Intel — история успеха

Компания Intel прошла очень длинный путь развития, от небольшого производителя микросхем до мирового лидера по производству процессоров. За это время было разработано множество технологий производства процессоров, очень сильно оптимизирован технологический процесс и характеристики устройств.

Множество показателей работы процессоров зависит от расположения транзисторов на кристалле кремния. Технологию расположения транзисторов называют микроархитектурой или просто архитектурой. В этой статье мы рассмотрим какие архитектуры процессора Intel использовались на протяжении развития компании и чем они отличаются друг от друга. Начнем с самых древних микроархитектур и рассмотрим весь путь до новых процессоров и планов на будущее.

Как я уже сказал, в этой статье мы не будем рассматривать разрядность процессоров. Под словом архитектура мы будем понимать микроархитектуру микросхемы, расположение транзисторов на печатной плате, их размер, расстояние, технологический процесс, все это охватывается этим понятием. Наборы инструкций RISC и CISC тоже трогать не будем.

Второе, на что нужно обратить внимание, это поколения процессора Intel. Наверное, вы уже много раз слышали - этот процессор пятого поколения, тот четвертого, а это седьмого. Многие думают что это обозначается i3, i5, i7. Но на самом деле нет i3, и так далее - это марки процессора. А поколение зависит от используемой архитектуры.

С каждым новым поколением улучшалась архитектура, процессоры становились быстрее, экономнее и меньше, они выделяли меньше тепла, но вместе с тем стоили дороже. В интернете мало статей, которые бы описывали все это полностью. А теперь рассмотрим с чего все начиналось.

Архитектуры процессора Intel

Сразу говорю, что вам не стоит ждать от статьи технических подробностей, мы рассмотрим только базовые отличия, которые будут интересны обычным пользователям.

Первые процессоры

Сначала кратко окунемся в историю чтобы понять с чего все началось. Не будем углубятся далеко и начнем с 32-битных процессоров. Первым был Intel 80386, он появился в 1986 году и мог работать на частоте до 40 МГц. Старые процессоры имели тоже отсчет поколений. Этот процессор относиться к третьему поколению, и тут использовался техпроцесс 1500 нм.

Следующим, четвертым поколением был 80486. Используемая в нем архитектура так и называлась 486. Процессор работал на частоте 50 МГц и мог выполнять 40 миллионов команд в секунду. Процессор имел 8 кб кэша первого уровня, а для изготовления использовался техпроцесс 1000 нм.

Следующей архитектурой была P5 или Pentium. Эти процессоры появились в 1993 году, здесь был увеличен кэш до 32 кб, частота до 60 МГц, а техпроцесс уменьшен до 800 нм. В шестом поколении P6 размер кэша составлял 32 кб, а частота достигла 450 МГц. Тех процесс был уменьшен до 180 нм.

Дальше компания начала выпускать процессоры на архитектуре NetBurst. Здесь использовалось 16 кб кэша первого уровня на каждое ядро, и до 2 Мб кэша второго уровня. Частота выросла до 3 ГГц, а техпроцесс остался на том же уровне - 180 нм. Уже здесь появились 64 битные процессоры, которые поддерживали адресацию большего количества памяти. Также было внесено множество расширений команд, а также добавлена технология Hyper-Threading, которая позволяла создавать два потока из одного ядра, что повышало производительность.

Естественно, каждая архитектура улучшалась со временем, увеличивалась частота и уменьшался техпроцесс. Также существовали и промежуточные архитектуры, но здесь все было немного упрощено, поскольку это не является нашей основной темой.

Intel Core

На смену NetBurst в 2006 году пришла архитектура Intel Core. Одной из причин разработки этой архитектуры была невозможность увеличения частоты в NetBrust, а также ее очень большое тепловыделение. Эта архитектура была рассчитана на разработку многоядерных процессоров, размер кэша первого уровня был увеличен до 64 Кб. Частота осталась на уровне 3 ГГц, но зато была сильно снижена потребляемая мощность, а также техпроцесс, до 60 нм.

