Евгений Рудометов 

Часть 2

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 1 

Сокращенные версии статьи: 

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

Евгений Рудометов 

Часть 1

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

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

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

Совместимость устройств и флеш-карт MicroSD, MicroSDHC, MicroSDXС

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

О надежности твердотельных дисков —  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

Часть 1 
  

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

Основные компоненты, использованные в исследуемой системе:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Результаты тестирования дисковой подсистемы  рассмотрены  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 3 
      

Виктор   Рудометов 
Евгений Рудометов 
 

Роутер (маршрутизатор) ASUS RT-AX89X поддерживает бспроводные сети спецификации IEEE 802.11ax (данный вариант получил наименование Wi-Fi 6 или WiFi 6). Устройство является двудиапазонным и способно работать в диапазонах 5 ГГц и 2,4 ГГц. Обеспечивает очень высокие значения пропускной способности: 4804 Мбит/с в диапазоне 5 ГГц и 1148 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц. Тщательно спроектированная конструкция, созданная на основе  высокопроизводительных элементов и снабженная восемью антеннами, обеспечивает прекрасное покрытие и одновременное подключение множества устройств (MU-MIMO и OFDMA). Существует возможность настроить до 6 гостевых WiFi сетей с различными ограничениями. Роутер имеет 10-гигабитные RJ45 и SFP+ порты с возможностью перераспределения нагрузки и обеспечения повышенной отказоустойчивости (Failover и Load Balance), 8 гигабитных портов с поддержкой Link Aggregation, 2 порта USB 3.1 для подключения внешних устройств. Поддерживаются интеллектуальный анализ и фильтрация трафика, фаервол, родительский контроль, VPN, WPA3 и многое другое.

Комплектация ASUS RT-AX89X включает все необходимое для настройки и эксплуатации (рис. 1):

• упаковочная коробка,
• сам роутер,
• блок питания на 65 Вт,
• набор кабелей,
• документация.

Рис. 1. Комплект ASUS RT-AX89X
           (кликнуть мышью для увеличения картинок)

ASUS RT-AX89X выглядит современно и стильно (рис. 2). Круглый корпус из серого пластика и 8 складывающихся антенн придают роутеру даже изысканный вид. По периметру данного устройства располагаются порты, кнопки и индикаторы состояния, снизу и сверху имеются вентиляционные отверстия для охлаждения.

Рис. 2. Внешний вид ASUS RT-AX89X
           (кликнуть мышью для увеличения картинок)

В данном роутере реализованы самые передовые современные технологии и элементы, а программная составляющая прекрасно реализует его значительные аппаратные возможности.

Основой роутера является 4-ядерный процессор с частотой 2.2 ГГц, 256 Мбайт флеш и 1 Гбайт оперативной памяти. Для охлаждения внутренних компонентов используется встроенный вентилятор, шум от которого почти незаметен. При необходимости скорость вентилятора можно регулировать через программное обеспечение вплоть до полного выключения.

В следующей части  данной статьи рассмотрены интерфейсы и технологии, реализованные в конструкции ASUS RT-AX89X.
  

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

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

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

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

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

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

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

Таблица 1.  Основные характеристики SSD P2 500GB

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

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

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

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

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

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

Для решений широкого спектра использования — от настольных ПК до ноутбуков компания Intel предлагает твердотельные накопители (SSD) серии 760p. В настоящее время эта серия состоит из моделей с информационным объемом следующих значений: 128, 256, 512, 1024, 2048 Гбайт.

Данные накопители выполнены в конструктиве M.2 2280, используют интерфейс PCIe Gen3 x4 с протоколом NVMe, созданы на основе 64-слойной флэш-памяти TLC 3D NAND, что обеспечивает хранение трех бит в каждой ячейке массива флэш-памяти накопителя. При этом все модели характеризуются высокими скоростными параметрами, а также высокими показателями надежности и ресурсов записи. По мнению производителя, накопители серии 760p оптимальны для широкого спектра задач, выполняемых на компьютерных системах потребительского класса, снабженных слотами, поддерживающими PCI NVMe 3.1×4.

Возможности накопителей серии 760p можно оценить на примере старшей модели SSD, имеющей информационный объем 2 Тбайт: “Intel SSD 760p Series 2.048TB”. Модель получила техническое наименование SSDPEKKW020T8 (далее — SSD 760p 2TB).

Комплект SSD 760p 2TB поставляется в красочной коробке (рис. 1) с указанным на ее поверхности рядом характеристик накопителя. Сам накопитель дополнительно упакован в пластиковый контейнер (рис. 2) и картон, что обеспечивает его защиту.

Рис. 1.  Комплект SSD 760p 2TB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 2.  SSD 760p 2TB в пластиковом контейнере
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Внешний вид накопителя представлен на рис. 3, основные характеристики, официально объявленные производителем, приведены в таблице 1.

