Микроархитектура Intel Nehalem

Федеральное агентство связи Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики Кафедра ВС Лабораторная работа № 1

на тему: «Микроархитектура Intel Nehalem»

Выполнил: Новиков Никита Группа: ИП-311

Новосибирск, 2015

Nehalem — микроархитектура процессоров компании Intel, представленная в 4 квартале 2008 года, произведены по 45 нм технологическим нормам, на площади кристалла расположен 731 млн. транзисторов. Под эти чипы разработан новый сокет — Socket B (LGA 1366).

Микропроцессоры продаются под торговой маркой Core i7 и Core i5

Архитектура Nehalem была представлена в 2008 как архитектура, которая может адаптироваться для нужд всех трех основных рынков: мобильного, настольного и серверного.

Одной из причин появления новой микроархитектуры следует признать некоторые проблемы, испытываемые в последнее время Intel, при разработке эффективных многоядерных процессоров. Дело в том, что прежняя успешная микроархитектура для процессоров Core разрабатывалась в свое время на основе принципов заложенных еще ранее в мобильные процессоры Pentium M и была оптимизирована только для двух ядерных систем. Новая микроархитектура должна стать важным шагом в процессе эволюции процессоров Intel.

В Nehalem использован целый ряд усовершенствований, и можно утверждать, что она имеет кардинальные отличия от прежних микроархитектур Intel. Основной принцип построения процессоров на основе Nehalem — модульность, которая позволит варьировать количество ядер и изменять оснащенность процессорной системы прочими блоками (в т. ч. графическими), в зависимости от предназначения и требуемой производительности.

Нововведения микроархитектуры сильно напоминают структуру уже используемых AMD процессоров, но дополненную вычислительной мощью ядер Core. Core i7, также как и процессоры AMD имеют встроенный контроллер памяти, что позволяет ядрам напрямую связываться с DDR модулями на системной плате, значительно ускоряя обмен данными между процессором и оперативной памятью. Встроенный контроллер памяти имеет максимальную пропускную способность 25,6 Гбайт/с.

При этом, вместо традиционной двухканальной системы обмена использована трехканальная, с поддержкой модулей DDR3 1066 МГц.

Традиционная процессорная FSB шина параллельного типа Quad Pumped заменена последовательным интерфейсом, который уже давно используется в процессорах AMD. Core i7 общается с элементами чипсета через последовательную шину с фирменным названием QuickPath Interconnect (QPI). Микроархитектура Nehalem позволяет использовать несколько таких внешних интерфейсов для одного процессора. ИнтерфейсQuickPath позволяет объединять несколько процессоров, в случае использования их в компьютерной системе. QuickPath состоит из 20 двунаправленных каналов связи. Система обмена данными построена по т. н. принципу точка-точка, т. е. ядра, используя отдельные каналы, индивидуально подключаются к внешним устройствам. Для увеличения полосы пропускания может быть задействовано несколько каналов.

Такая шина может выполнять до 6,4 млн. передач в секунду, имея полосу пропускания 12,8 Гбайт/c в каждом направлении или 25,6 Гбайт/c в обоих направлениях. Старая шина Intel Quad Pumped Bus позволяла достичь только 12,8 Гбайт/c. Подобная QPI шина HyperTransport 3.0, используемая сейчас с процессорами AMD, имеет максимальную пропускную способность 24 Гбайт/c.

Новые принципы организации процессора важные, но далеко не единственные нововведения микроархитектуры Nehalem. Среди наиболее важных инноваций отмечается поддержка технологии многопоточности SMT (англ. Simultaneous Multi-Threading). Эта технология позволяет каждому из четырех ядер одновременно выполнять две задачи. Таким образом, для операционной системы новые процессоры становятся, как бы восьми ядерными, и это ускоряет работу многопоточных приложений, за счет одновременного выполнения большего количества задач. SMT является по сути реанимацией технологии Intel Hyper-Threading, разработанной некогда для одно ядерных процессоров.

Процессоры Corei7 поддерживают новый набор инструкций SSE4.2, имеют более эффективную и быструю кэш-память. Суммируя все вышесказанное можно сказать, что к основным особенностям архитектуры Nehalem относятся:

наличие двух, четырех или восьми ядер;

усовершенствованные ядра обладают большей вычислительной мощностью;

SMT технология, увеличивает производительность каждого ядра;

использована трехуровневая кэш-память: 64KB L1 на ядро, 256KB L2 на ядро, до 24MB L3 (общий кэш);

интегрированный трехканальный контроллер памяти с поддержкой DDR3;

новая производительная внешняя шина процессора — QPI;

возможность встраивания графического ядра.

Энергопотребление стало на 30% меньше благодаря использованию в Nehalem набору инструкций SSE 4.2, вновь стала использоваться технология Hyper-Threading, позволяющая представить одно физическое ядро как два виртуальных. В первых процессорах Nehalem использовалась технология 45-нм, а с 2010 стали применять технологию 32-нм. Процессоры устанавливаются в материнские платы, имеющие разъем LGA1156 или LGA1366. микроархитектура intel nehalem

Nehalem изначально была разработана модульной — набор базовых «кирпичей», которые можно собирать, чтобы создавать разные версии архитектуры.