Процессоры на архитектуре Core поддерживали аппаратную виртуализацию Intel-VT, а также некоторые расширения команд, но не поддерживали Hyper-Threading, поскольку были разработаны на основе архитектуры P6, где такой возможности еще не было.

Первое поколение - Nehalem

Дальше нумерация поколений была начата сначала, потому что все следующие архитектуры - это улучшенные версии Intel Core. Архитектура Nehalem пришла на смену Core, у которой были некоторые ограничения, такие как невозможность увеличить тактовую частоту. Она появилась в 2007 году. Здесь используется 45 нм тех процесс и была добавлена поддержка технологии Hyper-Therading.

Процессоры Nehalem имеют размер L1 кэша 64 Кб, 4 Мб L2 кэша и 12 Мб кєша L3. Кэш доступен для всех ядер процессора. Также появилась возможность встраивать графический ускоритель в процессор. Частота не изменилась, зато выросла производительность и размер печатной платы.

Второе поколение - Sandy Bridge

Sandy Bridge появилась в 2011 году для замены Nehalem. Здесь уже используется техпроцесс 32 нм, здесь используется столько же кэша первого уровня, 256 Мб кэша второго уровня и 8 Мб кэша третьего уровня. В экспериментальных моделях использовалось до 15 Мб общего кэша.

Также теперь все устройства выпускаются со встроенным графическим ускорителем. Была увеличена максимальная частота, а также общая производительность.

Третье поколение - Ivy Bridge

Процессоры Ivy Bridge работают быстрее чем Sandy Bridge, а для их изготовления используется техпроцесс 22 нм. Они потребляют на 50% меньше энергии чем предыдущие модели, а также дают на 25-60% высшую производительность. Также процессоры поддерживают технологию Intel Quick Sync, которая позволяет кодировать видео в несколько раз быстрее.

Четвертое поколение - Haswell

Поколение процессора Intel Haswell было разработано в 2012 году. Здесь использовался тот же техпроцесс - 22 нм, изменен дизайн кэша, улучшены механизмы энергопотребления и немного производительность. Но зато процессор поддерживает множество новых разъемов: LGA 1150, BGA 1364, LGA 2011-3, технологии DDR4 и так далее. Основное преимущество Haswell в том, что она может использоваться в портативных устройствах из-за очень низкого энергопотребления.

Пятое поколение - Broadwell

Это улучшенная версия архитектуры Haswell, которая использует техпроцесс 14 нм. Кроме того, в архитектуру было внесено несколько улучшений, которые позволили повысить производительность в среднем на 5%.

Шестое поколение - Skylake

Следующая архитектура процессоров intel core - шестое поколение Skylake вышла в 2015 году. Это одно из самых значительных обновлений архитектуры Core. Для установки процессора на материнскую плату используется сокет LGA 1151, теперь поддерживается память DDR4, но сохранилась поддержка DDR3. Поддерживается Thunderbolt 3.0, а также шина DMI 3.0, которая дает в два раза большую скорость. И уже по традиции была увеличенная производительность, а также снижено энергопотребление.

Седьмое поколение - Kaby Lake

Новое, седьмое поколение Core - Kaby Lake вышло в этом году, первые процессоры появились в середине января. Здесь было не так много изменений. Сохранен техпроцесс 14 нм, а также тот же сокет LGA 1151. Поддерживаются планки памяти DDR3L SDRAM и DDR4 SDRAM, шины PCI Express 3.0, USB 3.1. Кроме того, была немного увеличена частота, а также уменьшена плотность расположения транзисторов. Максимальная частота 4,2 ГГц.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели архитектуры процессора Intel, которые использовались раньше, а также те, которые применяются сейчас. Дальше компания планирует переход на техпроцесс 10 нм и это поколение процессоров intel будет называться CanonLake. Но пока что Intel к этому не готова.