Рис. 3.  Внешний вид, лицевая и обратная стороны SSD 760p 2TB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1.  Основные характеристики SSD 760p 2TB

Накопитель SSD 760P 2TB выполнен в сверхкомпактном форм-факторе M.2, обладает очень малыми размерами, составляющими 80,0 × 22,0 мм. Выпущен в бескорпусном варианте с двухсторонним монтажом элементов на плате из стеклотекстолита, окрашенного в черный цвет (рис. 3). Ряд технических и эксплуатационных характеристик приводится на этикетке (рис. 4), наклеенной на лицевой стороне поверх электронных элементов (рис. 3).

Рис. 4.  Этикетка SSD 760p 2TB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Обычно для большинства пользователей, кроме информационной емкости, наиболее важны показатели надежности и скоростные параметры. Из данных, объявленных производителем, следует, что, например, показатель MTBF (Mean Time Between Failures — время наработки на отказ) составляет 1,6 млн часов, а показатель TBW (Total Bytes Written — общее количество байт, которое может быть записано на накопитель) — 576 Тбайт. Это эквивалентно регулярной записи примерно 315 Гбайт данных в день в течение установленного гарантийного срока, который для этого 2-терабайтного накопителя составляет 5 лет. К слову сказать, 576 Тбайт — объем гарантированный производителем. Оценивая это значение, кстати, довольно значительное, следует учитывать, что обычно у SSD от известных брендов фактическая износоустойчивость значительно выше (нередко “в разы”). Что же касается скоростных возможностей, то они приведены в таблице 1, и они очень высокие, особенно, если сравнивать с SATA-моделями SSD и HDD. Необходимо отметить, что для передачи компьютерных данных архитектурой описываемого накопителя резервируются 4 линии PCI Express Gen3.

Реальные емкостные и скоростные возможности твердотельного накопителя SSD 760P 2TB, созданного компанией Intel, были оценены в процессе проведенного тестирования с использованием популярных программных инструментов.

Особенности тестовой системы и результаты тестирования SSD 760P 2TB (SSDPEKKW020T8) рассмотрены  в следующей части  данной статьи. 

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

Десятое поколение мини-ПК Intel NUC (Next Unit of Computing) в настоящее время представлено двумя группами изделий: двенадцатью наборами (kit), требующими своего доукомплектования силами пользователей, и восьмью моделями мини-ПК, полностью готовыми к работе. Первые получили наименование “Intel NUC 10 Performance kit”, вторые — “Intel NUC 10 Performance Mini PC”.

Одним из представителей полностью укомплектованных и готовых к работе устройств из “Intel NUC 10 Performance Mini PC” является модель Intel NUC10i5FNKPA2 (символ “2″ в наименовании, как и раньше, означает наличие в комплекте блока питания, снабженного силовым кабелем с вилкой европейского стандарта, эта вилка совместима с розетками российского стандарта). Устройство поставляется в жесткой картонной коробке.

            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Комплект указанной модели мини-ПК включает:

• мини-ПК Intel NUC10i5FNKPA2 (далее — мини-ПК Intel NUC10i5FNK),
• блок питания мини-ПК от сети переменного тока (модель HKA09019047-6U с входным напряжением 100-240В, выходным напряжением 19В, выходным током до 4,74А), снабженный кабелем с вилкой европейского стандарта,
• запасной столбик для крепления M.2 SSD,
• документация с кратким описанием подключения и безопасного использования мини-ПК, а также описание стандартов и материалов.

Рис. 1. Мини-ПК NUC10i5FNK
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В дополнение к приведенному комплекту производитель разместил на своих сайтах еще и вспомогательное ПО и файлы с подробным описанием архитектуры моделей NUC10 и рекомендации по их настройке.

Возвращаясь к использованным в мини-ПК Intel NUC10i5FNK элементам, необходимо отметить, что применение энергоэкономичного процессора Intel Core i5-10210U, дополненного соответствующими электронными компонентами, позволило создать очень компактный компьютер.

Использованный процессор характеризуется сравнительно высокой производительностью и функциональностью. Их достаточно для решения широкого круга самых разных задач. Основные параметры Intel Core i5-10210U приведены в таблице 1.

Таблица 1.  Основные параметры Intel Core i5-10210U

Функциональные возможности мини-ПК Intel NUC10i5FNK реализованы с помощью специально разработанной для данного устройства материнской платы NUC10i5FNB форм-фактора UCFF (4.0″ × 4.0″) с использованием соответствующих комплектующих.

В данном компьютере используются видеосредства Intel UHD Graphics, встроенные в процессор Intel Core i5-10210U. Эти средства поддерживают:

• Видео HD для Blu-ray,­­
• Direct3D 2015/11.2/11.1/9/10, Direct2D, OpenCL 1.2/2.0/2.1/4.5,
• Аппаратное ускорение декодирования Full AVC/VC1/MPEG2/HEVC/VP8/VP9/JPEG,
• Аппаратное ускорение кодирования Full AVC/MPEG2/HEVC/VP8/JPEG.

Видеопоток передается как через HDMI (через LSPCON — MegaChips MCDP2800-BCT DisplayPort 1.2a to HDMI 2.0b Level Shifter/Protocol Converter) с максимальным разрешением 4096 х 2160 @ 60 Hz, 24bpp, так и через USB Type C (совместим с DisplayPort 1.2) с максимальным разрешением 4096 х 2304 @ 60 Hz, 24bpp. Из приведенных значений следует, что графические средства обеспечивают поддержку видеоконтента 4К. Поддерживается до трех дисплеев.

