Nehalem

Bloková schéma architektúry (anglicky)

Nehalem je kódové označenie pre mikroarchitektúru procesorov, ktorú vyvinul Intel. Procesory postavené na architektúre Nehalem boli vydané vo štvrtom štvrťroku (2008) v high-end verziách, bežné verzie až v treťom štvrťroku roku nasledujúceho. Nehalem je nástupca staršej mikroarchitektúry Core.

Nehalem používa 45nm výrobný proces z predchádzajúcej generácie a uplatňuje ho pre novú architektúru. Neskôr v roku 2010 sa začali vyrábať slabšie modely aj 32nm technologickým procesom. Pracovný systém s dvoma procesormi Nehalem bol uvedený na Intel Developer Fóre na jeseň 2007.

Táto architektúra je pomenovaná po rieke Nehalem v severozápadnom Oregone, ktorá je zase pomenovaná po pokolení rodených Američanov v Oregone. Kódové meno bolo zobrazené na konci niekoľkých vývojových máp spoločnosti už v roku 2000. V tej dobe to mal byť posledný vývoj architektúry NetBurst. Vzhľadom na to, že architektúra NetBurst bola opustená, kódové meno bolo použité znovu pre úplne iný projekt.

Technológia

Išlo o jednu z najväčších revolúcií x86 architektúry od doby vydania Pentia Pro v roku 1995. Nehalem je vysoko škálovateľný s rôznymi komponentmi pre rôzne úlohy. Nehalem má nasledujúcu špecifikáciu:

Dvoj, štvor a osem jadrové varianty
Integrovaný pamäťový radič podporujúci DDR3 SDRAM a 1 až 6 pamäťových kanálov
45nm a 32nm výrobný proces
Low-end varianty budú mať integrovaný grafický procesor (IGP) umiestnený mimo čip, ale v rovnakom puzdre
Používa nové point-to-point prepojenie procesorov nazývané Intel QuickPath Interconnect, ktoré nahradí zastaralú front-side bus
Hyper-threading, ktorý nebol prítomný na bežných procesoroch od Intelu od roku 2006
Natívne (monolitické, t.j. všetky procesorové jadrá na jedinom čipe) štvor a osem jadrové procesory
731 miliónov tranzistorov pri štvorjadrovom variante
32 KB L1 inštrukčnú a 32 KB L1 dátovú cache na jedno jadro
256 KB L2 cache na jadro
8 MB L3 cache zdieľanej medzi všetkými jadrami
O 33% efektívnejšie v mikro-ops operáciách ako Core
2. úroveň radu prediktora a 2. úroveň Translation Lookaside Buffer
Modulárne bloky komponentov, ako sú jadrá, môžu byť pridané alebo odstránené pre rôzne segmenty trhu

Cache pamäť

Hlavnou novinkou bola ďalšia úroveň cache pamäte. Oproti mikroarchitektúre Core bola pridaná ďalšia úroveň pamäte a to L3. L1 cache má veľkosť 64 KB a je rozdelená na dátovú (32KB) a inštrukčnú (32KB). Pamäť L1 je samostatná pre každé jadro a jej rýchlosť sú 4 cykly. Nad ňou sa nachádza L2 pamäť, ktorá je opäť samostatná pre každé jadro. Jej veľkosť je 256 KB a rýchlosť je 10 cyklov. Pamäť L3 je už však zdieľaná medzi všetkými jadrami a má veľkosť 8 MB (Lynnfield, Bloomfield). Rýchlosť je 40 cyklov. Z toho dôvodu sa stáva synchronizácia medzi jadrami pomerne pomalá, ak porovnáme rýchlosť L1 a L2 pamäte s L3.

Integrovaný pamäťový radič

Ďalšia zmena oproti predchádzajúcim architektúram Intelu bol pamäťový radič, ktorý je už umiestnený v procesore. Predtým bol umiestnený v severnom mostíku, takže keď procesor potreboval pristupovať k RAM pamäti, tak musel ísť cez severný mostík.

To, že sa radič pamätí premiestnil do procesora, má za následok značné zrýchlenie prístupu k RAM pamäti (zníženie latencie). Integrovaný pamäťový radič je najviac trojkanálový (3×64bit) a na každý kanál je možné pripojiť dva DIMM moduly, to znamená, že je možnosť celkovo pripojiť až 6 pamäťových modulov. Tieto pamäťové moduly sú typu DDR3 na frekvenciách 800 MHz, 1066 MHz a 1333 MHz. Sloty s pamäťou môžeme osadiť rôzne veľkými modulmi. Radič vie niekoľko módov, ako s nimi pracovať a to asymetrický dual-channel či asymetrický triple-channel. Najlepší výkon ale dosiahneme, ak osadíme pamäťové moduly rovnakej kapacity.

QuickPath Interconnect (QPI)

Novinkou bola tiež QPI zbernica nahrádzajúca starú FSB zbernicu sa skladá z dvoch 20-pinových spojov (full duplex), to znamená 20 pre prichádzajúcu komunikáciu a 20 pre odchádzajúcu. Z týchto 20 spojov je ich 16 určených pre komunikáciu a 4 zostávajúce pre riadenie prevádzky a detekciu chýb.

QPI zbernica pracuje na frekvenciách 2,4 GHz, 2,93 GHz alebo 3,2 GHz. Jej celková maximálna priepustnosť je 12,8 GB/s jednom smere, takže v oboch smeroch môže prepúšťať až 25,6 GB/s. Hlavné použitie je predovšetkým v prepojení procesora a čipsetu, alebo pre prepojenie procesorov medzi sebou, čo je uplatňované pri serveroch.

Turbo Boost

Hlavné použitie má v prípade, keď procesor má vyťažené jedno jadro, niektorou aplikáciou používajúcou jedno jadro. V takom prípade je možné automaticky zdvihnúť frekvenciu využívaného jadra a to tak, že zdvihneme násobič až o 5, avšak za podmienky, že ostatné jadrá majú minimálne vyťaženie. Hlavným dôvodom tohto pravidla je to, že nesmieme prekročiť odporúčanú pracovnú teplotu procesora a maximálnu spotrebu, oboje by mohlo spôsobiť nestabilitu z dôvodu prehriatia CPU alebo napájacích obvodov.

Ak sú 2 jadrá plne vyťažené a zvyšné dve sú v minimálnom zaťažení, potom je možné zdvihnúť násobič o 2-3. Ak sú všetky jadrá maximálne zaťažené, potom možno zdvihnúť násobič o 1-2.

Referencie

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Nehalem na českej Wikipédii.

Externé odkazy

Zdroj:
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.