Úterý, 21. duben 2009, autor: Mirek Jahoda

Ve spolupráci se společností Intel jsme pro vás připravili soutěž o atraktivní ceny, jimž vévodí nový čtyřjádrový procesor Intel Core i7 920 (architektura Nehalem). Opět bude stačit, když zodpovíte tři otázky, na něž naši pravidelní čtenáři jistě budou odpovědi znát a pak už potřebujete jen štěstí při losování ze správných odpovědí.

Soutěžní otázky

1. Jak se jmenuje nástupce architektury Nehalem pro 32nm proces?
   a) Larrabee
   b) Westmere
   c) Penryn
2. Jakou technologií jsou současné procesory Intel Core i7 vyráběny?
   a) 65nm
   b) 45nm
   c) 32nm
3. Jak se nazývá technologie použitá u Intel Core i7, která umožňuje současný běh více výpočetních vláken na jednom fyzickém jádru?
   a) Hyper-Threading
   b) Quickpath
   c) Turbo Boost

Ceny

1. procesor Intel Core i7 920 (Bloomfield, 2,66 GHz)
   
2. Intel Sponsored BMW Sauber F1 Team collection: pánské tričko a čepice
   
3. Intel Sponsored BMW Sauber F1 Team collection: mini batůžek a čepice
   

Za poskytnutí cen do soutěže děkujeme společnosti Intel

Nezapomeňte si přečíst

• Nehalem poprvé: Core i7 920, 940 a 965 XE v testu
• 8 GB RAM v triple channel anebo co snese Core i7
• Faceliftovaný Nehalem (Westmere), nové Xeony a Clarkdale
• Test 30 procesorů: velké finále

Termíny a další pravidla

Soutěž bude probíhat do 11. května. Po tu dobu tedy budete moci pomocí soutěžního formuláře odesílat správné odpovědi. Po tomto dnu bude soutěž uzavřena a do týdne budete na stránkách ExtraHardware.cz seznámeni se správnými odpovědmi a přezdívkami či částmi e-mailových adres tří výherců. Podmínkou zařazení mezi soutěžící je právě jedno (nikoli tedy více) vyplnění a odeslání formuláře.

Architektura procesorů Core i7 (Nehalem)

Kdo už někdy viděl nějakou tu fotografii procesoru, určitě si dobře uvědomuje, že tolik pinů či kontaktních plošek jen tak nějaký procesor nemá. Na Core i7 jich napočítáte 1366, pouzdro procesoru se tak nazývá LGA 1366 (Land Grid Array). Je oproti pouzdrům procesorů řad Pentium 4 až Core 2 (LGA 775) větší, a Core i7 vyžaduje (nejen) proto novou základní desku s novou paticí.

Novinek není v Core i7 málo, shrňme si alespoň jako pozvánku k dalšímu rozboru architektury základní inovace a klíčové vlastnosti:

• 4 jádra nativně, nejedná se tedy o spojení dvou jader pomocí FSB
• HyperThreading umožňuje spustit až 8 vláken na 4 jádrech
• Intel Turbo Boost dokáže „přetaktovat“ vytížená jádra a nebo naopak vypnout nevytížená
• 8 MB sdílená L3 cache (Intel Smart Cache)
• integrovaný tříkanálový řadič pamětí DDR3 až do 1066 MHz
• Intel QuickPath Interconnect – výkonná sběrnice pro komunikaci s čipovou sadou

V posledních letech zavedl Intel chytrý způsob modernizace svých procesorů. Zatímco Pentium 4 (architektura NetBurst) bylo svého času možno označit za zcela nový procesor, o žádném jeho následovníku už to tak úplně neplatí. Core Duo (jádro Yonah) z počátku roku 2006 si vypůjčilo výpočetní jednotky z Pentia M, quad-pumped FSB pochází z architektury NetBurst, novinkou byla L2 cache sdílená (přesněji řečeno dynamicky rozdělovaná) mezi dvěma jádry. O půl roku později představené Core 2 Duo (Conroe), první člen nové architektury Core, pouze vyměnila výpočetní jádra za nově navržená, výkonnější.