Поэтому в 2017 планируется еще выпустить улучшенную версию SkyLake под кодовым именем Coffe Lake. Также, возможно, будут и другие микроархитектуры процессора Intel пока компания полностью освоит новый техпроцесс. Но обо всем этом мы узнаем со временем. Надеюсь, эта информация была вам полезной.

Об авторе

Основатель и администратор сайта сайт, увлекаюсь открытым программным обеспечением и операционной системой Linux. В качестве основной ОС сейчас использую Ubuntu. Кроме Linux интересуюсь всем, что связано с информационными технологиями и современной наукой.

Понять компанию Intel и трёх её основателей можно только тогда, когда вы поймёте Кремниевую долину и её истоки. А чтобы это сделать, вам нужно проникнуть в историю компании Shokley Transistor , Вероломной Восьмёрки и Fairchild Semiconductor . Без их понимания корпорация Intel останется для вас тем же, что и для большинства людей, - тайной.

Изобретение компьютеров не означало, что тут же началась революция. Первые компьютеры на основе больших, недешевых, быстро ломающихся электронных ламп, представляли собой дорогостоящие чудища, содержать которые могли только корпорации, университеты, где проводились научные исследования, и военные. Появление транзисторов, а затем и новых технологий, позволяющих на крошечном микрочипе вытравить миллионы транзисторов, означало, что вычислительную мощность многих тысяч устройств ЭНИАК можно сосредоточить в головной части ракеты, в компьютере, который можно держать на коленях, и в портативных устройствах.

В 1947 году инженеры Bell Laboratory Джон Бардин и Уолтер Браттейн изобрели транзистор, который был представлен широкой общественности в 1948 году. Несколько месяцев спустя Уильям Шокли, один из сотрудников компании Bell, разработал модель биполярного транзистора. Транзистор, который, по сути, представляет собой твердотельный электронный переключатель, заменил громоздкую вакуумную лампу. Переход от вакуумных ламп к транзисторам положил начало тенденции к миниатюризации, которая продолжается и сегодня. Транзистор стал одним из самых важных открытий XX века.

В 1956 году нобелевский лауреат по физике Уильям Шокли создал компанию Shockley Semiconductor Laboratory для работы над четырёхслойными диодами. Шокли не удалось привлечь своих бывших сотрудников из Bell Labs; вместо этого он нанял группу, по его мнению, лучших молодых специалистов по электронике, недавно окончивших американские университеты. В сентябре 1957 года, из-за конфликта с Шокли, который решил прекратить исследование кремниевых полупроводников, восемь ключевых сотрудников Shokley Transistor решили уйти со своих рабочих мест и начать заниматься своим делом. Восемь человек теперь навсегда известны как Вероломная Восьмёрка. Этот эпитет дал им Шокли, когда они ушли с работы. Восьмёрка включала в себя Роберта Нойса, Гордона Мура, Джея Ласта, Джина Хоурни, Виктора Гринича, Юджина Кляйнера, Шелдона Робертса и Джулиуса Бланка.

После ухода они решили создать собственную компанию, но инвестиции взять было неоткуда. В результате обзвона 30 фирм они наткнулись на Fairchild – владельца компании Fairchild Camera and Instrument. Тот с радостью вложил полтора миллиона долларов в новую компанию, что было почти в два раза больше, чем изначально считали необходимым восемь её основателей. Была заключена так называемая сделка с премией: если компания окажется успешной, он сможет её выкупить полностью за три миллиона. Fairchild Camera and Instrument воспользовалась этим правом уже в 1958 году. Назвали дочернюю компанию Fairchild Semiconductor.

В январе 1959 года один из восьми основателей компании Fairchild Роберт Нойс изобрёл кремниевую интегральную схему. При этом Джек Килби в Texas Instruments изобрёл германиевую интегральную схему на полгода раньше - летом 1958 года, однако модель Нойса оказалась более пригодной для массового производства, и именно она используется в современных чипах. В 1959 году Килби и Нойс независимо подали заявки на патенты на интегральную схему, и оба их успешно получили, причём Нойс получил свой патент первым.

