Next-gen Intel

V poslednom čase sa neustále stretávame s pojmom next-gen. Či už je to v súvislosti s hernými konzolami alebo v súvislosti s nadchádzajúcou generáciou počítačových hier, slovko next-gen má vždy niečo spoločné s niečím, čo by malo byť v určitom zmysle revolučné, alebo aspoň mimoriadne evolučné. Teraz nastáva čas, aby next-gen prišiel aj do našich počítačov v podobe nových procesorov od Intelu. Po takmer piatich rokoch totiž architektúre NetBurst odznele konečná a už v polovici roku 2006 nás čaká niečo úplne nové.

História architektúry NetBurst
Všetko sa začalo niekedy koncom roka 2000. Vtedy Intel na trh uvidol svoj prvý procesor na báze architektúry NetBurst. Doštička so 423 nožičkami a jadrom Willamette skladajúcim sa z asi 42 miliónov tranzistorov dostala meno Pentium 4. Intel tým spravil hneď niekoľko zmien.
Z názvu badateľnou je upustenie od číslovania procesorov arabskými číslicami. Pravdepodobne tak chceli chlapci od Intelu ľuďom ukázať, že Pentium 4 je naozaj niečo nové, niečo výnimočné. V určitom zmysle naozaj bolo. Mnohý boli ohromený jeho dovtedy nevídanými frekvenciami. V momente uvedenia na trh sa dostali modely s pracovními frekvenciami 1,3, 1,4 a 1,5 GHz. Intelov dovtedy najrýchlejší (aj najvýkonnejší) desktopový procesor Pentium III sa mohol píšiť frekvenciou „len“ 1 GHz. Intel tvrdil, že výkon nových procesorov bude oproti predchádzajúcej generácii 2,5 až 3-násobne vyšší. Ale už čoskoro sa ukázalo, že nie je všetko zlato čo sa bliští.

Prvé benchmarky priniesli veľmi rozporuplné výsledky o výkone Pentia 4. Najrýchlejsí model podával obdobné výkony ako najrýchlejšie Pentium III, či Athlon od konkurenčného AMD. Jedine v situáciach keď sa využívala jeho nová inštrukčná súprava SSE2 Pentium 4 excelovalo. Takisto spolupráca s pamäťou bola závratná. Efektívne 400 MHz-ová systémová zbernica s pripustnosťou vyše 3 GB/s dokázala robiť divy. Výkon by sa ale dal s odstupom času hodnotiť ako veľmi vysoký, pretože programy využívajúce SSE2 sa začali pomerne rýchlo množiť.

Ak nebol problém výkon, tak bol problém cena. K už tak drahému Pentiu 4 ste si museli kúpiť nielen novú základnú dosku (to je však ale u Intelu už od dôb Pentia II samozrejmosť), ale aj nové, nehorázne drahé, pamäte RDRAM (napriek tomu, že ich už Intel asi tri roky nepodporuje, stále sa vyrábajú a skúste sa preto pozrieť do nejakého cenníka) a aj novú skriňu typu ATX 2.0 s novým zdrojom, ktorý bol Pentium 4 kompatibilný. Ak teda niekto mal dosť peňazí a chcel si kúpiť nový počítač, bolo všetko v poriadku. Horšie to už bolo pre tú ostatnú, myslím si, že prevažujúcu väčšinu ľudí.

Intel pomerne rýchlo zareagoval a do niekoľkých mesiacov začal dodávať základné dosky a čipové súpravy poporujúce pamäte typu SDRAM.
V kombinácii s pamäťami SDRAM sa však dalo Pentium 4 označovať ako Celeron. Cena už bola viac menej priateľná, ale výkon za to nestál. Pre mnohých vrátane mňa sa tak stalo prvé Pentium 4 sklamaním.

Prišiel rok 2002 a s ním aj frekvenčný strop vtedajšieho Pentia 4. Bola ním frekvencia 2 GHz. Napriek všetkému čo sa napísal sa Pentiá 4 predávali pomerne dobre, ale Intel si aj tak nemohol dovoliť úplne sa zbaviť Pentií III. Urobil jeden vtipný krok a najmodernejšie Pentium III s jadrom Tualatin premenoval na Celeron. Tým pádom Pentium III mohlo vypadnúť z hry a Celeronovy mohli dosahovať vyššie frekvencie, čo drvivú väčšinu užívateľov úplne uspokojovalo. To však ešte nebolo všetko a Celerony veľmi skoro dostali jadro Willamette. Týmto krokom Intel históriu architektúry P6 na čas uzatvára (architektúra ale bude veleúspešne znovuzrodená v podobe Pentia M).