Оперативная память представлена двумя SO-DIMM DDR4-2666 по 4GB (модель Kingston KVR26S19S6/4). Общий объем составляет 8GB, но имеется возможность расширения до 64GB.

Поддерживаются проводные и беспроводные интерфейсы.

Функциональная схема мини-ПК Intel NUC10i5FNK представлена на рис. 2, технические характеристики — в таблице 2.

Рис. 2. Функциональная схема мини-ПК NUC10i5FNK
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 2.  Технические характеристики Intel NUC10i5FNK

В тестируемом варианте мини-ПК Intel NUC10i5FNK энергонезависимое хранение информации осуществляет накопитель M.2 SSD 256GB (модель Kingstone U-SNS8154P3/256GJ).

Что же касается результатов тестирования мини-ПК Intel NUC10i5FNK, то они приведены далее.

Конфигурация исследуемой системы и результаты проведенного тестирования рассмотрены  в следующей части  данной статьи.

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

В мини-ПК NUC10i5FNK использован процессор Intel Core i5-10210U, являющийся представителем десятого поколения Intel Core, кодовое наименование семейства и микроархитектуры — Comet Lake. Он относится к моделям с предельно низкими уровнями энергопотребления, а, следовательно, и теплообразования. Несмотря на то, что процессор имеет в своем составе 4 ядра, его расчетная мощность (TDP) составляет всего 15 Вт. Однако соответствующей настройкой величина TDP может быть как уменьшена до значения в 10 Вт, так и увеличена до 25 Вт. Внешний вид процессора Comet Lake U приведен на рис. 3, основные параметры Intel Core i5-10210U — в таблице 1.

Использование энергоэкономичного 4-ядерного процессора Intel Core i5-10210U позволило создать компактный компьютер, который характеризуется сравнительно высокой производительностью и функциональностью. Его возможностей достаточно для решения широкого круга самых разных задач.

Рис. 3. Процессор Intel Comet Lake U

Таблица 1. Основные параметры Intel Core i5-10210U

Для компактных систем, созданных на основе мобильных процессоров десятого поколения с предельно низкими уровнями энергопотребления и теплообразования (процессоры семейства U/Y), производитель как обычно, предлагает и соответствующие платформы. Пример такой платформы приведен на рис. 4.

Рис. 4. Структура платформы с процессором десятого поколения
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Большинство функциональных возможностей указанной платформы реализованы в мини-ПК Intel NUC10i5FNKPA с помощью специально разработанной для данного устройства материнской платы NUC10i5FNB форм-фактора UCFF (4.0″ × 4.0″) с использованием соответствующих комплектующих. Функциональная схема представлена на рис. 5.

Рис. 5. Функциональная схема мини-ПК NUC10i5FNK
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

В мини-ПК Intel NUC10i5FNK видеофункции обеспечивает встроенные в процессор видеосредства Intel UHD Graphics. Видеопоток передается как через HDMI с максимальным разрешением 4096 х 2160 @ 60 Hz, 24bpp, так и через USB Type C (совместим с DisplayPort 1.2) с максимальным разрешением 4096 х 2304 @ 60 Hz, 24bpp. Из приведенных значений следует, что графические средства обеспечивают поддержку видеоконтента 4К. Поддерживается до трех дисплеев.

Подсистема оперативной памяти представлена двумя слотами с подключением до двух модулей SO-DIMM DDR4 с максимальным объемом 64 Гбайт.

Интерфейсные возможности представлены как проводными, так и беспроводными средствами.

Связь с периферийными устройствами может осуществляться через порты USB 3.1 Gen. 2 Type A и USB 3.1 Gen. 2 Type C. Кроме того, имеется возможность использования USB 2.0 с разъемами на плате, а также CIR (Consumer Infrared).

В следующей части  данной статьи рассмотрены топология материнской платы Intel NUC10i5FNB и элементы интерфейсов, приведены основные характеристики мини-ПК Intel NUC10i5FNKPA.
  

>>    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.
    

Евгений Рудометов 
 

Отличительной особенностью новейших мини-ПК Intel NUC с кодовым наименованием Islay Canyon является наличие видеоадаптеров, выполненных на дискретных элементах, хотя используемые в архитектуре данных четырех изделий мобильные процессоры традиционно уже имеют в своем составе интегрированные видеосредства. Указанные компьютерные устройства, созданные на основе процессоров Intel Core i5-8265U и Intel Core i7-8565U, получили общее наименование Intel NUC 8 Mainstream-G mini PC. Два из четырех — наборы, два других — полностью укомплектованные системные блоки (мини-ПК), включая наличие всех необходимых архитектурных компонентов. Кроме процессоров и видеоадаптеров, к ним относятся:

• микросхемы оперативной памяти, уже распаянные на материнских платах,
• накопители информации, представленные в разных вариантах и сочетаниях 2,5″ HDD, 2,5″ 3D NAND SSD, M.2 3D NAND SSD, M.2 Intel Optane Memory,
• предустановленная операционная система (ОС) Microsoft Windows 10 Home с драйверами и необходимыми программами поддержки.