В 1960-х годах Fairchild стала одним из ведущих производителей операционных усилителей и других аналоговых интегральных схем. Однако в то же время, новое управление Fairchild Camera and Instrument начало ограничивать свободу действий Fairchild Semiconductor, что привело к конфликтам. Члены «восьмёрки» и другие опытные сотрудники один за другим начали увольняться и основывать свои собственные компании в Кремниевой долине.

Первое название, выбранное Нойсом и Муром, было NM Electronics, N и M – первые буквы их фамилий. Но оно было не слишком впечатляющим. После большого числа не слишком удачных предложений, например Electronic Solid State Computer Technology Corporation, пришли к окончательному решению: компания будет называться Integrated Electronics Corporation. Само по себе оно тоже не было слишком впечатляющим, но имело одно достоинство. Сокращённо компанию можно было назвать Intel. Это звучало хорошо. Название было энергичным и красноречивым.

Учёные ставили перед собой вполне определённую цель: создать практичную и доступную полупроводниковую память. Ничего подобного ранее не создавалось, учитывая тот факт, что запоминающее устройство на кремниевых микросхемах стоило, по крайней мере, в сто раз дороже обычной для того времени памяти на магнитных сердечниках. Стоимость полупроводниковой памяти достигала одного доллара за бит, в то время как запоминающее устройство на магнитных сердечниках стоило всего лишь около цента за бит. Роберт Нойс говорил: «Нам необходимо было сделать лишь одно – уменьшить стоимость в сто раз и тем самым завоевать рынок. Именно этим мы в основном и занимались».

В 1970 году Intel выпустила микросхему памяти в 1 Кбит, намного превысив ёмкость существующих в то время микросхем (1 Кбит равен 1024 бит, один байт состоит из 8 бит, то есть микросхема могла хранить всего 128 байт информации, что по современным меркам ничтожно мало.) Созданная микросхема, известная как динамическое оперативное запоминающие устройство (DRAM) 1103, стала к концу следующего года наиболее продаваемым полупроводниковым устройством в мире. К этому времени Intel выросла из горстки энтузиастов в компанию, насчитывающую более ста сотрудников.

В это время японская компания Busicom обратилась к Intel с просьбой разработать набор микросхем для семейства высокоэффективных программируемых калькуляторов. Первоначальная конструкция калькулятора предусматривала минимум 12 микросхем различных типов. Инженер компании Intel Тед Хофф отклонил данную концепцию и вместо этого разработал однокристальное логическое устройство, получающее команды приложения из полупроводниковой памяти. Этот центральный процессор работал под управлением программы, которая позволяла адаптировать функции микросхемы для выполнения поступающих задач. Микросхема была универсальна по своей природе, то есть её применение не ограничивалось калькулятором. Логические же модули имели только одно назначение и строго определённый набор команд, которые и использовались для управления её функциями.

С этой микросхемой была связано одна проблема: все права на неё принадлежали исключительно Busicom. Тед Хофф и другие разработчики понимали, что данная конструкция имеет практически неограниченное применение. Они настояли на том, чтобы Intel выкупила права на созданную микросхему. Intel предложила Busicom вернуть заплаченные ею за лицензию 60 тысяч долларов в обмен на право распоряжаться разработанной микросхемой. В итоге Busicom, находясь в тяжелом финансовом положении, согласилась.

15 ноября 1971 года появился первый 4-разрядный микрокомпьютерный набор 4004 (термин микропроцессор появился значительно позже). Микросхема содержала в себе 2300 транзисторов, стоила 200 долларов и по своим параметрам была сопоставима с первой ЭВМ ЭНИАК, созданной в 1946 году, использовавшей 18 тысяч вакуумных электронных ламп и занимавшую 85 кубических метров.

