Двухъядерные процессоры Intel и AMD: теория. Часть 2
Страница 4. Технологические подробности

Технологические подробности

Разобравшись с тем, почему «двухядерность» (и многопроцессорность вообще) лучше или хуже ложится на архитектуры AMD K8 и Intel NetBurst, перейдем к рассмотрению, скажем так, сугубо технологических деталей. Начнем, пожалуй, снова с более простого случая Intel.

На сегодняшний момент все двухъядерные процессоры Intel выпускает на основе ядра Smithfield, которое, как уже упоминалось, является просто парой обыкновенных одноядерных процессоров Pentium 4 Prescott (наследников степпинга E0), объединенных в виде единого кристалла. Поддерживаются SSE/SSE2/SSE3, 64-битные расширения EM64T, энергосберегающая технология EIST, технология защиты от вирусов XD-bit, объем кэш-памяти второго уровня (каждого ядра) составляет 1 Мбайт. Использовать новое ядро Prescott-2M с двухмегабайтным кэшем, видимо, показалось технологам пока слишком большим расточительством (хотя от себя добавим, и проведенные нами тесты это подтверждают, что он бы там не повредил). Площадь ядра Smithfield – 203 мм2, количество транзисторов – более 230 миллионов; однако благодаря отлично отлаженному за полтора года 90-нм технологическому процессу особых затруднений для Intel массовый выпуск подобных кристаллов не представляет.

А вот с энергопотреблением и тепловыделением у этих процессоров проблемы предвидятся: задачку о том, какой ток будут потреблять два одинаковых ядра и сколько тепла эти два ядра рассеют в пространство (при условии, что одно ядро потребляет ток в 78 ампер и рассеивает 89 Вт тепла) решит любой школьник (хотя, безусловно, в реальных двухпроцессорных системах просто удваивать эти показатели было бы неправильно). Вдобавок тактовые частоты для новых процессоров пришлось значительно понизить: вместо максимальных для Pentium 4 3,8 ГГц выпущенные двухядерники Intel работают на частотах не превосходящих  3,2 ГГц. Но даже с учетом этого старшие модели новых Smithfield рассеивают не менее 130 Вт (зато младшие – 95 ватт) и требуют для своей работы схем питания VRM соответствующих новому, пятому стандарту питания для процессоров Intel (05A и 05B). Работать в ранее выпущенных системах (за исключением появившегося незадолго до выпуска Pentium Extreme Edition чипсета nForce 4 SLI Intel Edition) они тоже не будут – в них даже предусмотрен специальный механизм защиты, который не позволит «жадному» до тока Smithfield-у сжечь не рассчитанную на его установку материнскую плату.

По маркетинговым соображениям на основе одних и тех же Smithfield выпускается сразу две линейки процессоров: относительно недорогие Pentium D (от 281 до 530$ за модели 820, 830 и 840 с частотами 2,8; 3,0 и 3,2 ГГц соответственно) и «экстремальный» Pentium Extreme Edition 840 (3,2 ГГц, 999$). Отличаются же они только тем, что в Pentium D отключена технология Hyper-Threading и множитель заблокирован для изменения в большую сторону, а в Extreme Edition его можно повышать хоть до 60. ;)

