2007 г. был годом двухъядерного процессора, главным же событием 2008 г. для компании Intel станет переход на 45-нм производственный процесс, а для AMD – переход к трех– и четырехъядерным процессорам. Обе компании продолжают увеличивать число ядер на кристаллах все меньшего размера, одновременно повышая быстродействие, как измеренное, так и субъективно воспринимаемое.
Каковы же преимущества нового производственного процесса и чем 45-нм технология лучше 65-нм, переход к которой был осуществлен в 2005 г.? Новый 45-нм процесс – очередной шаг в развитии производства КМОП-схем (комплементарная структура металл-окисел-полупроводник). При этом не только увеличивается плотность размещения схем на кристалле и число транзисторов в каждом ЦП, но и возрастает число микросхем, получаемых из одной кремниевой пластины. Таким образом, повышается выход изделий из стандартной 25–300-мм пластины и снижается стоимость производства. За последние 30 лет стоимость изготовления 1 млн. транзисторов упала со 106 тыс. долл. до 5 центов и снижение затрат будет продолжаться.
Рассмотрим процесс уменьшения размеров кристалла в перспективе. Первый процессор Pentium, выпущенный в 1993 г., был изготовлен по 800-нм (0,8 мкм) технологии. За 14 лет произошло почти 18- кратное уменьшение размеров. Теоретики физики полупроводников считают, что на очереди – 32-нм (в 2008-м или 2009 г.), 22-нм (между 2011-м и 2012 г.) и 16-нм (между 2014-м и 2018 г.) технологии. Затем изготовители столкнутся с трудностями: при таких проектных нормах расстояние между компонентами соизмеримо с размерами атома. Ширина логических вентилей и других внутренних схем составит лишь несколько атомов, что может привести к проблемам, о которых речь пойдет ниже.
Еще одно преимущество процессоров следующего поколения – возможность «отключать» отдельные фрагменты, когда они не используются. Например, отключение неиспользуемых ядер «C» и «D» четырехъядерного ЦП обеспечит экономию энергии. Компьютер будет меньше нагреваться, а значит, снизится и уровень шума.
И последнее, но также очень важное следствие: благодаря новым процессорам изготовители ПК смогут выпускать более миниатюрные и новаторские ПК. Представьте себе ПК меньше Мас mini, который превзойдет по вычислительной мощности современную машину в корпусе типа «башня» с двухъядерным процессором. Выпуск такого компьютера произойдет в течение следующих трех—пяти лет.
Процессоры и их условные обозначения
В этом обзоре приводится очень много условных названий. Расположим их в хронологическом порядке. Для продуктов, уже выпущенных в продажу, в скобках указано настоящее название.
Intel: по-прежнему впереди
Недавно компания Intel подтвердила свое ведущее положение в отрасли ЦП, выпустив успешные процессоры Core 2 Duo (с условным названием Conroe/Allendale), Core 2 Quad (Kentsfield на основе Conroe) и Core 2 Extreme с повышенной тактовой частотой (глоссарий условных названий приведен ниже). Эти процессоры пришли на смену Athlon FX для применений, требующих большой вычислительной мощности. Текущие модели Core 2 производятся по 65-нм технологии, но процессоры следующего поколения Penryn/Wolfdale (Duo) и Yorkfield (Quad) будут изготавливаться по 45-нм технологии. Массовое производство новых процессоров началось в конце 2007 г. и будет продолжаться в течение всего 2008 г.
Современные процессоры Allendale и Kentsfield обеспечивают скорость внешней шины 800 и 1066 МГц соответственно, но в моделях Wolfdale и Yorkfield частота внешней шины будет значительно повышена – до 1333 МГц. В будущих моделях Yorkfield Core 2 Extreme частота внешней шины достигнет 1666 МГц. Кроме того, общий объем кэш-памяти L2 увеличится с одинарных 2-Гбайт кэшей в Allendale до двойных 6-Гбайт кэшей в Yorkfield. Таким образом, в эти ЦП можно будет поместить и извлечь из них огромные массивы данных. Скорость вычислений повысится, даже если тактовая частота процессоров останется на современном уровне 2,4–3,2 ГГц. Миф об определяющем влиянии тактовой частоты на производительность ЦП окончательно развенчан. (Желающие могут повысить тактовую частоту этих процессоров до 4 ГГц и выше.)