Микропроцессор выполнял 60 тысяч операций в секунду, работал на частоте 108 кГц и производился с использованием 10-микронной технологии (10000 нанометров). Данные передавались блоками по 4 бит за такт, а максимальный адресуемый объём памяти составлял 640 байт. 4004-ый использовался для управления светофорами, при анализе крови и даже в исследовательской ракете Pioneer 10, запущенной NASA.

В апреле 1972 года Intel выпустила процессор 8008, который работал на частоте 200 кГц.

Следующая модель процессора, 8080, была анонсирована в апреле 1974 года.

Этот процессор содержал уже 6000 транзисторов и мог адресовать 64 Кб памяти. На нём был собран первый персональный компьютер (не PC) Altair 8800. В этом компьютере использовалась операционная система CP/M, а Microsoft разработала для него интерпретатор языка программирования BASIC. Это была первая массовая модель компьютера, для которого были написаны тысячи программ.

Со временем 8080 стал настолько известен, что его начали копировать.

В конце 1975 года несколько бывших инженеров Intel, занимавшихся разработкой процессора 8080, создали компанию Zilog. В июле 1976-го эта компания выпустила процессор Z-80, который представлял собой значительно улучшенную версию 8080.

Этот процессор был несовместим с 8080 по контактным выводам, но сочетал в себе множество различных функций, например интерфейс памяти и схему обновления ОЗУ, что давало возможность разрабатывать более дешёвые и простые компьютеры. В Z-80 был также включён расширенный набор команд процессора 8080, позволяющий использовать его программное обеспечение. В этот процессор вошли новые команды и внутренние регистры, поэтому ПО, разработанное для Z-80, могло использоваться практически со всеми версиями 8080.

Первоначально процессор Z-80 работал на частоте 2,5 МГц (более поздние версии работали уже на частоте 10 МГц), содержал 8500 транзисторов и мог адресовать 64 Кб памяти.

Компания Радио Шэк выбрала процессор Z-80 для своего персонального компьютера TRS-80 Model 1. Вскоре Z-80 стал стандартным процессором для систем, работающих с операционной системой CP/M и наиболее распространённым ПО того времени.

Компания Intel не остановилась на достигнутом, и в марте 1976 года выпустила процессор 8085, который содержал 6500 транзисторов, работал на частоте 5 МГц и производился по 3-микронной технологии (3000 нанометров).

Несмотря на то, что он был выпущен на несколько месяцев раньше Z-80, ему так и не удалось достичь популярности последнего. Он использовался в основном в качестве управляющей микросхемы различных компьютеризированных устройств.

В этом же году MOS Technologies выпустила процессор 6502, который был абсолютно не похож на процессоры Intel.

Он был разработан группой инженеров компании Motorola. Эта же группа работала над созданием процессора 6800, который в будущем трансформировался в семейство процессоров 68000. Цена первой версии процессора 8080 достигала трёхсот долларов, в то время как 8-разрядный 6502 стоил всего около двадцати пяти долларов. Такая цена была вполне приемлема для Стива Возняка, и он встроил процессор 6502 в новые модели Apple I и Apple II. Процессор 6502 использовался также в системах, созданных компанией Commodore и другими производителями.

Этот процессор и его преемники с успехом работали в игровых компьютерных системах, в число которых вошла приставка Nintendo Entertainment System. Motorola продолжила работу над созданием серии процессоров 68000, которые впоследствии были использованы в компьютерах Apple Macintosh. Второе поколение компьютеров Mac использовало процессор PowerPC, являющийся преемником 68000. Сегодня компьютеры Mac снова перешли на архитектуру PC и используют с ними одни процессоры, микросхемы системной логики и прочие компоненты.

В июне 1978 года Intel представила процессор 8086, который содержал набор команд под кодовым названием х86.

