Состояние и тенденции развития современных процессоров

В современных компьютерах в основном используются процессоры производства двух компаний – Intel (доля на рынке составляет более 80%) и AMD (около 19%). Доля остальных компаний – менее 1%.

На сегодняшний день в основе продукции компании Intel лежат пять основных семейств – Pentium (Dual-Core), Celeron (Dual-Core), Core i3, Core i5 и Core i7. Первые три нацелены на бюджетные домашние и офисные решения, два последних лежат в основе высокопроизводительных систем.

Компания AMD предлагает процессоры серий Athlon II, Phenom II, A-Series и FX-Series.

Основными характеристиками современных процессоров являются количество ядер, тип разъема и тактовая частота.

Большинство современных процессоров являются многоядерными. Это значит, что в одной микросхеме по сути находится сразу несколько процессоров. Самыми распространенными являются двух- и четырехъядерные чипы, несколько меньше распространены процессоры с тремя, шестью и восемью вычислительными ядрами.

Любой процессор устанавливается в системную плату, на которой для этого существует специальный разъем (гнездо), или по-другому – сокет. Процессоры разных производителей, серий и поколений устанавливаются в разные типы разъемов. Сейчас для настольных компьютеров таковых семь – четыре для чипов Intel и три для AMD.

Тактовая частота – характеристика, определяющая производительность процессора, измеряющаяся в мегагерцах (МГц) или гигагерцах (ГГц) и показывающая то количество операций, которое он может проделать в секунду.

В табл. 5.4 представлены указанные характеристики для современных семейств процессоров[1].

Таблица 5.4

Семейство

Количество

ядер

Тип разъема

Тактовая

частота,

ГГц

Intel

Core 2

2,4

LGA 775

1,86-3,5

Celeron

(Dual-Core)

1,2

LG А 775,1156,1155

1,6-2,5

Pentium

(Dual-Core)

2

LGA 775,1156,1155

2,6-3

Core i3

2

LGA 1156, 1155

2,93-3,33

Core i5

2,4

LGA 1156,1155

2,67-3,6

Core 17

2, 4,6

LGA 1366, 1156, 1155, 2011

2,66-3,6

AMD

Sempron

1

Socket AM2+, AM3

2,6-2,8

Athlon II

2, 3, 4

Socket AM3, FM1

2,6-3.4

Phenom II

2, 4, 6

Socket AM2+, AM3

2,5-3,7

A-series

2, 3, 4

Socket FM1

2,1-3

FX-series

4, 6, 8

Socket AM3+

3,3-4,2

Характерные особенности современных микропроцессоров:

  • • широкий спектр используемых процессорных технологий: высокоскоростная обработка операндов с фиксированной и плавающей точками, пакетная обработка данных и др.;
  • • сложные схемотехнические решения с использованием десятков миллионов транзисторов (около 2 • 106 штук только для логики процессора);
  • • высокоточная и совершенная технология изготовления микросхем (с нормами менее 0,1 мкм, с большим числом слоев металлизации).

Один из возможных путей повышения производительности процессоров при равных технологических возможностях производителей состоит в использовании оригинальных архитектур. Следует выделить два основных направления развития архитектуры современных УП [18]:

  • • направление, которое базируется на использовании высокой тактовой частоты (при сравнительно простых схемных решениях и структуре процессора) и получившее название Speed Daemon (быстрый "демон");
  • • направление (Brainiac), базирующееся на усложнении логики планирования обработки данных и внутренней структуры процессора (при сравнительно низкой частоте тактирования).

В рамках каждого из указанных направлений используются различные архитектурные приемы, направленные на повышение производительности процессоров.

Усилия разработчиков универсальных микропроцессоров направлены на улучшение их показателей (производительность, функциональные возможности, стоимость и др.). Из-за противоречивости требований невозможно получить оптимальные значения всех показателей для любого процессора, поэтому при создании каждого конкретного типа микропроцессоров принимаются компромиссные решения. Рассмотрим их суть при повышении тактовой частоты, пропускной способности (и объема) подсистемы памяти, количества параллельно функционирующих исполнительных модулей.

Максимальная тактовая частота определяется быстродействием выполняемых процессором операций, которое зависит от размеров элементов (транзисторов) и длины соединений между ними, поэтому для повышения тактовой частоты необходимо:

  • • уменьшать размеры транзисторов или проектные нормы технологического процесса. В настоящее время производители микропроцессоров перешли на проектные нормы 0,18 мкм и менее. Уменьшение размеров транзисторов сопровождается снижением напряжения питания с 5 до 2,5– 3 В и ниже, а также выделением тепловой энергии;
  • • уменьшать длину внутренних межсоединений процессора, что достигается более плотной компоновкой функциональных блоков кристалла (увеличением числа слоев металлизации, локализацией взаимодействующих элементов микропроцессора);
  • • использовать более совершенную технологию изготовления микросхем. Биполярная и КМОП-технология на высоких частотах имеют примерно одинаковые показатели тепловыделения, однако КМОП-схемы более технологичны, что и определило их преобладание в микропроцессорах.

Увеличение пропускной способности подсистемы памяти. Подсистема памяти снабжает процессор командами и данными, загружая его работой. Производительность процессора существенно зависит от пропускной способности подсистемы памяти. Повышение пропускной способности подсистемы достигается:

  • • введением кэш-памяти (с соответствующей структурой и организацией). Наиболее распространенное решение состоит в размещении на кристалле отдельных кэш-памятей первого уровня для данных и команд с возможным созданием внекристалльной кэш-памяти второго уровня. При этом внутрикристалльный кэш работает на тактовой частоте процессора, а время доступа к нему составляет два такта;
  • • совершенствованием шинного интерфейса:
  • – технические усовершенствования, приводящие к повышению частоты работы шины и (или) быстродействия шины;
  • – введение двух независимых шин (процессор – кэш, кэш – основная память), устраняющих конфликты.

Повышение степени внутреннего параллелизма достигается совершенствованием суперскалярной архитектуры в каждом последующем поколении микропроцессоров: увеличивается число функциональных исполнительных устройств; сокращается число ступеней конвейера; уменьшается длительность каждой ступени расширяются функциональные возможности (ММХ- и SSE-технологии, переименование регистров и предсказание переходов и др.).

  • [1] URL: compbegin.ru/artbegin/view/_69.
 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >