Hard

24.03.2011 Автор: Иван Савватеев Версия для печати

Процессоры Intel с микроархитектурой Sandy Bridge

Отработав на микроархитектуре Westmere, являющейся незначительной модернизацией Nehalem, 32-нм технологию выпуска микропроцессоров, Intel в полном соответствии со своей стратегией «тик-так» (чередование крупных микроархитектурных изменений и внедрения более совершенного технологического процесса) начала на ее базе производство кристаллов с новой микроархитектурой Sandy Bridge («Песчаный мост»). По имеющимся сведениям, всего в первой половине года в продажу поступит около 20 моделей новых процессоров; к нам же на тестирование пришли две из них, Core i7-2600K и Core i5-2500K, с которыми мы сегодня и познакомимся поближе.


 Перед началом рассказа о новом поколении процессоров хотелось бы напомнить, в чем состоит разница между терминами «архитектура» и «микроархитектура» и почему некорректно использовать первый вместо второго, хотя так поступают весьма часто.

 Архитектура процессора, если говорить несколько упрощенно, это его «внешний вид» с точки зрения программиста: какие команды он способен выполнять, как эти команды кодируются, какие регистры имеются в его распоряжении и т.п. Архитектура всех современных процессоров, используемых в ПК, восходит к микропроцессору 80386 — первому 32-разрядному кристаллу Intel. Официально она называется IA-32 (Intel Architecture, 32 bit), хотя очень часто ее обозначают как x86 (по последним двум цифрам обозначений многих ранних процессоров этой архитектуры). Помимо самой Intel, процессоры аналогичной архитектуры производят и другие компании — на сегодняшний день это AMD и VIA, однако раньше было еще несколько. Хотя технически все современные процессоры для ПК являются 64-разрядными, они по-прежнему относятся к архитектуре IA-32, а 64-битность является лишь дополнением к ней, благодаря чему обеспечивается почти полная обратная совместимость: программа, когда-то написанная для 80386, почти наверняка сможет нормально работать и на Core i7.

 Микроархитектура же, о которой мы собираемся говорить, это устройство процессора с точки зрения спроектировавшего его инженера: какие блоки в нем имеются, как они работают, как взаимодействуют между собой и т.п. Одну и ту же архитектуру (IA-32 в нашем случае) можно реализовать множеством различных способов, что мы и наблюдаем. Даже у одного и того же разработчика (например, Intel) одновременно могут находиться в производстве процессоры нескольких весьма сильно отличающихся микроархитектур. Именно различия в реализации, то есть микроархитектуре, являются главной причиной того, что два процессора с формально одинаковыми характеристиками (разрядностью внешней шины, тактовой частотой и т.п.) могут весьма существенно различаться по производительности.

 Современный процессор — это не только процессорное ядро, но еще и много разных интересных схем. Как мы помним, в микроархитектуре Nehalem контроллер памяти перекочевал из северного моста чипсета на кристалл процессора. Несколько позже, в «промежуточных» процессорах семейства Westmere рядом с ЦП оказался и графический процессор (впрочем, весьма слабенький). В Sandy Bridge эти устройства получили окончательную прописку на едином кристалле с ядрами ЦП. Графического процессора на этот раз мы касаться не будем — это тема отдельного исследования. Также у нас не было возможности поместить на страницы журнала подробный рассказ о микроархитектуре процессорных ядер (он есть в полном варианте статьи на диске-приложении), поэтому мы сразу перейдем к описанию структуры новых кристаллов в целом.

 

Вокруг и около ядер

 Начнем рассказ об особенностях и ключевых изменениях в новом поколении процессоров с интегрированного контроллера памяти (IMC). В процессорах Sandy Bridge он, похоже, будет только двухканальным: новые чипы не позиционируются разработчиком как замена топовым решениям, оснащенным трехканальным контроллером. Добавим, что по прежнему поддерживается DDR3, которая пока вполне справляется со своими обязанностями.