Этот же набор команд до сих пор поддерживается во всех современных микропроцессорах: AMD Ryzen Threadripper 1950X и Intel Core i9-7920X. Процессор 8086 был полностью 16-разрядным – внутренние регистры и шина данных. Он содержал 29000 транзисторов и работал на частоте 5 МГц. Благодаря 20-разрядной шине адреса он мог адресовать 1 Мб памяти. При создании 8086-го обратная совместимость с 8080-ым не предусматривалась. Но в то же время значительное сходство их команд и языка позволили использовать более ранние версии программного обеспечения. Это свойство впоследствии сыграло важную роль для быстрого перевода программ системы CP/M (8080) на рельсы PC.

Несмотря на высокую эффективность процессора 8086 его цена была всё же слишком высока по меркам того времени и, что гораздо важнее, для его работы требовалась дорогая микросхема поддержки 16-разрядной шины данных. Чтобы уменьшить себестоимость процессора, в 1979 году Intel выпустила процессор 8088 – упрощённую версию 8086.

8088-ой использовал те же внутреннее ядро и 16-разрядные регистры, что и 8086, мог адресовать 1 Мб памяти, но в отличие от предыдущей версии использовал внешнюю 8-разрядную шину данных. Это позволило обеспечить обратную совместимость с ранее разработанным 8-разрядным процессором 8085 и тем самым значительно снизить стоимость создаваемых системных плат и компьютеров. Именно поэтому IBM выбрала для своего первого ПК «урезанный» процессор 8088, а не 8086. Это решение имело далеко идущие последствия для всей компьютерной индустрии.

Процессор 8088 был полностью программно-совместимым с 8086, что позволяло использовать 16-разрядное программное обеспечение. В процессорах 8085 и 8080 использовался очень похожий набор команд, поэтому программы, написанные для процессоров предыдущих версий, можно было легко преобразовать для процессора 8088. Это, в свою очередь, позволяло разрабатывать разнообразные программы для IBM PC, что явилось залогом его будущего успеха. Не желая останавливаться на полпути, Intel была вынуждена обеспечить поддержку обратной совместимости 8086/8088 с большинством процессоров, выпущенных в то время.

Intel сразу приступила к разработке нового микропроцессора после выхода 8086/8088. Процессоры 8086 и 8088 требовали большого количества микросхем поддержки, и компания решает разработать микропроцессор, уже содержащий на кристалле все необходимые модули. Новый процессор включал в себя множество компонентов, ранее выпускавшихся в виде отдельных микросхем, это позволило бы резко сократить количество микросхем в компьютере, а, следовательно, и уменьшить его стоимость. Кроме того, была расширена система внутренних команд.

Во второй половине 1982 года Intel выпускает встраиваемый процессор 80186, который, помимо улучшенного ядра 8086, содержал также дополнительные модули, заменяющие некоторые микросхемы поддержки.

Так же в 1982-ом был выпущен 80188, представляющий собой вариант микропроцессора 80186 с 8-битной внешней шиной данных.

Выпущенный 1 февраля 1982 года 16-битный x86-совместимый микропроцессор 80286 представлял собой усовершенствованный вариант процессора 8086 и обладал в 3-6 раз большей производительностью.

Этот качественно новый микропроцессор был затем использован в эпохальном компьютере IBM PC-AT.

286-ой разрабатывался параллельно с процессорами 80186/80188, однако в нём отсутствовали некоторые модули, имевшиеся в процессоре Intel 80186. Процессор Intel 80286 выпускался в точно таком же корпусе, как и Intel 80186 - LCC, а также в корпусах типа PGA с шестьюдесятью восемью выводами.

