Ivy Bridge – 22 nm a 3D tranzistory už za půl roku v obchodech | Kapitola 4
Seznam kapitol
Za šest měsíců dorazí na trh nástupce dnešních procesorů Sandy Bridge. Nepůjde ale o běžný refresh, jak jsem zvyklí, ale o mnohem větší krok kupředu. Významný mezník. Architektura Ivy Bridge totiž nepřinese pouze 22nm výrobní proces, ale především 3D tranzistory. Co vše můžeme od čtvrté generace architektury Core čekat?
I když se může zdát, že Ivy Bridge jako pouhý refresh ve fázi „Tick“ nepřinese v architektuře nic nového, přeci jen byly některé nedostatky odstraněny a vylepšeny. Většina čipu (CPU část) zůstala stejná, některé části ale byly krapet změněny pro lepší výkon. Podívejme se, co o změnách v architektuře procesoru říkají slajdy a co zaznělo na konferenci IDF 2011.
První obrázek ukazuje, co se u Ivy Bridge nezměnilo. Architektura systému s PCH čipem zůstala zachována. Také části procesoru se nezměnily. Stejná je kruhová sběrnice paměti L3 cache, rozmístění výpočetních jader i grafického jádra. Obrázek nahoře ale dokládá, že například rozhraní paměťového řadiče je nyní jinde a také byl přepracován. V jádru byly zkrátka napraveny nějaké starší problémy, řekneme si o nich už za okamžik pod dalšími obrázky.
Hlavní změnou je přechod na 22nm výrobu a nové tranzistory. To přinese vyšší výkon a nižší spotřebu, už jsme o tom hovořili v předešlých kapitolách. Nejpodstatněji bylo vylepšené grafické jádro, o něm ale až v další kapitole. Změny a úpravy pro vyšší výkon byly v jádru provedeny zejména na IPC (instrukce za takt), paměť cache a paměťový řadič. Také přibyly některé nové instrukce a schopnosti.
První změnou je navýšení výkonu na takt v single-thread operacích. Vzhledem k faktu, že procesor podporuje Hyper-Threading (dále jen HT), je nezanedbatelná část výpočetní pipeline zdvojená a napevno přiřazená právě dvěma vláknům pro případ zapnutého HT. Pokud je ale HT vypnutý nebo probíhá náročná úloha jen v jednom vláknu, jsou tyto obvody na nic a nevyužité. Intel nyní tuto skutečnost změnil. Prostředky se nyní alokují dynamicky dle zatížení. Pokud bude spuštěna úloha v jednom vláknu, přidělí se vše jen jednomu vláknu a žádné (nebo jen málo z nich) obvody v jádru nezůstanou nevyužité. To by mělo zvýšit single-thread výkon až o 5 procent.
Další změnou je vylepšený prefetecher, kde byla odstraněna různá omezení. Také výpočetní část jader byla vylepšena. Propustnost výpočetní části se proti Sandy Bridge zdvojnásobila. To by mělo mít znatelný dopad na zvýšení výkonu v náročných FPU operacích. Kromě vylepšení některých instrukcí byl také zlepšen paměťový řadič. Ten nyní podporuje i nízkonapěťové moduly DDR3 a zvyšuje základní takt pamětí z 1333 MHz na 1600 MHz. Také se posouvá maximální možná frekvence modulů, o tom ale až v kapitole o přetaktování.
Součástí nového procesoru jsou i nová rozšíření instrukcí. Ivy Bridge nyní obsahuje extrémně rychlý generátor náhodných čísel, kdy se číslo generuje dle normovaných standardů 2-3 Gbps. Číslo lze generovat nově přidanou instrukcí RDRAND. To může být prospěšné pro různé bezpečnostní řešení nebo kódování. Také druhá funkce má co do činění s bezpečností. SMEP hardwarově zabraňuje spouštění uživatelských kódů s vyššími právy systému.
Důležité jsou nové funkce pro úsporu energie. První je kompletní odpojení pamětí DDR3 od napájení včetně omezení napětí řadiče v procesoru. Pokud procesor nebude nějaký čas registrovat žádnou aktivitu připojených modulů DDR3, odpojí je zcela a ušetří energii. Zdali umí odpojit třeba jen jeden modul z vícero, zatím nevíme. Intel provedl i další změny v napájení aby snížil spotřebu procesoru v S3 stavu. Další změnou a možnou úsporou je snížení základního napětí System Agent části procesoru. Velice zajímavá je také nová funkce PAIR. Ta umožní směrovat vykonání instrukcí na aktivní jádro cíleně a uspaná jádra nechat spát. Běžně to bývá tak, že se uspaná jádra na okamžik probouzí a zase uspí. Tato novinka dokáže uspořit mnoho energie.
Zajímavé je také precizní stanovení napájecích plánů napětí pro určité frekvence. Nyní jsou stavy tři. Nejnižší napětí u nejnižší frekvence, základní napětí pro základní takt a napětí pro Turbo. Všechny hodnoty napájení mezi těmito stavy se vypočítávají za chodu a dosti nepřesně. Znáte to sami, napětí procesoru kmitá nahoru a dolů a pokaždé jinak. Tentokrát mu to ale Intel zatrhne a stavů bude výrazně více než tři. Pro všechny základní frekvence a stavy budou pevně dané hodnoty napětí. To opět sníží spotřebu, jelikož Intel si pohlídá, aby napětí bylo co nejnižší možné.
TDP
Poslední novinkou je konfigurovatelné TDP. Jak jistě víte, dnešní CPU mají TDP pevně dané a dá se pouze navýšit jeho hlídaná hodnota v BIOSu desky třeba pro přetaktování. Změnit ji ale nadobro přímo nelze. U Ivy Bridge to půjde směrem dolů i nahoru. Už jsem to trochu nakousl u povídání o tranzistorech.
Uživatel si bude moci vybrat, zdali bude chtít vyšší výkon při nějaké spotřebě nebo běžný výkon při nižší spotřebě. Ke změně bude sloužit BIOS a utilita pro operační systém. Nejsem si zcela jist, zdali tato záležitost bude dostupná i u desktopu, u notebooků zcela jistě. Výhoda je to zejména pro výrobce počítačů, kteří si z jednoho modelu CPU budou moci nastavením udělat plejádu různých modelů. Nakoupíte řadu 20W procesorů a do jednoho notebooku jej dáte jako 15W, do výkonnějšího naopak jako 35W monstrum. S TDP se samozřejmě navyšuje a snižuje takt a napětí. Neexistuje čtyřjádro s TDP pod 20 W? Nevadí, uděláte si ho sami z vyššího modelu. Zdali to bude mít úspěch teprve ukáže čas, zajímavé to ale je.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