 В кристалл процессора теперь интегрирован интерфейс с шиной PCI Express x16, что позволяет подключить дискрет- ный видеоконтроллер почти напрямую. На месте остался интерфейс с шиной DMI, через которую подключается южный мост — микросхема, в которой сосредоточены контроллеры внешних устройств (SATA, USB и т.д.). Интерфейсы памяти и шин, а также дисплейного контроллера и устройства управления электропитанием все вместе собраны в так называемый системный агент (System Agent).

 Чтобы все устройства, расположенные на одном кристалле, могли успешно взаимодействовать друг с другом без лишних тормозов, существенно усовершенствована система внутренних связей. Все процессорные ядра, графический процессор, системный агент и кеш последнего уровня (LLC, Last Level Cache — третьего на данный момент) объединены кольцевой шиной. Благодаря этому услугами кеша пользуются не только процессорные ядра, но и графический процессор, что резко ускоряет обмен данными между ЦП и ГП. Шина на самом деле состоит из четырех колец: кольца данных 32-байтовой ширины (Data Ring), кольца запросов (Request Ring), кольца подтверждений (Acknowledge Ring) и кольца слежения (Snoop). По первому из них осуществляется передача данных, второе служит для выдачи запросов на выполнение операций обмена данными и некоторых других, третье — для передачи ответов на эти запросы. Кольцо слежения дает возможность всем «заинтересованным сторонам» наблюдать за выполнением операций на шине, например замечать, когда выполняется запись по интересующим адресам.

 Наконец, следует отметить изменения в управлении энергопотреблением. Второе поколение технологии Turbo Boost позволяет на короткое время превышать предельное тепловыделение (TDP), установленное для процессора, благодаря чему может быть получен приличный прирост производительности (но не во время длительной работы процессора с максимальной нагрузкой, а лишь когда всплески активности чередуются с достаточно длительными спадами). Кроме того, блок управления питанием теперь заботится о балансировке запросов процессорных ядер и ГП: если последний стоит без дела, частота работы первых может быть повышена, и наоборот.

 

Производительность

 Как мы уже сказали, в нашем распоряжении оказались две модели — Core i7-2600K и Core i5-2500K: на сегодняшний день они являются самыми производительными представителями Sandy Bridge. Тестирование проводилось на материнской плате Gigabyte GA-P67A-UD7, построенной на базе чипсета Intel P67 (см. врезку) с двумя модулями памяти Transcend DDR3 суммарным объемом 4 Гбайт, работающими на частоте 1333 МГц по таймингам 9-9-9-24, видеоконтроллером AMD Radeon HD 6850 и жестким диском Western Digital WD1002FAEX.

 Для сравнения использовались данные, полученные при тестировании процессоров AMD Phenom II X6 1100T (самое производительное на сегодня решение конкурента) и Intel Core i7-970 (второй по производительности кристалл предыдущего поколения). Основные характеристики участвовавших в тестировании процессоров и результаты приведены в таблицах. Заметим, что в данный тест не попала графическая составляющая «песочных мостов». С ней мы теоретически и практически познакомимся в ближайшем будущем, заодно сравнив с присутствующими на рынке доступными дискретными графическими решениями.