Pentiá 4 museli nutne dosahovať vyššie frekvencie, pretože konkurencia nezaháľala a AMD svojim novým Athlonom XP veľmi usilovne žačalo zadupávať do zeme. Intel nezaspal a vylepšil vtedajšie Pentium 4 novým jadrom Northwood. Malo o 10 miliónov tranzistorov viac, malo dvojnásobné množstvo pamäte cache a efektívna rýchlosť zbernice sa zvýšila na 532 MHz. Konečne pribudla podpora pamätí DDR SDRAM. Nové Pentiá však opäť potrebovali novú päticu. Stal sa ňou Socket 478.
Aby nás Intel ešte trochu viac zmiatol a oddelil Pentium 4 od Celeronov, rozhodol sa, že Socket 423 bude určený len pre Celerony a aj Pentiá 4 s jadrom Willamette začal okamžite vyrábať len pre nový Socket. Jadro Northwood Pentium 4 naozaj omladilo a to teraz mohlo dosahovať frekvencie ďaleko vyššie. Takisto výkon bol o niečo vyšší a spotreba o niečo nižšia, keďže sa prešlo na nový výrobný proces, s tranzistormi o veľkosti 130 nm.

Nové Pentiá 4 s jadrom Northwood nás sprevádzali až do konca roku 2003. Počas tohto obdobia prešli ešte jednou zmenou, bolo ňou aktivovanie technológie Hyper Threading, vďaka ktorej mohol procesor pracovať s dvoma programovými vláknami súčastne a za predpokladu, že to program umožňoval sa dal dosiahnúť výkonnostný nárast aj 30% na rovnakej frekvencii. Takisto efektívna rýchlosť zbernice bola zvýšená na 800 MHz a jej priepustnosť tým vzrástla na vtedy úctihodných 6,4 GB/s. Zvýšenie rýchlosti bolo opodstatnené príchodom dual channel zapojenia pamätí DDR SDRAM. Najrýchlejšie modely, ktoré sa s týmto jadrom predávali bežali na 3,2 GHz.
Pentium 4 s jadrom Northwood je, ako sa zachvíľu dočítate, asi zatiaľ to najpodarenejšie, čo nám architektúra NetBurst priniesla a Intelu pomohlo vybojovať na pomerne dlhú dobu pomyselnú korunku výkonnostného kráľa až do príchodu Athlonov 64, ktorú v drvivej väčšine oblastí neprekonal dodnes.

Príchod roku 2004 sa niesol v znamenín správ o uvedení nového Pentia s jadrom Prescott. Malo niesť označenie Pentium 5 a byť výkonostne v porovnaní s predchodcami niekde úplne inde. Čo iné by ste aj očakávali od procesoru obsahujúceho vyše dvojnásobný počet tranzistorov ako jeho predchodca, čiže zhruba 120 miliónov? Histíoria sa včak opäť opakovala a napriek všetkým zmenám vykonaných v jadre sa výkon nezvýšil ani náhodou, v niektorých prípadoch dokonca klesol. Výkon sa jednoducho pohyboval v rozmedzí +/- 5%.

Prescott však mohol dosahovať opäť vyššie frekvencie a tým pádom by sa akýkoľvek pokles zotrel. Navyše rozšíril inštrukčnú súpravu (SSE3), veľmi jemne vylepšil Hyper Threading, zdvojnásobil veľkosť L1 a L2 cache a znížil spotrebu energie pretože sa s Prescottom prešlo na 90 nm-ový výrobný proces.

Teplotu však vyžaroval úctihodnú a práve kvôli tomu doň Intel zabudoval teplotný senzor. Kedykoľvek by teda teplota presiahla únosnú hranicu začal procesor generovať prázdne inštrukcie (NOP) a tým pádom žnížil svoj výkon ale aj teplotu naozaj razantne. Teplotný senzor však priniesol nejednému majteľovi Prescotta ťažké chvílky, pretože netušili, že ich chladič je preň jednoducho nedostačujúci a prehrievajúci procesor musel neustále generovať NOP inštrukcie a znižovať tak svoj výkon.

