискретное видео — 4 слота конструктива PCI Express 3.0 X16 с поддержкой 3 way SLI + 4 way CrossFireX,
• Диски — 4*SATA2 + 4*SATA3 + 2*eSATA3,
• Аудио — Creative Sound Core 3D,
• Сеть — Bigfoot E2201 + Intel 82579V,
• USB — 10* USB3.0 + 4*USB2.0,
• Видео-разъемы — HDMI/DVI/RGB/DP,
• Энергопитание — 12 фаз,
• Форм-факторсATX (305 x 244 мм).

Оценивая параметры материнской платы G1.Sniper 3, кратко описанной выше, необходимо отметить, что в рамках линейки игровых плат разработан еще и сравнительно упрощенный вариант, выполненный в формата mATX (244×244 мм).

Этот упрощенный вариант игровой материнской платы, также входящий в линейку плат 7-серии, получил наименование G1.Sniper M3.

Данное изделие отличается от G1.Sniper 3 рядом характеристик. Так, например, у материнской платы G1.Sniper M3: 

• Видеоподсистема имеет не четыре, как у материнской платы G1.Sniper 3, а три видеослота конструктива PCI Express 3.0 X16,
• Диски — 2*SATA3 + 4*SATA3 (1*eSATA),
• USB — 4*USB3.0 + 8*USB2.0.

Рис. 7.  Материнские платы G1.Sniper 3  и  G1.Sniper M3 

Конечно, кроме материнских плат, предназначенных для сравнительно мощных игровых настольных компьютеров, в линейку изделий 7-серии входит сравнительно большое количество моделей, созданных для решения широкой гаммы самых разных задач (от офисных до мультимедийных).

Эти модели материнских плат отличаются от игровых плат и друг от друга архитектурой, функциональными возможностями, комплектацией и, конечно, ценой.

В следующей части  данной статьи приведены примеры таких моделей материнских плат, о выпуске которых объявила компания Gigabyte.
    

>>    Часть 5 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Увеличению производительности ПК способствует и поддержка шинного интерфейса PCI Express 3.0. Очередная, на этот раз уже третья версия технологии PCI Express предоставляет максимальную пропускную способность новым дискретным видеоадаптерам и PCIe SSD. При этом обеспечена примерно, удвоенная пропускная способность (рис. 5).

Рис. 5.  Пропускная способность интерфейсов PCI Express 2.0 и PCI Express 3.0

А еще материнские платы Gigabyte 7-й серии комплектуются эксклюзивной утилитой EZ Setup, предоставляющей пользователям очень простой доступ к новейшим технологиям Intel, которые позволят повысить быстродействие ПК .

С утилитой EZ Setup пользователь сможет воспользоваться тремя ‘EZ’ инсталляторами которые быстро установят и настроят следующие ключевые технологии Intel:

• Intel Smart Response,
• Intel Rapid Start,
• Intel Smart Connect.

Внесены инновации и в конструкции материнских плат. Так, например, в добавление к преимуществам Ultra Durable 3 компания анонсировала комплекс мер, получивших наименование Ultra Durable 4 Classic и направленных на дальнейшее улучшение характеристик:

• Только твердотельные конденсаторы,
• Новое стекловолокно в печатных платах,
• Транзисторы в преобразователях энергопитания (транзисторы MOSFET) с низким сопротивлением канала в открытом состоянием (RDS (on)),
• Микросхемы с усиленной защитой от повреждения статическим электричеством,
• Технология DualBIOS,
• Защита от перепадов напряжения.

А еще для ряда моделей расширена комплектация за счет добавления модулей Gigabyte Bluetooth 4.0 + WiFi, представленных PCIe-платой расширения. Эта плата обеспечивает взаимодействие ПК с внешними устройствами средствами беспроводных интерфейсов Bluetooth 4.0 и IEEE 802.11 a/b/g/n.

Рис. 6.  Модуль Gigabyte Bluetooth 4.0 + WiFi

Данной платой комплектуются расширенные варианты следующих моделей:

• G1.Sniper 3,
• GA-Z77X-UD5H WIFI,
• GA-Z77X-UD3H WIFI

Некоторые подробности об архитектуре нескольких моделей материнских плат 7-серии —  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Оценивая достоинства перспективных инноваций, реализованных в материнских платах Gigabyte 7-серии (серии Z77), необходимо подчеркнуть, что конструкторы уделили большое внимание вопросам настройки и контроля.

Технология тонкой настройки M.I.T. дает доступ ко всем параметрам платы, а также настройке нового модуля питания 3D Power engine.

3D Power — это интерактивная утилита дающая доступ к настройкам и мониторингу напряжения, фазы и частоты.

Пользователь может воспользоваться настройками этих параметров в реальном времени, что обеспечивает контроль и тонкую настройку ключевых параметров для достижения высокой стабильности, производительности и устойчивой работы системы в режиме Overclocking.

В материнских платах Gigabyte серии Z77 используются преимущества эксклюзивного модуля питания All Digital Engine для обеспечения максимального питания мощных процессоров. Применение цифровых контроллеров позволяет обеспечить более точную и своевременную подачу энергии на наиболее энергоемкие и чувствительные к качеству питания компоненты системы. Индивидуальные цифровые контроллеры питания используются для ядер процессора, интегрированной графики, контроллера памяти и самой оперативной памяти.

Для повышения производительности ПК в материнских платах реализованы ряд специальных разработок.

Увеличить скорость работы системы можно за счет использования, например, специального миниатюрного модуля mSSD, устанавливаемого в специальный разъем (рис. 3)

Рис. 3.  Разъем и модуль mSSD

Накопители mSATA просты в установке, занимают мало места, мало потребляют и не требуют лишних кабелей, что актуально для компактных ПК.

Часть из разработок направлена на увеличение возможностей видеоподсистемы. Благодаря реализованной технологии Lucid Virtu обеспечиваются: быстрый отклик, улучшенная обработка видео и плавное воспроизведение при минимальных энергозатратах. Указанная функция позволяет пользователям динамически переключаться между интегрированным видеоадаптером и мощной дискретной видеокартой в зависимости от нагрузки (рис. 4).

Рис. 4.  Динамическое переключение интегрированных и дискретных видеосредств

Тема повышения производительности компьютерных систем с помощью аппаратно-программных средств, реализованных в материнских платах 7-серии, продолжена  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 3