В качестве примера готовых к работе мини-ПК из указанного подмножества новейших мини-ПК Intel NUC можно привести модель Intel NUC8i7INHJA2 (символ “2″ в наименовании означает наличие в комплекте блока питания, снабженного силовым кабелем с вилкой европейского стандарта, эта вилка совместима с розетками российского стандарта). Устройство поставляется в жесткой картонной коробке.

Комплект указанной модели мини-ПК включает:

• мини-ПК Intel NUC8i7INHJA2 (далее — мини-ПК Intel NUC8i7INH),
• блок питания мини-ПК от сети переменного тока (модель PA-1900-32 с входным напряжением 100-240В, выходным напряжением 19В, выходной током до 4,74А), снабженный кабелем с вилкой европейского стандарта,
• элементы крепления к задней панели монитора/TB-премника для создания моноблока,

Документация с кратким описанием подключения и безопасного использования мини-ПК, а также описание стандартов и материалов.

Рис. 1. Мини-ПК NUC8i7INH
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Использование энергоэкономичного процессора Intel Core i7-8565U позволило создать компактный компьютер, который характеризуется сравнительно высокой производительностью и функциональностью, что достаточно для решения широкого круга самых разных задач. Основные параметры процессора Intel Core i7-8565U приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные параметры Intel Core i7-8565U

Функциональные возможности мини-ПК Intel NUC8i7INH реализованы с помощью специально разработанной для данного устройства материнской платы NUC8i7INB форм-фактора UCFF (4.0″ × 4.0″) с использованием соответствующих комплектующих.

В данном компьютере используется видеоадаптер AMD Radeon 540X (архитектура Polaris) с 2GB GDDR5. Эта карта поддерживает:

• Видео HDR и MVC для Blu-ray 3D,
• DirectX 9.3/10/11.3/12, OpenCL 2.0, OpenGL 4.5,
• Аппаратное декодирование H.264, HEVC, VC-1, MPEG-4, MPEG-2, MVC,
• AC-3, MPEG1, MP3 (MPEG1 layer 3), MPEG2, AAC, DTS, ATRAC, Dolby Digital+, WMA Pro, DTS-HD,
• GDDR5 DRAM,
• HDMI (до 3840 х 2160 @ 60Hz, 24bpp),
• Mini DisplayPort (mDP, до 3840 х 2160 @ 60Hz, 24bpp).

Оперативная память представлена распаянными на материнской плате микросхемами LPDDR3 2133 общим объемом 8GB. Это упрощает конструкцию, но исключает возможность расширения объема оперативной памяти.

Поддерживаются проводные и беспроводные интерфейсы.

Функциональная схема мини-ПК Intel NUC8i7INH представлена на рис. 2, технические характенистики — в таблице 2.

Рис. 2. Функциональная схема мини-ПК NUC8i7INH
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 2. Технические характеристики Intel NUC8i7INH

В тестируемом варианте мини-ПК Intel NUC8i7INН энергонезависимое хранение информации осуществляет 2,5-дюймовый накопитель Seagate Video 2.5 HDD 1TB (модель ST1000VT001). Сравнительно невысокие скоростные характеристики этого HDD призван улучшить устанавливаемый в разъем M.2 комплектный модуль Intel Optane Memory серии M10. Его емкость — 16 Гбайт (модель MEMPEK1J016GA). Этот модуль обладает лучшими параметрами по сравнению со своим предшественником, который применялся в мини-ПК предыдущего поколения.

Что же касается результатов тестирования мини-ПК Intel NUC8i7INН, то они приведены далее.

Конфигурация исследуемой системы и результаты проведенного тестирования рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
  

>>    Часть 2 
       

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

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

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

Рис. 3. Процессор Intel Core i7 восьмого поколения

Таблица 1. Основные параметры Intel Core i7-8565U

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Для подсистем хранения информации, используемых в решениях широкого спектра использования — от настольных ПК до ноутбуков, компания Intel предлагает твердотельные накопители (SSD) серии 760p. Данные накопители выполнены в конструктиве M.2 2280, используют интерфейс PCIe Gen3 x4 с протоколом NVMe, созданы на основе 64-слойной флэш-памяти TLC 3D NAND, что обеспечивает хранение трех бит в каждой ячейке массива флэш-памяти накопителя.

Рис. 1.  Эволюция технологий от SLC к TLC

Использование технологии TLC обеспечивает хранение в каждой ячейке флэш-памяти трех битов, что достигается восемью уровнями напряжения. Это по сравнению с предыдущей технологией MLC с двумя битами в каждой ячейке (четыре уровня напряжения) значительно увеличивает плотность записи (на 50%, рис. 1) и способствует существенному уменьшению стоимости накопителей. Конечно, это снижает ресурс записи (примерно до 3000, рис. 1). Однако снижение ресурса компенсируется конструкторами SSD применением соответствующего встроенного программного обеспечения (прошивок), реализующего специальные алгоритмы работы и высокоэффективные коды обнаружения ошибок и восстановления информации (ECC). Остается добавить, что использование четырех линий шины PCI Express обеспечивает высокие показатели скоростей чтения и записи, превышающие показатели традиционных SSD SATA форм-факторов 2,5” и M.2, а также обеспечивает низкие значения задержек.