Spočiatku nebolo jasné prečo má procesor toľko tranzistorov. Zvýšenie množstva cache a jemné zmeny v architektúre mohli spotrebovať nanajvýš 20 miliónov tranzistorov (ak sa zohľadní ako sa ich počet zvyšoval pri prechode z jadra Willamette na jadro Northwood). Prvé Prescotty boli určené pre Socket 473, ale bolo nám oznámené, že zanedlho ich vymenia verzie určené pre Socketu T (opäť nové základné dosky). Tým začali aj prvé špekulácie ohľadom počtu tranzistorov, ktoré sa časom ukázali ako pravdivé.

Athlon 64 dokázal vykonávať 64-bitový kód rovnako efektívne ako 32-bitový a tých 64 bitov v názve bol veľmi múdry marketingový ťah. Všetci totiž vedia, že 64 bitov je viac ako 32 a podľa toho sa aj zariaďovali. Intel videl, že 64 bitov má veľký potenciál a napriek tomu, že AMD za tento ťah kritizoval a odsudzoval sa sám uchýlil k tomu čo oni.

Naneštasite pre Intel však Prescott v dobe vývoja nebol zamýšlaný ako 64-bitový procesor a tak sa rozhodli, že zduplikujú všetky funkčné obvody, registre a príznaky a procesor tak teda dokáže spracovať aj inštrukcie s dvojnásobnou, v tomto prípade 64-bitovou veľkosťou. Práve tento fakt mal za následok zdvojnásobenie počtu tranzistorov a predĺženie pipeline.

Pentium 4 sa tak časom dočkalo možnosti vykonávať 64-bitové inštrukcie a bolo obdarované ďalšími technológiami ako Intel NX bit, Enhanced Speed Step a podobne a v posledných mesiacoch aj o dvojnásobkom L2 cache.
Neustále sa zvyšujúci model numbering procesorov Athlon 64 prinútil Intel ukončiť indexovanie procesorov podľa frekvencie a aj on prešiel na spôsob ich označovania určitou sadou číslic. Pentium 4 ale už narazilo na hrananice svojich možností a skončilo pri frekvencii 3,8 GHz. Procesory by už pri vyššej teplote naozaj "piekli" a bolo by ich mimoriadne ťažké uchladiť.

Po stručnom úvode sa ale teraz už prenesme k novej architektúre.

Intel’s Next Generation Micro-Architecture
Nebýva zvykom, že si výrobca svoj produkt nepomenuje. Intel tak urobil a nová architektúra jeho procesorov zatiaľ nesie „označenie“ z titulku tohto odseku. Čo ale architektúra prinesie?

Intel tvrdí, že si vezme to najlepšie z Pentia 4 a Pentia M. To znamená, že od Pentia 4 dostane do vienka Quad Pumped zbernicu (prenáša dáta 4 krát za takt, preto je jej efetívna pracovná frekvencia jej fyzická násobená štyrmi), podporu 64-bitových inštrukcí (tento krát bude zabudované od základu a pôjde teda o architektúru typu x86-64), microOPs (mikroinštrukcie) dodávané priamo z dekóderov a podobne. Pentium M ho bude inšpirovať pravdepodobne všetkým, pretože výkonovo je na tom asi rovnako ako Athlony 64. Samozrejmnosťou bude zabudovanie jeho energiu šetriacich technológií. Podľa súčastného trendu budú procesory navrhnuté ako dual core, to znamená s dvoma jadrami. Výrobná technológia 65 nm už od začiatku výroby je samozrejmá takisto.

Nová architektúra je samozrejme úplne nová, to znamená, že nevychádza zo žiadneho z predchodcov. Inžinieri (a možno aj inžinierky) Intelu na nej pracujú usilovne už takmer tri roky. Pravdepodobne aj to je dôvod prečo Intel ponechával výkonné Pentiá M len pre mobilný trh a nedovolil im nastúpiť na trh desktopových systémov. Chce totiž to zlúčiť mobliné a desktopové systémy (to znamená rovnaká architektúra) a Pentium M by mu svojimi vlastnosťami odobralo mnoho noviniek, ktorými by mohol najväčšiu časť trhu obdarovať.

Dĺžka pipeline sa zmenší na 14 stupňov (Prescott má 31). Vďaka tomu sa výrazne zníži riziko nesprávneho predpovedania a nehrozí tak, že by procesor za 31 (resp., 14) hodinových cyklov nič nevykonal. Riziko bude navyše ešte výrazne obmedzené vylepšeným mechanizmom predpovedania udalostí preocesorov Pentium M.