Скептики не преминут заметить, что четырехъядерный процессор Yorkfield представляет собой лишь пару двухъядерных кристаллов, объединенных в одной микросхеме, но это явный шаг вперед по сравнению с Kentsfield, учитывая увеличение кэша L2 и пропускной способности внешней шины (см. врезку «Перспективный план на 2008 г. Рабочее знакомство с Yorkfield»). Yorkfield также дополнен новым набором мультимедиа-команд SSE4 для повышения быстродействия при выполнении многих задач, в том числе распаковки и воспроизведения видеоматериалов высокой четкости.
Перспективы Intel
Благодаря новой технологии High-k Metal Gate компании Intel размеры интегральных схем будут уменьшаться еще в течение нескольких лет. В настоящее время при производстве микросхем используется двуокись кремния, и токи утечки через боковые поверхности затворов приводят к ошибкам в ЦП и других микросхемах. Затворы транзисторов и другие элементы имеют толщину всего нескольких атомов, так что сигналы могут просачиваться вокруг этих чрезвычайно слабых электрических полей. Инженеры Intel внесли фундаментальные изменения в конструкцию: ключевой особенностью схем High-k Metal Gate стал химический элемент гафний. В результате сокращается ток утечки, а следовательно, и потребляемая микросхемой мощность; это позволяет повысить тактовую частоту или сэкономить энергию.
Следующим шагом Intel в разработке микросхем станет процессор Nehalem, выпуск которого запланирован на 2008 г. (сроки могут меняться.) В Nehalem будет по-прежнему использоваться 45-нм процесс, но на смену Core придет новая архитектура. В сущности, Nehalem можно было бы назвать процессором Core 3. Как и модели AMD Athlon, процессор Nehalem будет располагать встроенным контроллером памяти, а внешняя шина полностью исключается. Таким образом, ЦП будет обмениваться данными с системной памятью DDR3 на ее собственной скорости. Процессор Nehalem будет выпускаться в вариантах с одним—восемью ядрами для настольных ПК (и вероятно, ноутбуков).
Конечно, компания Intel не остановится на достигнутом. Года через два должен появиться Nehalem-C, выполненный по 32-нм технологии. Следующий на очереди – 32-нм ЦП Gesher, по слухам с функциональностью Core 4. На данном этапе любые прогнозы относительно Gesher, сделанные за пределами офиса Intel в Санта-Кларе, будут простым гаданием, однако следите за нашими публикациями.
Перспективный план на 2008 г. Рабочее знакомство с Yorkfield
Недавно я получил посылку от компании Intel. Внутри находился новый процессор с маркировкой «Intel Confidential», как у всех эталонных компонентов Intel. Я сразу же вставил процессор в системную плату ASUS P5E3 с набором микросхем X38 и обнаружил четырехъядерный ЦП с кэшем L2 емкостью 12 288 Кбайт. Другими словами, передо мной был Yorkfield, первый настольный вариант широко разрекламированной архитектуры Penryn. Процессор Yorkfield (он же Intel Core 2 Extreme QX9650), изготовленный по новой 45-нм технологии, – четырехъядерный, с 1333-МГц внешней шиной, тактовой частотой 3,0 ГГц и инструкциями SSE4. Он состоит из двух объединенных в одном корпусе двухъядерных кристаллов, каждый с 6-Мбайт кэшем L2. Первый опыт работы с QX9650 в сочетании с системной платой ASUS X38 оказался более успешным по сравнению с большинством ранних образцов. Хотя для распознавания нового 45-нм ЦП потребовалось обновить BIOS, процесс установки прошел гладко. Предварительные результаты эталонных тестов показывают, что быстродействие QX9650 в среднем на несколько процентов выше, чем у более старой модели QX6850 с той же тактовой частотой 3,0 ГГц. Новейший кодер DivX 6.7 совместим с инструкциями SSE4, и мы отметили более чем 20 %-ное увеличение быстродействия при перекодировании материалов MPEG-2 со сравнительно низким разрешением. Вероятно, при более сложном перекодировании контента высокой четкости выигрыш в производительности будет более ощутимым. Набор команд SSE4 дополнен несколькими новыми командами SSE (Streaming SIMD Extensions – потоковые расширения ОКМД), предназначенными для повышения скорости перекодировки мультимедиа и 3D-графики. На шести из семи протестированных игр отмечалось некоторое повышение скорости, в основном в пределах 10 %. Скорее всего, этот выигрыш объясняется увеличением кэша L2.
Похоже, процессор нагревается мало; его вентилятор работает с небольшой нагрузкой. Рабочие характеристики при повышенной тактовой частоте пока не проверялись, но мы ожидаем повышения