Указанные накопители серии 760p в настоящее время представлены пятью моделями с информационным объемом от 128 до 2048 Гбайт. Рекомендуемой областью их применения являются клиентские стационарные и портативные компьютеры, архитектура которых поддерживает накопители M.2 2280 с интерфейсом PCIe Gen3 x4 и протоколом NVMe. Благодаря высоким скоростным параметрам указанные накопители сокращают время обработки информации. По мнению производителя, они оптимальны для широкого спектра задач.

Возможности накопителей серии 760p можно оценить на примере одной из старших моделей SSD, имеющей информационный объем 1 Тбайт: Intel SSD 760p Series 1.024TB. Модель получила техническое наименование SSDPEKKW010T8 (далее — SSD 760p 1TB).

Внешний вид накопителя SSD 760p 1TB представлен на рис. 2, основные характеристики, официально объявленные производителем, приведены в таблице 1.

Рис. 2.  Внешний вид, лицевая и обратная стороны SSD 760p 1TB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1.  Основные характеристики SSD 760p 1TB

Накопитель SSD 760p 1TB выполнен в сверхкомпактном форм-факторе M.2, обладает очень малыми размерами, составляющими 80,0 × 22,0 мм. Выпущен в бескорпусном варианте с односторонним монтажом элементов на плате из стеклотекстолита, окрашенного в черный цвет (рис. 2). Ряд технических и эксплуатационных характеристик приводится на этикетке (рис. 3), наклеенной на лицевой стороне поверх электронных элементов (рис. 2).

Рис. 3.  Этикетка SSD 760p 1TB

Накопитель характеризуется высокими показателями надежности и износоустойчивости. Так, например, MTBF (Mean Time Between Failures — время наработки на отказ) составляет 1,6 млн часов, а показатель TBW (Total Bytes Written — общее количество байт, которое может быть записано на накопитель) — 576 Тбайт, что эквивалентно записи примерно 315 Гбайт данных в день в течение установленного гарантийного срока. Анонсированные производителем скоростные возможности приведены в таблице 1. Необходимо отметить, что для передачи компьютерных данных архитектурой накопителя резервируются 4 линии PCI Express Gen3. На указанный накопитель предоставляется 5-летняя гарантия.

Реальные емкостные и скоростные возможности твердотельного накопителя SSD 760p 1TB, созданного компанией Intel, были оценены в процессе тестирования.

Особенности тестовой системы и результаты тестирования SSD 760p 1TB (SSDPEKKW010T8) рассмотрены  в следующих частях  данной статьи.
  

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

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

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

Таблица 1.  Основные характеристики SSD P1 500GB

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

Рис. 4.  Этикетка SSD P1 500GB

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

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

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

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

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

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

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Компания Micron под принадлежащей ей маркой Crucial начала поставки твердотельных накопителей (SSD) форм-фактора M.2 2280. Используют интерфейс PCIe Gen3 x4 с протоколом NVMe. Созданы данные накопители на основе 64-слойной флэш-памяти QLC 3D NAND. Технология QLC обеспечивает хранение четырех бит в каждой ячейке массива флэш-памяти накопителя.

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

Использование QLC (четыре бита в ячейке) по сравнению с TLC (три бита в ячейке) увеличивает плотность записи на 33 %, что способствует уменьшению стоимости изделий. А снижение ресурса записи компенсируется применением соответствующего встроенного программного обеспечения (прошивок), реализующего специальные алгоритмы работы и высокоэффективные коды обнаружения ошибок и восстановления информации (ECC). Использование четырех линий шины PCI Express обеспечивает высокие показатели скоростей чтения и записи, превышающие показатели традиционных SSD SATA форм-факторов 2,5” и M.2, а также обеспечивает низкие значения задержек.

Указанные накопители в настоящее время представлены двумя моделями с показателями информационного объема 500 Гбайт и 1 Тбайт, однако объявлен выпуск и двухтерабайтной модели. Данные изделия объединены в единую серию под маркой Crucial P1.

Рекомендуемой областью применения накопителей серии Crucial P1 являются клиентские  стационарные и портативные компьютеры, архитектура которых поддерживает накопители M.2 2280 с интерфейсом PCIe Gen3 x4 и протоколом NVMe. Благодаря высоким скоростным параметрам указанные накопители сокращают время обработки информации. По мнению производителя, они оптимальны для широкого спектра задач, в частности, для игровых систем.

Возможности накопителей серии Crucial P1 можно оценить на примере младшей модели SSD, имеющей информационный объем 500 Гбайт (здесь 1 Гбайт = 1 000 000 000 байт): Crucial P1 500GB 3D NAND NVMe PCIe M.2 SSD. Модель получила техническое наименование CT500P1SSD8.

Эта модель (далее — SSD P1 500GB) поставляется в небольшой картонной коробке, на поверхности которой приведены некоторые характеристики указанного устройства. В комплекте, представленном на рис. 1, кроме SSD, помещенного в пластиковый контейнер, присутствует краткая инструкция по использованию накопителя. С сайта, адрес которого указан в инструкции, можно скачать программу Acronis True Image, обеспечивающую клонирование эксплуатируемого HDD/SSD, заменяемого на предлагаемый SSD.