Počet jednotiek ALU (starajú sa o výpočty s celými číslami) a FPU (čísla s desatinnou čiarkou) je zatiaľ neodhalený, ale dá sa predpokladať, že bude o niečo vyšší ako u Pentia M, čo znamená hrubý výkon nad úrovňou Athlonov 64 (Pentium 4 ho malo hlboko pod ich úrovňou, dokonca aj pod úrovňou Pentia III). Už to znamená, že z toho budú benefitovať všetky aplikácie. Čo je však ešte lepšie je fakt, že nové procesory budú zvládať 4 microOPs za takt (Athlon 64 len 3). Ako som už vyššie spomenul, microOPS budú dodávané priamo z dekóderov, čo je trik šetriaci čas, ktorý používa Pentium 4.

Nové procesory budú spracúvať viac Out-of-Order inštrukcií (inštrukcie mimo poradia). Pentium 4 ich dokázalo vykonať 126, tento počet bude u nových procesorov zvýšný celkom určite. Navyše od Pentia M dostane schopnosť ich spájania nazývanú MicroOPs Fusion (spájanie mikroinštrukcií). Procesor ich bude môcť spájať viac a navyše bude schopný nahradzovať vhodné kombinácie inštrukcií už pred ich dekódovaním. Ako to funguje vysvetlím na príklade. Predstavte si, že procesor má spracovať 4 inštrukcie. Ak ich ale dokáže nahradiť menším počtom, napríklad jednou s rovnakým významom, tak to spraví. Uvoľní tým priestor pre dekódovanie ďalších inštrukcií a šetria sa tým drahocenné nanosekundy.

Procesory dostanú novú technológiu, tzv. Memory Disambiguation (niečo ako odstránenie dvojzmyselnosti určitých dát v pamäti). Čo má táto technológia znamenať bohužiaľ ešte neviem, ale akonáhle to zistím, updatnem článok.

Jadrá budú obsahovať 2 alebo 4 MB zdielanej vyrovnávajúcej pamäte L2 cache. Zdielaná cache je v tomto prípade výhodná, pretože procesory budú navrhnuté od základu ako dvojjadrové. Zdielaná však nebude len L2, ale historicky prvý krát aj L1 cache. To znamená niečo ako jedna pamäť a dva mozgy. Nepotrebujete mať dve pamäte. Stačí vám, keď mozgy dokážu medzi sebou efektívne komunikovať (t. z. tou najrýchlejšou cestou) a deliť sa o prostriedky a dosiahnutie VEĽMI vysokého výkonu nebude len čistá teória. Dáta z pamäte budú du cache dopravované špekulatívne, teda ešte pred tým ako na ne vznikne reálna požiadavka. Doteraz bol tento mechanizmus využívaný na dodávanie dát z pamäte len do L2 cache, ponovom ale budú dopravované aj do L1 cache. Tento špekulatívny výber sa bude ale uskutočňovať len za predpokladu, že cache nebude úplne vyťažená. V opačnom prípade by to spôsobovalo jej preťaženie a pokles výkonu. Vďaka tomu bude cache neustále zásobovaná dátami, ktoré si už nájdu využitie.

Očakávalo sa, že nové procesory budú disponovať integrovaným pamäťovým radičom, podobne ako Athlony 64. Nestane sa však tak. Naďalej zostane prítomná zbernica FSB, prostredníctvom ktorej procesor komunikuje so systémom. Jej efektívna frekvencia bude zvýšená už od začiatku na 1 066 MHz a neskôr až na 1 333 MHz. Athlony sú v operáciach náročných na pamäť mimoriadne rýchle práve vďaka integrovanému radiču. Ten im umožňuje extrémne rýchlo pristupovať do pamäte a navyše s malými latenciami. O tom sa nám u Intelu zatiaľ môže len snívať (ale samozrejme, že to nebude až také strašné, ako to možno z týchto slov vyznelo). Šíria sa aj špekulácie, že nové procesory Intelu budú mať takýchto zberníc FSB viac. Nuž, zdá sa mi to trochu pristrihnuté za vlasy, ale uvidíme.

Spotreba by mala byť podľa slov Intelu jednoducho úžastná. Tak ako Pentium M aj jeho nepriami nasledovníci budú schopný vypínať či uspávať časti cache a funkčné bloky, ktoré sa momentálne nebudú používať. Ich normálny stav je „off“, to znamená, že sa budú zapínať len v prípade potreby. To je na jednej strane veľmi pekné, veď procesory s TDP 35W by mali mať v kľude spotrebu najviac 2 W, ale na strane druhej som si neni istý, či to neustále vypnanie a zapínanie nebude stát priveľa hodinových cyklov.
S najväčšou pravdepodobnosťou sú však moje obavy úplne zbytočné. Funkčné bloky sa asi vypnú naozaj len vtedy, keď to bude potrebné a počas behu aplikácii, ktoré nútia procesor pracovať sa také niečo asi naozaj nestane, takže ostatné dve vety, ktoré som napísal sú vlastne zbytočné ?.

