…Уже достроен, и в начале января предстал во всей своей красе. Ждали новую архитектуру с начала 2007 года, когда на слайдах компании Intel появилось упоминание о следующем поколении с рабочим названием Gesher (переводится с иврита как «Мост»). В последствии название изменили на Sandy Bridge, и к финальному релизу оно осталось тем же. Выход в свет в 2011 году семейства камней, выполненных по 32-нанометровому техпроцессу, если и не вызовет революцию, то точно принесет существенные изменения на рынке персональных компьютеров. Итак, рассмотрим поближе, что Intel нам уготовила.
Новый чип представляет собой четырехъядерный 64-битный процессор с собственным контроллером памяти DDR3, интегрированным графическим ядром и изменяемой последовательностью исполнения команд. Также стоит отметить новую кольцевую шину Ring Interconnect, поддержку двух потоков данных на ядро в режиме Hyper-Threading и исполнение сразу четырех команд за такт. Поставить такой камушек можно будет только на новую материнскую плату, основанную на чипсете Intel 6 Series, увенчанную сокетом LGA 1155. Если не считать Intel Atom, то Sandy Bridge является первой микроархитектурой, в которой GPU и CPU интегрированы на одном общем кристалле. За счет такого решения процессор и видеочип делят общий кэш, также интегрированный в чип, что повышает эффективность работы всей системы в целом.
Связанные одной цепью
Так повелось, что с каждым поколением процессоров Intel, да и не только она, старается вместить в кристалл все больше и больше функциональных модулей, которые раньше располагались вне камня – на материнской плате или в чипсете. Неудивительно, что при такой компоновке многократно возрастали и требования к пропускной способности межкомпонентных шин передачи данных. До недавнего времени удавалось обойтись шинами с перекрестной топологией – этого было вполне достаточно для чипов Arrandale и Clarkdale, у которых графический процессор был внедрен в архитектуру кристалла.
В случае с Sandy Bridge разработчики решили отказаться от уже устаревшего решения в пользу кольцевой топологии 256-битной компонентной шины, которая выполнена на основе доработанной версии технологии QuickPath Interconnect (QPI). До этого QPI была реализована в архитектуре серверного Xeon 7500. В новинке кольцевая шина обеспечивает обмен данными между основными компонентами кристалла: четырьмя процессорными ядрами, кэшем L3, системным агентом и графическим ядром. Шину можно представить как четыре 32-байтных кольца: шина данных, шина запросов, шина подтверждения и шина мониторинга состояния. Рулит шинами коммуникационный протокол распределенного арбитража, обработка запросов при этом происходит на тактовой частоте ядер процессора. Топология шины позволяет передавать данные со скоростью 96 Гбайт/с на соединение при частоте 3 ГГц. Фактически эти цифры в четыре раза превышают показатели чипов Intel предыдущего поколения.
Последний рубеж памяти
Обратимся к упомянутому выше кэшу L3, который на найденных в Сети слайдах от Intel обозначен как LLC – Last Level Cache, или «кэш последнего уровня». Благодаря рассмотренной нами кольцевой шине он распределяется не только между ядрами процессора, но и между графическим ядром и системным агентом, в который разработчики интегрировали блок видеовыхода и модуль аппаратного ускорения графики. Упреждением конфликтов доступа между ядрами процессора и графикой занимается специальный трассировочный механизм. Каждое из четырех ядер, в свою очередь, в новом кристалле получило прямой доступ к «личному» сегменту кэша, при этом каждый сегмент предоставляет половину ширины своей шины для доступа со стороны общей кольцевой шины данных. Кроме того, каждый сегмент наделен независимым контроллером доступа к шине, который отвечает за обработку запросов по размещению физических адресов. Также этот контроллер постоянно обменивается данными с системным агентом, выявляя неудачные обращения к кэшу L3, фиксируя некэшируемые обращения и контролируя межкомпонентный обмен данными.