На рис. 2 представлен комплект накопителя SSD P1 500GB и этот накопитель без пластикового контейнера.

Рис. 2.  Комплект SSD P1 500GB

Некоторые особенности архитектуры SSD P1 500GB (CT500P1SSD8) рассмотрены  в следующей части  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 2 
  

Внешний вид мини-ПК, созданного на основе Intel NUC7i7BNHX1, приведен на рис. 7 и рис. 8, технические параметры Intel NUC7i7BNHX1 — в таблице 4.

Рис. 7. Фронтальная сторона мини-ПК Intel NUC7i7BNHX1
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Рис. 8. Обратная сторона мини-ПК Intel NUC7i7BNHX1
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 4. Технические характеристики Intel NUC7i7BNHX1

На основе указанного комплекта пользователь может собрать компактный и многофункциональный мини-ПК. Для этого необходимо добавить модули оперативной памяти, накопитель HDD или SSD, а также установить на накопитель 64-разрядную операционную систему Windows 10 и необходимые драйверы. Уровень производительности данного мини-ПК в значительной степени определяется используемым процессором. Конечно, вычислительные возможности 2-ядерного ЦП уступают возможностям старших 4-ядерных моделей настольных процессоров. Тем не менее, уровень производительности Intel Core i7-7567U вполне достаточен для решения широкого круга задач, включая мультимедиа и большое количество игр, не требующих, предельных ресурсов. Оценки производительности нескольких моделей десктопных и мобильных процессоров приведены в таблице 5 (по тестам PassMark Software, численные оценки зависят от версии тестового пакета).

Таблица 5. Оценки производительности ЦП

Вычислительные возможности процессора Intel Core i7-7567U и потенциал его графической системы Intel Iris Plus 650 позволяют создавать, редактировать и просматривать файлы видео в формате 4К с частотой до 60 Гц. Более того, просмотр контента возможен на трех 4K-мониторах одновременно.

Комплектные высокоскоростные средства связи позволяют оперативно и легко встраивать данный мини-ПК в проводные и беспроводные сети. Наличие же интерфейса CIR позволяет организовать управление компьютером с пульта (приобретается отдельно). Это удобно в случае использования мини-ПК в качестве мультимедийного центра для работы с аудио и видео.

Необходимо еще отметить наличие в комплекте NUC7i7BNHX1 предустановленного модуля энергонезависимой памяти Intel Optane емкостью 16 Гбайт.

О модуле энергонезависимой памяти Intel Optane емкостью 16 Гбайт —  в заключительной части  данной статьи.
    

>>    Часть 4 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Большинство функциональных возможностей указанной платформы были реализованы в Intel NUC7i7BNHX1 с помощью специально разработанной для данного устройства материнской платы NUC7i7BNB форм-фактора UCFF (4″ × 4″), а также соответствующих комплектующих. Функциональная схема представлена на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема NUC7i7BNB
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Топология и основные элементы материнской платы NUC7i7BNB, расположенные на нижней ее стороне, являющейся, по сути, основной по насыщенности элементами, представлены на рис. 4 и в таблице 2.

Рис. 4. Элементы нижней стороны материнской платы NUC7i7BNB

Таблица 2. Основные элементы нижней стороны материнской платы

Верхняя сторона материнской платы NUC7i7BNB — на рис. 5 и в таблице 3.

Рис. 5. Элементы верхней стороны материнской платы NUC7i7BNB

Таблица 3. Основные элементы верхней стороны материнской платы

Размеры материнской платы NUC7i7BNB приведены на рис. 6.

Рис. 6. Размеры материнской платы NUC7i7BNB

Остается добавить, что внутренние разъемы допускают подключение одного миниатюрного накопителя, подключаемого через разъем M2 (ключи M и B+M, модули 2242 и 2280), и одного 2,5-дюймового SATA-накопителя. При этом по замыслу конструкторов в разъем M2 должен устанавливаться модуль памяти Intel Optane емкостью 16 Гбайт (входит в комплект) или 32 Гбайт (покупается отдельно). Этот модуль предназначен для кэширования записываемых или читаемых данных SATA-накопителя, представленного либо 2,5-дюймовым HDD, либо SSD того же форм-фактора.

Далее  рассмотрены внешний дизайн и основные параметры мини-ПК, оценки производительности ЦП и влияние модуля памяти Intel Optane.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

Семейство компьютерных комплектов NUC (Next Unit of Computing), материнские платы которых снабжены мобильными процессорами седьмого поколения Intel Core (ядра Kaby Lake), в настоящее время насчитывает 12 вариантов. Старшим представителем является комплект Intel NUC7i7BNHX1. Кроме сравнительно мощного центрального  процессора (далее — ЦП или процессор), особенностью данного комплекта является наличие в его составе модуля памяти Intel Optane (Intel Optane Memory, 16GB, M.2 80mm PCIE 3.0, 20nm, 3D Xpoint).