Určenie
Procesory založené na next-gen architektúre Intelu budú mať úplne rovnaké vlastnosti, budú však optimalizované pre svoje pole pôsobnosti. Takto vzniknú tri rady procesorov. Tie ktoré budú smerovať do desktopov (Conroe), tie ktoré budú smerovať do notebookov (Merom) a tie, ktoré budú určené pre servery (Woodcrest a Whitefield).

Zatiaľ nie je jasné, či sa dočkáme odľahšenej vezie Meromu, nasledovníka Pentia M, čiže niečoho ako Celeronu M. Oficiálne roadmapy zatiaľ nič ani len nenaznačujú, takže mobilný sektor asi bude vyhradený len pre jeden typ procesoru. Môžeme teda očakávať, že úlohy toho slabšieho sa zhostí procesor Yonah, čiže vylepšené, tentokrát už dvojjadrové Pentium M. Platforma sa bude v tak prípade Yonahu, ako aj v prípade Meromu nazývať Napa, takže moje predpoklady asi budú správne. Cielové TDP prvých modelov Meromu bude 35W.

V prípade procesorov Conroe už je situácia jasná. Delenie typu Pentium 4 / Celeron asi zostane naďalej, keďže sa budú vyrábať verzie s 2 a 4 MB pamäte cache. Procesory budú naďalej určené do Socketu T, ale zatiaľ nie je isté, či ich súčastné čipové súpravy príjmu. Ak áno, bola by to doslova bomba! Ak nie, budeme musieť pokračovať v Intel-rituále nový procesor, nová doska. V súvislosti s Conroeom sa hovorí o TDP 65 W.

V serverovom prostredí bude na výber z procesorov Woodrest a Celeron. Woodcrest bude obdobou Conroe pre servery, dve jadrá zostávajú, L2 cache sa ale rozšíri na veľkosť 4 MB. Cieľové TDP bude 80W.

Procesory Whitefield budú asi to „najbrutálnejšie“, čo si môžeme predstaviť. Budú quad core (4 jadrá) a budú obsahovať 16 MB (!) pamäte druhej úrovne. Budú jednoznačne určené do viacprocesorových serverových zostáv.
O TDP Intel pochopiteľne mlčí, i keď je v tom veľký dôvod nevidím. Keby uviedol, že bude mať hodnotu povedzme 150W, tak to ľudí, pre ktorých je určený rozhodne neposadí na zadok. Takýto procesor si nebude kupovať žiadny lammer do svojej hráčskej mašiny, ale človek, či skôr veľká skupina ľudí, alebo v prípade viacprocesorového použitia aj organizácie, ktoré vedia, že ich procesor nájde využitie a bude ich jeho prevádzkovanie stáť omnoho menej, akoby mali prevádzkovať viacero pažravých dvojjadrových procesorov, pretože im v konečnom dôsledku ponúkne vyšší výkon a ak im doteraz nevadilo, že ich dvojjadrový Xeon spotreboval rovnako veľa, nebude im to vadiť ani teraz.

Záver
Intel si kladie veľké ciele a vyzerá to tak, že keď sa mu podarí ich splniť sa na svet dostatne z jeho dielne konečne produkt, ktorý bude konečne pre AMD konkurencie schopný. Tá ale tiež nezaspáva na vavrínoch a jej inžiniery určite veľmi usilovne pracujú na vylepšení súčastných Athlonov 64. Už onedlho budú všetky dvojjadrové a budú obsahovať pamäťový radič typu pre pamäte DDR2 SDRAM.
V prípade, že budú nové procesory Intelu od procesorov AMD výkonnejšie hoci aj o 10% percent a že Intel nastaví procesorom rozumné ceny, mohlo by to pre AMD znamenať výrazný úder pod pás. Intel totiž neustále vládne trhu (jeho zisk bol ešte pár kvartálov dozadu asi taký vysoký ako celý obrat AMD!) a ten kto má väčšinu môže lepšie presviedčať zákazníkov o kvalite svojich produktov. Ako sa celý súboj vyvinie ale odhalí až čas...

Alternatívne verzie:

Autor: Ribi · Kategória: Zo sveta · Dátum: 30.12.2005 15:03