 Даже беглого взгляда на таблицу достаточно, чтобы понять: новая микроархитектура весьма эффективна. На большинстве задач новые четырехъядерники Intel не уступали, а нередко и превосходили почти топовый шестиядерник Core i7-970, но и в случае его замены на самый высокопроизводительный в мире (на сегодняшний день) Core i7-980 мало что изменится: даже относящийся, в общем-то, к среднему классу Core i5-2500 будет смотреться весьма достойно. Только в двух категориях задач новички уступают предкам высшего класса: это рендеринг и исполнение сложных Java-программ, но в обоих случаях причина заключается в количестве одновременно исполняемых потоков, что очень важно для этих задач. Но это не так критично для подавляющего большинства других применений, где обычно за глаза хватает двух–четырех потоков. У Core i5-2500K их всего четыре, у Core i7-2600K — восемь, а у Core i7-970 — целая дюжина. Не приходится сомневаться, что середнячки прошлого поколения (Core i7-8xx и i5) от новичков в большинстве случаев отстанут весьма прилично. Что же касается конкурентов, то даже самый мощный AMD Phenom II X6 1100T вчистую проиграл более мощному из новых кристаллов Intel, ну а более слабый Core i5-2500K уступил ему лишь самую малость (2–4%) и тоже только в двух упомянутых категориях (рендеринг и Java) — естественно, по той же самой причине (4 потока против 6). Правда, ради объективности добавим, что в наиболее ресурсоемком из обычных домашних применений (в играх), топовый кристалл AMD уступил лишь 4% в общем зачете. Итак, Intel вновь подтвердила свою репутацию как производителя наиболее мощных микропроцессоров в мире.

 

 

Особенности новых чипсетов

 Прежде чем подробно поговорить о конкретной реализации платформы с микроархитектурой Sandy Bridge на плате Gigabyte GA-P67A-UD7 (см. врезку), познакомимся со стандартными свойствами новых чипсетов, чтобы позже стало понятнее, какие расширенные возможности предлагает эта «мамка» по сравнению со стандартными.

 Новая пара кристаллов P67/H67 является логическим продолжением и развитием микросхем P55 и H55/H57. Поскольку в последних моделях Lynnfield вся функциональность северного моста оказалась интегрирована в процессор, чипсет стал включать только южный мост, переименованный в PCH (Platform Controller Hub). Та же схема сохранилась и в новой микроархитектуре Sandy Bridge, где на одном кристалле находятся процессорные ядра, кеш-память, ГП и контроллер шины PCI Express, а к нему через шину DMI подключается PCH.

 Как видим, процессор может быть напрямую связан с внешними устройствами 16 линиями по шине PCI Express 2.0, а все остальные коммуникации обеспечиваются микросхемой чипсета. Основная разница между P67 и H67 заключается в том, что в первом отсутствует поддержка встроенной графики. Хотя само графическое ядро физически находится в процессоре, его соединение с видеовыходами обеспечивается чипсетом через интерфейс FDI, который в P67 отсутствует. Зато на системных платах Gigabyte (см. врезку) P67 поддерживает быструю память DDR3 с частотами 2133/1866/1600 МГц, а H67 — только модули до 1333 МГц.

 Имеются различия и в поддержке Crossfire/SLI-конфигураций. Поскольку шина PCI Express x16 всего одна, на «мамках» с Р67 при подключении двух внешних видеоплат она разделяется на две части (2 х PCI Express x8). В стандартной схеме с H67 такой вариант не предусмотрен, хотя с технической точки зрения этому ничто не мешает, ведь контроллер шины находится на процессорном кристалле. Возможности разгона процессора при использовании H67 также ограничены.

 Микросхема чипсета по-прежнему связана с процессором по шине DMI, однако ее пропускная способность теперь достигает 4 Гбайт/с. В чипсете находится контроллер на восемь линий PCI Express 2.0, контроллер SATA (2 порта SATA III и 4 SATA II) с поддержкой RAID 0, 1, 5 и 10, контроллер USB 2.0/1.1 на 14 портов, MAC-контроллер Ethernet, контроллер Intel High Definition Audio 7.1, плюс коммуникации для подключения внешних контроллеров устаревшей периферии, а также микросхемы флеш-памяти BIOS. По сравнению с предыдущими чипсетами можно отметить появление встроенного контроллера SATA III, поддержку полноценных линий PCI Express 2.0 и связанное со всем этим увеличение пропускной способности шины DMI. Несколько удивляет отсутствие контроллера USB 3.0, а вот полное исчезновение поддержки PCI вполне закономерно: Intel довольно настойчиво «убивает» устаревшие стандарты, даже если они еще весьма популярны.