Architektura Nehalem přejímá s minimálními změnami výpočetní jednotky Core. Zbavuje se ale zastaralé sběrnice FSB, přesouvá paměťový řadič do procesoru a radikálně mění systém vyrovnávacích pamětí (cache).

Změny v jádrech

Samotná výpočetní jádra přeci jen doznala drobných změn. Byla přidána podpora instrukcí SSE4.2, byl vylepšen alogirtmus predikce větvení kódu a také funkce „macro fusion“, což byla jedna z novinek v architektuře Core. Macro fusion umožňuje sloučit některé dvojice instrukcí do jedné, takže jsou obě vykonány v jednom taktu. Nehalem přidává podporu několika nových fúzí, v první řadě ale řeší nedostatek Core, které neumělo používat macro fusion v 64bitovém prostředí. Další změnou je návrat HyperThreadingu, tedy schopnosti počítat na jednom jádře dvě vlákna zároveň.

Integrovaný paměťový řadič

Jádro Bloomfield dostalo do vínku tříkanálový řadič podporující výhradně moduly DDR3. Budoucí čistě desktopové deriváty Nehalemu, které budou používat platformu LGA 1156, budou mít řadič klasický dvoukanálový. Jeho integrace do procesoru zde nebude mít ani tak význam pro výkon, jako pro nízkou cenu, neboť do CPU se přesune i řadič PCI Express a severní můstek čipsetu tak vůbec nebude potřeba.

QuickPath Interconnect

Starý quad-pumped Front Side Bus nahradila sběrnice jménem QuickPath Interconnect (QPI). U první generace se budou používat dvě rychlosti: 4,8 GT/s a 6,4 GT/s. GT znamená GigaTransfer a číslo tedy udává počet přenosů za sekundu, jinými slovy je to takt sběrnice a můžeme GT/s nahradit za GHz. QPI má šířku 20 bitů, jeho propustnost je tedy 12, respektive 16 GB/s. FSB (šířka 64 bitů) na 1600 MHz může teoreticky přenést až 12,8 gigabajtů za sekundu, QPI je ale full duplex linka, čili může zároveň přenášet stejný objem dat opačným směrem, a samozřejmě není zatěžována komunikací procesoru s jeho operační pamětí.

Úloha severního můstku, který už neobsahuje paměťový řadič, byla redukována na zprostředkování komunikace mezi procesorem (QPI), jižním můstkem (DMI) a grafickými akcelerátory a ostatními zařízeními (PCI Express).

Zpátky ke QuickPath. V desktopovém prostředí není možné tak rychlou sběrnici smysluplně využít. QPI ovšem bude mít význam pro servery, kde jej budou procesory používat také ke komunikaci mezi sebou a budou si přes něj vyměňovat obsahy svých operačních pamětí. K tomuto účelu budou mít serverové Nehalemy čtyři nezávislé QPI řadiče. Jak asi z tohoto povídání vyplývá, jedna QPI linka vždy spojuje jen dvě zařízení. Narozdíl od FSB jej tedy nelze sdílet mezi dvěma čipy v jednom balení. Nemusí to nutně znamenat, že už nikdy neuvidíme žádný „slepenec“, leč implementace tohoto řešení by narážela na nové překážky.

V podstatě stejným způsobem funguje sběrnice HyperTransport, kterou AMD používá už od dob prvních Athlonů 64. HyperTransport je oproti QPI širší, 32bitový. Současné procesory AMD řady Phenom používají HyperTransport 3.0 na 3,6 GHz, což jim poskytuje 14,4 GB/s propustnosti jedním směrem (HyperTransport je taktéž full duplex).

Cache

Jak už jsem zmínil, přepracován byl subsystém cache. První modely Core i7 kódově označené Bloomfield se chlubí osmimegabajtovou sdílenou L3 cache, každé jádro pak má 256 kB vlastní cache L2. Že by opět inspirace u AMD? Ne tak docela. AMD totiž používá takzvané exkluzivní cache, zatímco Intel vsadil na cache inkluzivní. Co tyto pojmy znamenají?