AMD также выпустила на рынок четыре двухядерных десктопных процессора (и тоже предпочла выделить их в отдельный бренд – Athlon 64 X2). Однако, в отличие от процессоров Intel, основываются они на двух различных процессорных кристаллах – с 512 и с 1024 Кбайт кэш-памяти второго уровня. Кроме того, еще несколько раньше были анонсировано девять двухъядерных Opteron (на основе ядер с 1024-Кбайтного кэша L2) для одно-, двух-, и многопроцессорных систем. Но вот с производством двухядерников у AMD сейчас должно возникнуть немало проблем: компания принципиально вынуждена выпускать однокристальные двухядерники, а кристалл Toledo (с 1Мбайт кэша L2) получился довольно громоздким (хотя и не столь здоровенным, как Smithfield): 199мм2 и те же самые 230 миллионов транзисторов – сказывается интегрированный Northbridge, пусть даже и общий для обоих ядер. Выпускается Toledo по 90-нм технологическому процессу второго поколения (с использованием напряженного кремния, т.н. Dual Stress Liner) на основе нового степпинга E0/E3 (поддержка SSE/SSE2/SSE3/3D now! Professional, AMD64, NX-bit, Cool`n`Quiet и усовершенствованный контроллер памяти). Интересно, что CPUID для этих процессоров показывает то, что данные процессоры… поддерживают технологию Hyper-Threading :). Скорее всего, это просто перестраховка – чтобы «оптимизированные для Гипер-Трейдинга» программы не решили вдруг, что использовать на этом «обычном» процессоре несколько потоков исполнения – только время зря терять и заведомо корректно заработали на новых Athlon 64 X2. Проблем с потребляемым током и тепловыделением у двухядерников AMD поменьше (тепловой пакет составляет 95 Вт для новых Opteron и 110 Вт – для Athlon 64 X2), работать эти процессоры должны в любых Socket – 939 – системах⁴, достаточно мощных, чтобы на них можно было запустить Athlon 64 FX-55. Не забудьте только обновить BIOS: без этого новые процессоры будут работать в «одноядерном» режиме.

Таблица 2. Двухъядерные десктопные процессоры AMD
Процессор	Athlon 64 X2 4200+	Athlon 64 X2 4400+	Athlon 64 X2 4600+	Athlon 64 X2 4800+
Тактовая частота	2,2 ГГц	2,2 ГГц	2,4 ГГц	2,4 ГГц
Кэш-память L2	2 x 512 Кбайт	2 x 1 Мбайт	2 x 512 Кбайт	2 x 1 Мбайт
Шина HyperTransport	1000 МГц	1000 МГц	1000 МГц	1000 МГц
Контроллер памяти	Двухканальный контроллер памяти Unbuffered DDR SDRAM. Поддерживаются модули DDR200, DDR266, DDR333, DDR400
Thermal Design Power	110 Вт
Цена	$531	$581	$803	$1001

Таблица 3. Двухъядерные серверные процессоры AMD Opteron
Процессор	865	870	875	265	270	275	165	170	175
Кол-во процессоров в системе	4-8			2			1
Тактовая частота, ГГц	1.8	2.0	2.2	1.8	2.0	2.2	1.8	2.0	2.2
Кэш-память L2	2 x 1 Мбайт			2 x 1 Мбайт			2 x 1 Мбайт
Шина HyperTransport	HT 2.0 1000 ГГц, 3 линка			HT 2.0 1000 ГГц, 2линка			HT 2.0 1000 ГГц, 1 линк
Контроллер памяти	Двухканальный контроллер памяти Registered DDR SDRAM. Поддерживается DDR200-DDR400; поддерживается ECC
Thermal Design Power	95 Вт
Цена	$1514	$2149	$2649	$851*	$1051*	$1299*	Пока не продаются
* - ограниченная доступность (в официальном прайсе AMD пока их нет, но в Японии они продаются)

1. Именно что поразительной: простой перенос контроллера памяти в процессор отнюдь не объясняет, почему латентность памяти на AMD K8 оказывается ниже почти вдвое по сравнению с альтернативными системами. Более быстрая шина между контроллером памяти и ядром процессора способна дать выигрыш эдак 12-15%, но никак не в 50-100.

2. Хотя бы потому, что каждая такая операция «передоверения» оперативной памяти требует выполнения весьма неторопливой процедуры синхронизации.

3. Owner-данные почти во всём ведут себя так-же, как и Shared-строки: любое изменение Owner-строки приводит к автоматическому «устареванию» аналогичных строк в кэшах других процессоров; любое изменение такой же Shared-строки в кэше чужого процессора приводит к устареванию конкретной кэш-строки. Но в отличие от Shared-строк, Owner-строки, как и Modified-строки, при их вытеснении из кэша (то есть когда требуется строку из кэша по каким-то причинам убрать) предварительно сохраняются в оперативную память. Выполнять эту операцию для Exclusive, Invalid и Shared-строк, естественно, не требуется.

4. Правда, есть и неприятные исключения: скажем, по непонятным причинам с двухядерниками не работает VIA K8T890.

По материалам Ferra.ru