 Перед тем как вернуться к разговору о материнской плате GA-P67A-UD7, коснемся энергопотребления нового чипсета. Оно по сравнению с предыдущими кристаллами возросло, но ненамного: с 4,7-5,2 Вт до 6,1.

  

Материнская плата Gigabyte GA-P67A-UD7

 Как и все ведущие производители, компания Gigabyte одновременно с появлением процессоров под Socket 1155 представила целый ряд поддерживающих их материнских плат. На сегодня их шесть на базе чипсета Intel P67 и семь на базе Intel H67, причем приехавшая к нам плата Gigabyte GA-P67A-UD7 является топовой моделью.

 Первое, что бросается в глаза тем, кто имел дело с платами Gigabyte, — это изменение расцветки. Раньше они были синими, но теперь продвинутые серии окрашены в черный цвет: сама плата, все разъемы и гнезда памяти, коннекторы SATA (кроме одного). В целом, цветовая гамма, пожалуй, более сбалансированная. Хотя одинаково черные разъемы не позволяют легко различать слоты разных каналов памяти, а, не видя надписей, сложно определить, какие из гнезд PCIe x16 на самом деле обеспечивают 16 линий, а какие электрически содержат лишь восемь. Впрочем, это лишь мелкие придирки, не влияющие на функциональность, а она весьма впечатляющая.

 Как вы уже заметили, чипсет P67 позволяет подключить лишь две дискретные видеоплаты, разделив шину PCI Express 2.0 x16, идущую прямо от процессора, надвое. Инженеров Gigabyte это ограничение не устроило, и они реализовали два почти полноценных гнезда PCIe 2.0 x16 (см. схему), для чего шина PCI Express 2.0 x16, идущая от процессора, была связана со специальной микросхемой моста NF200. У него две выходные шины, тоже PCI Express 2.0 x16, которые и обеспечивают подключение двух видеокарт в режиме x16. Правда, пропускная способность такой конструкции ограничена шиной, связывающей мост с процессором, поэтому тут двум «видюхам» будет менее комфортно, чем на отдельных шинах (для Sandy Brige такое невозможно в принципе). Впрочем, на практике это не станет существенным тормозом: большую часть времени ГП работают с локальной видеопамятью и обращаются к общему ОЗУ сравнительно редко; ЦП тоже довольно редко обращается к «видюхам», так что идея, реализованная Gigabyte, вполне здравая.

 Помимо двух слотов PCIe 2.0 x16, на плате есть два физически таких же гнезда, однако содержащие лишь по восемь линий. Причем установка видеоплаты в любое из них автоматически отберет восемь линий у слота x16, ведь каждый из слотов PCIe 2.0 x8 через переключатель (switch) подключен к линиям слота PCIe 2.0 x16. Это еще больше снизит долю пропускной способности шины процессор-мост для каждой из «видюх». Но, повторим, на практике это не так страшно, как в теории, поскольку устройства в основном варятся в собственном соку, а не дергают постоянно шину.

 В итоге в GA-P67A-UD7 теоретически можно воткнуть аж четыре видеоплаты, то есть реализовать режим QuadSLI, хотя для этого две из них обязательно должны быть однослотовой толщины (но такие сейчас почти не встречаются). На практике же может получиться конфигурация из трех видеоплат двухслотовой толщины (две вставляются в гнезда PCIe 2.0 x16, а третья — в одно из PCIe 2.0 x8; в комплект уже входят мостики для SLI и 3-way SLI), при этом оказываются недоступными второй слот PCIe 2.0 x8 и оба PCI. Естественно, ничто не мешает ограничиться одной «видюхой», а в слоты PCIe 2.0 x8 и x16 вставить устройства видеозахвата, дисковые контроллеры и т.д.

 Возможности «материнки» в плане расширения конфигурации дополняют гнездо PCIe x1 (свободное всегда) и два PCI (могут быть недоступными при установке «толстых» плат в соседние слоты). Хотя с PCIe x1 связана одна проблема: сразу за разъемом — весьма высокий радиатор, позволяющий установить лишь чрезвычайно короткую плату. Оба слота PCI подключены к единственной линии PCI Express 2.0 x1 через мост iTE IT8892, причем через него же подключен и контроллер шины FireWire (IEEE1394a) TSB43AB23 (на 3 порта), что в теории может создать проблемы с пропускной способностью, но на практике это маловероятно.

 Инженеры Gigabyte, тоже с помощью дополнительных контроллеров (два Marvell 88SE9128, каждый подключен к чипсету по своей линии PCI Express 2.0 x1), серьезно нарастили возможности подключения дисков. Как мы помним, P67 имеет шесть портов SATA, из них только два третьей версии, но Gigabyte добавила еще четыре, и все SATA III, причем два из них выведены на заднюю панель (интерфейс External SATA). Такое количество гнезд SATA III при использовании обычных HDD избыточно (реальная скорость чтения и записи для многих винчестеров не более 150 Мбайт/с, и им хватает даже SATA I), а вот у SSD-дисков скоростные характеристики намного выше. Правда, учитывая стоимость SSD, представить батарею из таких накопителей пока сложно. В заключение добавим, что на интерфейсы Parallel ATA (IDE) и Floppy места на плате уже не нашлось, но в наши дни они мало кому нужны.

 Не менее серьезно Gigabyte отнеслась к интерфейсу USB. Как мы помним, чипсет P67 поддерживает до 14 портов, но все они относятся к стандарту USB 2.0/1.1, однако сегодня уже найдутся устройства, готовые использовать намного большую пропускную способность USB 3.0. Плата GA-P67A-UD7 в этом плане, безусловно, в числе лидеров: с помощью дополнительных микросхем (по две Renesas D720200 и VLI VL810, каждая пара на своей линии PCI Express 2.0 x1), Gigabyte обеспечила наличие 10 (!) портов USB 3.0.

 Правда, отметим, что из 18 одновременно доступных USB-портов гарантированно доступны при любых условиях лишь восемь: два USB 2.0/1.1 и шесть USB 3.0/2.0, причем два 2.0/1.1 совмещены с интерфейсами External SATA III. К тому же по пять портов USB 3.0/2.0 «висят» на одном контроллере, что теоретически может создать проблемы с пропускной способностью как единственной линии PCI Express 2.0 x1, так и самого контроллера. Но, имея в виду этот способ подключения портов, можно оптимизировать операции копирования с одного внешнего накопителя на другой, подключив их к портам, «висящим» на разных контроллерах. В целом, потенциальные возможности подключения устройств USB получились потрясающие.

 Помимо USB и External SATA, материнская плата «общается» с внешним миром при помощи трех портов FireWire, двух гнезд для LAN (на «маме» есть два контроллера Realtek RTL8111E, каждый на своей линии PCI Express 2.0 x1) и одного порта PS/2 для подключения клавиатуры или мыши. Имеется шесть аналоговых аудиогнезд и два цифровых S/PDIF (оптический и коаксиальный интерфейсы. Их обслуживает аудиокодек Realtek ALC889.

 В завершение несколько слов о системе электропитания. Процессор получает энергию от 24-фазного преобразователя. Фирменная технология Dual CPU Power предусматривает наличие двух отдельных контроллеров питания, каждый из которых «заведует» 12 фазами. Когда процессор не слишком нагружен, одна группа полностью отключается, что уменьшает ее износ, повышая долговечность платы.

 В целом можно сделать вывод, что плата Gigabyte GA-P67A-UD7 — очень хороший выбор для состоятельного покупателя, стремящегося собрать мощный компьютер на базе самых современных технологий.


Назад в раздел

Текст сообщения*
Защита от автоматических сообщений

Читайте также