V inkluzivním systému cache platí, že data v L1 a L2 jsou (duplicitně) uloženy také v L3. Nevýhoda je tedy zřejmá: celková kapacita je omezena velikostí cache nejvyšší úrovně – konkrétně zde je to 8 MB. Tento přístup má ale i své výhody. Pokud výpočetní jádro hledá data, která jsou kdesi v cache uložena, při postupném prohledání vlastní L1, vlastní L2 a sdílené L3 na ně dříve či později narazí.

Naopak v exkluzivní cache jsou data uložena právě jednou, což umožňuje optimálnější využití její fyzické kapacity. To ale znamená, že data mohou být uložena ve vlastní cache jednoho jádra, ke kterému ostatní jádra nemají přímý přístup a je-li najednou potřeba data přesunout (třeba proto, že operační systém přemístí vlákno z jednoho jádra na druhé), vznikají nepříjemné latence.

Tolik ke srovnání s konkurencí, neméně zajímavé je ale i srovnání s předchozí generací, tedy Core 2 Quad (Yorkfield). Yorkfield se skládá ze dvou čipů Penryn, které každé obsahuje 6 MB L2 cache sdílené mezi jádra. Celkem je tedy vyrovnávací paměti dokonce o polovinu více, než u Bloomfieldu. Každé výpočetní jádro má L1 cache (32 kB pro data, 32 kB pro instrukce) s latencí tří cyklů. L2 je vzhledem ke své velikosti velmi rychlá, její latence je 14 cyklů.

Nehalem zachovává kapacitu L1 cache, ale zvyšuje její latenci na čtyři cykly. L2 má latenci 10 cyklů (ovšem její kapacita je pouze 256 kB). A konečně, L3 má velmi vysokou latenci 40 cyklů (a k tomu 16cestnou asociativitu oproti 24cestné u L2 architektury Core). Na Beyond3D fóru se rozhořela diskuze, zdali je nový systém cache zodpovědný za to, že Core i7 je v některých případech (konkrétně ve hrách) pomalejší, než stejně taktované Core 2 Quad. Ať už to tak je nebo ne, faktem zůstává, že architektura Nehalem je optimalizována pro počítání více vláken naráz, tedy pro typicky serverové úlohy a práci s multimédii, zatímco náročné jednovláknové aplikace mu tolik nesvědčí – jak ostatně uvidíte v následujících kapitolách s testy výkonu. Výkon v jednovláknových úlohách ale kompenzuje nová funkce pojmenovaná…

Turbo Mode

Je-li Turbo Mode aktivní, v případě potřeby se vytížená jádra přetaktují, zatímco ta nevytížená jsou vypnuta. Přetaktování se děje změnou násobiče. Jak je vidět na schématu platformy v bloku věnovaném sběrnici QPI, procesor (a také northbridge i southbridge) odvozuje svůj takt od jednoho generátoru, který poskytuje frekvenci 133,33 MHz, proto se takt jednotlivých jader v Turbo Mode mění v těchto krocích.

Každé jádro má vlastní násobič, může tedy dojít k případu, kdy dvě jádra budou vypnutá a zbylá dvě poběží každé na jiné frekvenci.

Vyplněním a odesláním výslovně souhlasíte s tím, že vydavatel časopisu, obchodní firma Extra Publishing, s. r. o., Hrnčířská 23, 602 00 Brno, IČ 27689247, může využít vámi poskytnuté osobní údaje (v tomto případě e-mail) k obchodním a marketingovým nabídkám, a to až do písemného odvolání vašeho souhlasu. Režim poskytnutí osobních údajů se řídí aktuálním zněním Zákona o ochraně osobních údajů č. 101/2000 Sb. Kdykoliv po vašem odmítnutí vám okamžitě přestanou být zasílány další obchodní a marketingové nabídky.

Odpověď na otázku č. 1: *

a

b

c

Odpověď na otázku č. 2: *

a

b

c

Odpověď na otázku č. 3: *

a

b

c

Váš e-mail: *