Системный агент
Все представили плешивенького дядю с кровожадной улыбкой из известной кинотрилогии? (Я не смог, но автор милостиво подсказал мне, что нужно вспомнить агента Смита из «Матрицы». – Прим. ред.) Теперь забудьте. Системным агентом в Intel называют все, что не относится к ядру: графику, контроллер памяти, кэш, и прочее, и прочее… В свежевышедшем чипе это можно назвать элементами северного моста, которые в целях ускорения в новой архитектуре перекочевали из чипсета в камень. В System Agent попали контроллер памяти DDR3, контроллер PCIE 2.0, модуль управления питанием, блок видеовыхода и т. д.
Агент сообщается с остальными элементами системы посредством все той же кольцевой шины. Следует особо отметить, что контроллер памяти (на кристалле) работает в двухканальном режиме. Это, несомненно, огорчит владельцев наборов трехканальной оперативки, которым пришлось расстаться с немалыми суммами наличных. Контроллер напряжения питания в системном агенте обеспечивает динамичное изменение напряжения и тактовых частот ядер процессора, GPU, интерфейсов и контроллера памяти, причем управление питанием и частотой происходит независимо для блока графики и процессорных ядер. Особо стоит отметить технологию Turbo Boost, благодаря которой и GPU, и CPU могут работать на увеличенных частотах, с превышением заявленного TDP, но без каких-либо последствий для системы.
По отзывам гостей, присутствовавших на закрытой демонстрации чипа в далеком Сан-Франциско, прирост производительности может достигать фантастических уровней. Таким образом, уже сейчас можно говорить, что при использовании системы охлаждения достаточной мощности можно превратить будущий компьютер на основе описываемого камня в сверхпроизводительного монстра (смайл). Также инженеры позаботились и об энергоэффективности системы – каждое ядро можно при необходимости перевести в режим минимального энергопотребления, то же самое предусмотрено и для графики.
Кольцевую шину и кэш, конечно, «успокоить» не получится, но для первой предусмотрен «ждущий режим» в моменты простоя, а для кэша L3 применяется уже знакомая нам по прошлым архитектурам Intel технология отключения неиспользуемых транзисторов. Напоследок стоит рассказать про модули мультимедийного аппаратного декодирования и видеовыхода. В рассматриваемой архитектуре для обработки мультимедийных потоков применяется производительный и экономичный модуль, а возможности графического ядра задействуются лишь при ресурсоемких процессах обработки видеоданных. Благодаря всем этим нововведениям и фишкам аппаратный модуль декодирования Sandy Bridge без труда справится с парой не зависимых друг от друга видеопотоков в разрешении Full HD.
Структурная схема четырехъядерного процессора Sandy Bridge. Видно, что System Agent – это типовой северный мост, просто с другим названием…
Видеоигра на своем поле
Теперь обратим взоры на графическую систему Sandy Bridge, которая до этого момента скромно дожидалась своей очереди. Новая графика, по словам представителей Intel, в первую очередь предназначена для настольных компьютеров и различных портативных девайсов. Учитывая анонсированную «умную» схему энергопотребления, хочется надеться на то, что мы увидим эти камушки и в планшетных ПК, которые в большом количестве появятся на рынке в недалеком будущем. Типичными задачами для подобных систем являются прежде всего серфинг в Сети, просмотр онлайн-видео и музыки, общение в соцсетях и с помощью различных месседжеров, работа с документами, просмотр DVD и уже ставшего привычным Blu-ray-контента, запуск браузерных и DirectX 10.1-игр. Таким образом, Intel не стремится соперничать с конкурентами на рынке высокопроизводительных графических чипов для видеокарт, где правит бал 11-я версия библиотек DirectX и куда интегрированному GPU пока соваться не стоит. Однако на уже освоенном поле встроенной в процессор трехмерной графики компания готова показать весьма и весьма впечатляющий результат. Нововведений в графической системе достаточно много, и нацелены все они на увеличение производительности при работе с 3D-приложениями.
Стоит также обратить внимание на один любопытный факт: большинству владельцев настольных и мобильных ПК со встроенной графикой, которых не интересовали ресурсоемкие приложения, вполне хватало возможностей процессоров архитектуры Clarkdale, однако специалисты из Intel не стали мелочиться и в новом чипе увеличили мощность интегрированного видео аж в два раза. Встроенный графический процессор, как было указано ранее, уютно устроился вместе с остальными компонентами на одном кристалле, в отличие от предыдущего поколения графики, где GPU вместе с приспешниками «изгнали» на отдельный 45-нанометровый чип, который подключался к основному 32-нанометровому камню по предыдущей версии технологии QPI.
Помимо этого, в отличие от Clarkdale, где за управление производительностью и температурным режимом отвечал софтовый драйвер, жестко привязанный к общим системным параметрам, в Sandy Bridge наблюдается совсем иная картина. Различные режимы 3D в этой микроархитектуре управляются системным агентом на аппаратном уровне. Это позволяет изменять параметры напряжения питания, частоты, энергопотребления и производительности в более широких пределах не менее эффективно, чем проделывать те же операции с ядрами процессора. Основываясь на таких широких возможностях управления видеочипом, Intel обещает внедрить технологию Turbo Boost в стационарные и мобильные устройства.
Тригонометрия, логарифмы и DirectX
В отличие от предыдущего поколения встроенный в Sandy Bridge GPU поддерживает возможности DirectX 10.1, хотя основной упор разработчики делали на максимальное использование аппаратных возможностей, прежде всего для обработки медиаданных и обсчета 3D-функций. Этот подход кардинально отличается, например, от решений NVIDIA, где принята на вооружение полностью программируемая аппаратная модель. В новом чипе отход от программируемой гибкости обоснован выгодой в виде более высокой производительности на фоне экономии расхода энергии, упрощенной модели программирования драйверов и, что не менее важно, уменьшения физических размеров модуля графики. Также разработчики микроархитектуры увеличили размеры регистрового файла для исполнительных блоков, что позволило достичь эффективного выполнения комплексных шейдеров. Кроме того, в исполнительных блоках оптимизировано ветвление для лучшего распараллеливания исполняемых команд. По заявлениям Intel, новые блоки обладают удвоенной пропускной способностью, за счет чего производительность вычислений с трансцендентальными числами (натуральные логарифмы, тригонометрия) подскочит до 20 раз.
Шведский стол для процессора
Обеспечение правильной диеты в грядущей архитектуре возложено на System Agent. C помощью технологии Turbo Boost, упомянутой ранее, оптимизируется энергопотребление всех четырех ядер и графики, для каждой задачи применяется рациональный сценарий нагрузки процессорных ядер и графического ядра. На IDF 2010 инженеры Intel подчеркнули, что им удалось значительно снизить аппетиты нового проца и увеличить эффективность функционирования Turbo Boost, за счет чего энергопотребление камня в режиме, например, фонового воспроизведения HD-контента уменьшается вдвое.
После рождественских праздников
Нам обещают активные продажи Sandy Bridge. Первыми на рынке появятся двух- и четырехголовые камни новой архитектуры. Предварительной информации о них уже полно в интернете, а для того, чтобы обновка не простаивала, Intel готовится разрешить продажи материнских плат с новыми наборами логики Intel 6 Series одновременно с началом реализации процессоров. Ожидается, что свежие решения от Intel повысят спрос в растущем сейчас секторе домашних медиацентров и развлекательных систем, благо интегрированное видео данной архитектуры без труда поддерживает воспроизведение даже «тяжелого» HD-контента, характерного для Blu-ray-дисков. Отсюда нетрудно сделать вывод, что наряду с обычными материнками формата ATX / microATX в продаже рано или поздно появятся множество компактных систем mini-ITX, тем более что низкое тепловыделение камней (у Core i5 2400T, например, заявленный TDP в номинале всего 35 Вт) как нельзя лучше этому способствует.