Созданы эти модули на базе флэш-памяти 3D XPoint, ставшей основой нового типа накопителей Intel, получивших общее наименование Optane. По производительности накопители Optane находятся между оперативной памятью и твердотельными накопителями, при этом значительно дешевле DRAM и в то же время значительно надежнее любого SSD с флэш-памятью NAND и даже 3D NAND. Это позволило существенно изменить архитектуру систем обработки данных, как мощных серверов, так и компьютеров потребительского класса. В качестве примера изделий Optane для потебительских компьютеров можно привести упомянутый модуль памяти Intel Optane комплекта Intel NUC7i7BNHX1. Этот модуль создан для обеспечения эффективного кэширования данных при работе с 2,5-дюймовым накопителем.

Более детально особенности архитектуры, характеристики использованных компонентов и некоторые функциональные возможности мини-ПК, созданного на основе комплекта Inte NUC7i7BNHX1, рассмотрены ниже.       

Итак, применяемый в указанном комплекте NUC процессор Intel Core i7-7567U (7-е поколение Intel Core, кодовое наименование семейства и микроархитектуры — Kaby Lake) относится к моделям с предельно низкими уровнями энергопотребления, а, следовательно, и теплообразования. Его расчетная мощность (TDP) составляет всего 28 Вт. Внешний вид этого процессора приведен на рис. 1, его основные параметры — в таблице 1.

Использование энергоэкономичного процессора Intel Core i7-7567U позволило существенно упростить компьютер и уменьшить его габариты, сохраняя при этом сравнительно высокую производительность и функциональность, достаточные для решения широкого круга задач.

Рис. 1. Процессор Intel Core i7-7567U
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Таблица 1. Основные параметры Intel Core i7-7567U

Для мобильных процессоров седьмого поколения с предельно низкими уровнями энергопотребления и теплообразования (процессоры семейства U/Y) производитель предлагает соответствующие платформы. Эти платформа способны максимально полно реализовать возможности таких процессоров. Пример обобщенной структуры с указанием ряда возможностей такой платформы, созданной на основе процессоров 7-го поколения Intel Core семейства U/Y, приведен на рис. 2.

Рис. 2. Структура платформы с процессором Intel Core i7-7567U
            (кликнуть мышью для увеличения картинки)

Большинство функциональных возможностей указанной платформы были реализованы c помощью специально разработанной для указанного комплекта материнской платы.

О материнской плате и функциональных возможностях —  в следующих частях  данной статьи.
    

>>    Часть 2 
      

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 
  

В настоящее время для ЦОД компания Intel предлагает накопители Intel Optane SSD DC P4800X, ориентированные на корпоративный сегмент (рис. 7). По утверждению их создателей это объединение свойств побайтно адресуемой памяти и блочных устройств хранения программ и данных, лучшая комбинация из низких задержек, высокой пропускной способности, QoS, долговечности, энергонезависимости. Эти накопители обеспечивают новый уровень в иерархии систем хранения информации. По своей идеологии и возможностям указанные продукты находятся на стыке обычной динамической памяти (DRAM) и флэш-памяти типа NAND (рис. 4, рис. 6).

Рис. 7.  Intel Optane SSD DC P4800X

Накопители Intel Optane SSD DC P4800X (рис. 7) позволили пересмотреть традиционную архитектуру обработки данных. Они обеспечивают новый уровень в иерархии систем хранения информации (рис. 5 и рис. 6). Подключаются через шину PCI Express. В отличие от традиционных NAND SSD со странично-блочной организацией работы предлагаемые накопители Intel Optane SSD DC P4800X обеспечивают, как и в случае традиционной памяти DRAM, побайтную адресацию. Указанные накопители демонстрируют очень высокую производительность: на операциях чтения/записи блоками 4 Кбайт производительность достигает 550 000 IOPS. Выносливость — 30 DWPD (перезаписей всего информационного объема накопителя в день), что примерно в три раза больше лучших альтернативных моделей твердотельных накопителей. По сравнению с NAND SSD у Intel Optane SSD DC P4800X задержки доступа меньше: преимущество более чем в 10 раз. А еще эти устройства в 5-8 раз быстрее на низких очередях, а при 99% QoS преимущество может достигать 60 раз. Остается добавить, что накопители Intel Optane SSD DC P4800X оптимальны для приложений критичных к требованиям по задержкам. При этом время отклика практически не меняется от нагрузки.

Основные характеристики модели Intel Optane SSD DC P4800X с информационным объемом 375 Гбайт (уже объявлен выпуск модели 750 Гбайт, а в ближайшем будущем — 1,5 Тбайт) приведены в таблице 1.

Таблица 1.  Основные параметры Intel Optane SSD DC P4800X

Указанные характеристики расширяют сферу применения накопителей семейства Optane. Кроме использования в качестве привычных хранилищ программ и данных, эти устройства благодаря высоким скоростным параметрам и побайтному способу адресации хорошо интегрируются в подсистему оперативной памяти (рис. 8). Это позволяет уменьшить нагрузку на DRAM, существенно снизить требуемый объем и стоимость владения.

Рис. 8.  Два сценария использования накопителей Intel Optane

В следующей части  описана Consumer модель SSD семейства Intel Optane.
    