Чипсеты и платы для LGA 1155
Первыми появятся материнские платы на основе наборов микросхем H67, поддерживающих встроенный в процессор GPU, и P67, ориентированные только на дискретный графический адаптер. Со временем к ним должен примкнуть бюджетный набор логики H61. С интегрированной графикой он дружит, но урезан по количеству портов USB 2.0 и в возможностях организации RAID-массивов на уровне чипсета. Не будет в нем и интерфейса SATA 6 Gb/s. Во всех наборах микросхем удвоена пропускная способность шины PCIE, одна двунаправленная линия которой сможет передавать данные на скорости 1 Гбит/с. Традиционная BIOS с выходом новых плат будет постепенно отправлена на пенсию, уступая место EFI (Extensible Firmware Interface), что на практике позволит поддерживать жесткие диски большого объема (более 2 Тбайт) и использовать какие-то функции компьютера (например, выход в Сеть) без загрузки ОС.
Что дальше?
Как обычно, охват всех ценовых сегментов с завоеванием мира в далекой перспективе (смайл). К концу 2011 года обещали подготовить замену процессорам LGA 1366 – преемники его будут вставляться в новый сокет, по слухам, это будет LGA 2011. Чтобы заглянуть в далекое будущее, нужно залезть в роадмапы Intel, где следующим поколением в 2012 году заявлены 22-нанометровые чипы Ivy Bridge, за которыми грядет таинственная Haswell. Но, судя по опыту предыдущих лет, ждать этих чудес наверняка еще очень долго, а в итоге все выйдет совсем по-другому, да и названия наверняка сменятся. UP
Обозначение процессоров
В маркировках и обозначениях Intel не стала изобретать что-либо новое. Sandy Bridge официально считается вторым по счету поколением CPU архитектуры Core, а значит, привычное разделение процессоров на группы i3, i5, i7 останется, а перед цифрами номера модели появится двойка, обозначающая как раз принадлежность камня ко второму поколению. Опять же, по старой традиции в компании Intel решили дать некоторым процессорам индекс, стоящий после названия модели. Некоторые считают, что такое разделение запутывает покупателя, хотя ничего сложного на самом деле нет. Сейчас известно про три индекса: K, S и T.
Наибольший интерес вызывают камни с индексом K. Им будут обозначаться пламенные куски кремния с разблокированным множителем. Уже сейчас известно, что некоторые инженерные сэмплы, попавшие в руки неугомонным падаванам жидкого азота и мультиметра, были разогнаны до 5 ГГц «на воздухе»! Без сомнения, с самого момента появления на рынке эти процессоры придутся по душе геймерам и оверклокерам. Ожидается, что при всей мощности и стоить такие камни будут несколько выше обычных. Надо также отметить, что еще в 2008 году компания AMD представила процессоры серии Black Edition с разблокированным на повышение множителем и продолжает выпускать их и поныне. Такой шаг был с одобрением встречен любителями разгона, однако обычным пользователям данная возможность, как правило, не нужна.
Продолжаем. Индекс S получат ЦПУ с пониженными частотами и тепловыделением. Они пригодятся в мультимедиацентрах, HTPC, настольных системах и мощных ноутбуках. При достаточной производительности такой камень не требует мощного охладителя и весьма экономичен. Буквой Т обозначат наиболее экономичные модели, которыми, скорее всего, будут оборудованы неттопы, ноутбуки, нетбуки и прочие портативные девайсы, от которых не требуется решения сложных задач и в которых время автономной работы и экономия ресурсов играют далеко не последнюю роль. Некоторые модели остались без индекса вовсе: по предварительным данным, это обычные процессоры с заблокированным множителем, которые, тем не менее, без проблем справятся со всеми возложенными на них корпоративными или повседневными делами.