>>    Часть 3 
      

Евгений Рудометов 
 

 >>    Часть 1 
  

Кроме процессоров, важной составляющей архитектуры ЦОД являются системы хранения информации. Долгое время для этого использовались дисковые подсистемы, созданные на основе массивов HDD, являвшимися, по сути, безальтернативными устройствами. Однако ситуация стала меняться после появления твердотельных накопителей (SSD). Лишенные движущихся механических элементов и созданные на основе микросхем флэш-памяти типа NAND, SSD обеспечивают по сравнению с HDD более высокие скорости передачи данных, меньшие задержки доступа к данным, меньшие показатели энергопотребления и теплообразования, большую надежность. Переход на флэш-память 3D NAND позволил повысить надежность и ресурс SSD. Однако, как считают инженеры Intel, следующий этап связан с переходом на флэш-память 3D XPoint. Компания не раскрывает подробностей принципов работы флэш-памяти, что не снижает ее достоинств. Созданные на ее основе накопители получили наименование Optane (рис. 6). По производительности они находятся между оперативной памятью и твердотельными накопителями (рис. 4 и рис. 5), при этом значительно дешевле DRAM и в то же время значительно надежнее любого SSD.

В настоящее время для ЦОД компания Intel предлагает накопители Intel Optane SSD DC P4800X, ориентированные на корпоративный сегмент. По своей идеологии это продукты находятся на стыке обычной динамической памяти (DRAM) и флэш-памяти типа NAND.

Рис. 4.  Классическая иерархия памяти и систем хранения информации

Рис. 5.  Новая иерархия памяти и систем хранения информации

Рис. 6.  Intel Optane SSD DC P4800X

Накопители Intel Optane SSD DC P4800X (рис. 6) позволили пересмотреть традиционную архитектуру обработки данных. Они обеспечивают новый уровень в иерархии систем хранения информации (рис. 4 и рис. 5). Подключаются через шину PCI Express. В отличие от традиционных NAND SSD со странично-блочной организацией работы накопители Intel Optane SSD DC P4800X обеспечивают, как и в случае памяти DRAM, байтную адресацию. Демонстрируют очень высокую производительность: на операциях чтения/записи блоками 4 Кбайт производительность достигает 550 000 IOPS. Выносливость — 30 DWPD (перезаписей в день), что примерно в три раза больше лучших альтернативных моделей твердотельных накопителей. По сравнению с NAND SSD у Intel Optane SSD DC P4800X задержки доступа меньше более чем в 10 раз, они в 5-8 раз быстрее на низких очередях, а при 99% QoS преимущество может достигать 60 раз. Накопители оптимальны для приложений критичных к требованиям по задержкам. При этом время отклика не меняется от нагрузки. Указанные характеристики расширяют сферу применения накопителей семейства Optane. Кроме использования в качестве привычных хранилищ программ и данных, эти устройства благодаря высоким скоростным параметрам и побайтному способу адресации хорошо интегрируются в подсистему оперативной памяти (рис. 7). Это позволяет уменьшить нагрузку на DRAM, снизить требуемый объем и стоимость владения.

Рис. 7.  Два сценария использования накопителей Intel Optane

В заключение инженер Intel рассказал о некоторых примерах применения платформ с Intel Xeon Scalable и накопителями Intel Optane, ответил на многочисленные вопросы.

>>    Часть 1 
      

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 4 
  

Для поддержки процессоров Intel Core 4-го поколения компания Intel предлагает однокомпонентные чипсеты линейки восьмой серии, в состав которой входят следующие модели: Intel Z87, H87, Q87, Q85, B85. При этом старшим является модель Intel Z87, предоставляющая для частных пользователей максимальные возможности.

Из особенностей компьютерной системы, созданной на основе процессора 4-го поколения и чипсета Intel Z87, необходимо отметить, например, возможность разделения графической шины PCI Express 3.0 между несколькими видеослотами для подключения нескольких видеокарт, способных совместно обрабатывать единый поток цифровых данных и формировать изображения с очень высокой скоростью.

В качестве других особенностей следует упомянуть поддержку 6 портов USB 3.0 и 6 портов SATA 6Gb/s.

За цифровые интерфейсы HDMI, Display Port, DVI отвечает теперь процессор, а за аналоговый интерфейс VGA — чипсет.    

Что же касается производительности, то модель Intel Core i7-4770K опережает Intel Core i7-3770K в тестах, оценивающих вычислительные возможности ядер, в среднем на 6-7 процентов. Однако в некоторых случаях прирост может превышать 10%.

В тесте 3D Mark 11 преимущество Intel Core i7-4770K над Intel Core i7-3770K может быть двукратным, а в тесте 3D Mark Fire Strike — почти на 40%.

Не оставила Intel своим вниманием и компьютерных энтузиастов, увлекающихся разгоном. Для них, как и ранее, предназначены модели с индексом «К», предоставляющие возможность повысит производительность через изменение незафиксированного множителя. А учитывая асинхронную работу ядер, графики, памяти и других подсистем, для энтузиастов открывается возможность разгона и через тактовые частоты.

>>    Часть 1 
      

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