В те годы ещё поддерживалась обратная совместимость процессоров, что ничуть не мешало вводить различные новшества и дополнительные возможности. Одним из основных изменений стал переход от 16-разрядной внутренней архитектуры процессора 286 и более ранних версий к 32-разрядной внутренней архитектуре 386-го и последующих процессоров, относящихся к категории IA-32. Эта архитектура была представлена в 1985 году, однако потребовалось ещё 10 лет, чтобы на рынке появились такие операционные системы, как Windows 95 (частично 32-разрядные) и Windows NT (требующие использования исключительно 32-разрядных драйверов). И только ещё через 10 лет появилась операционная система Windows XP, которая была 32-разрядной как на уровне драйверов, так и на уровне всех компонентов. Итак, на адаптацию 32-разрядных вычислений потребовалось 16 лет. Для компьютерной индустрии это довольно длительный срок.

80386-ой появился в 1985 году. Он содержал 275 тысяч транзисторов и выполнял более 5 миллионов операций в секунду.

Компьютер DESKPRO 386 компании Compaq был первым ПК, созданным на базе нового микропроцессора.

Следующим из семейства процессоров х86 стал 486-ой, появившийся в 1989 году.

Тем временем министерство обороны США не радовала перспектива остаться с одним-единственным поставщиком чипов. По мере того, как последних становилось всё меньше (вспомните, какой зоопарк наблюдался еще в начале девяностых), важность AMD, как альтернативного производителя, росла. По соглашению от 1982 года, у AMD были все лицензии на производство процессоров 8086, 80186 и 80286, однако, свежеразработанный процессор 80386 Intel передавать AMD отказалась категорически. И соглашение разорвала. Дальше последовал долгий и громкий судебный процесс – первый в истории компаний. Завершился он только в 1991 году победой AMD. За свою позицию Intel выплатила истцу миллиард долларов.

Но всё же отношения были подпорчены, и о былой доверительности речь не шла. Тем более, что в AMD пошли по пути reverse engineering. Компания продолжила выпускать отличающиеся аппаратно, но полностью совпадающие по микрокоду процессоры Am386, а затем и Am486. Тут уже в суд пошла Intel. Снова процесс затянулся надолго, и успех оказывался то на одной, то на другой стороне. Но 30 декабря 1994 года было принято судебное решение, согласно которому микрокод Intel всё же является собственностью Intel, и как-то нехорошо другим компаниям его использовать, если владельцу это не нравится. Поэтому с 1995-го всё изменилось всерьёз. На процессорах Intel Pentium и AMD K5 запускались любые приложения для платформы x86, но с точки зрения архитектуры они были принципиально разными. И, получается, что совсем уж настоящая конкуренция Intel и AMD началась лишь через четверть века после создания компаний.

Впрочем, для обеспечения совместимости перекрёстное опыление технологиями никуда не ушло. В современных процессорах Intel немало запатентованного AMD, и, наоборот, AMD аккуратно добавляет наборы инструкций, разработанные Intel.

В 1993 году Intel представила первый процессор Pentium, производительность которого выросла в пять раз по сравнению с производительностью семейства 486. Этот процессор содержал 3,1 миллиона транзисторов и выполнял до 90 миллионов операций в секунду, что примерно в полторы тысячи раз выше быстродействия 4004.

Когда появилось следующее поколение процессоров, те, кто рассчитывал на название Sexium были разочарованы.

Процессор семейства P6, называемый Pentium Pro, появился на свет в 1995 году.

Пересмотрев архитектуру P6, Intel в мае 1997 года представила процессор Pentium II.

Он содержал 7,5 миллионов транзисторов, упакованных, в отличие от традиционного процессора, в картридж, что позволило разместить кэш-память L2 непосредственно в модуле процессора. Это помогло существенно повысить его быстродействие. В апреле 1998 года семейство Pentium II пополнилось дешевым процессором Celeron, используемом в домашних ПК, и профессиональным процессором Pentium II Xeon, предназначенным для серверов и рабочих станций. Так же в 1998 году Intel впервые интегрировала кэш-память второго уровня (которая работала на полной частоте ядра процессора) непосредственно в кристалл, что позволило существенно повысить его быстродействие.

В то время как процессор Pentium стремительно завоёвывал доминирующее положение на рынке, AMD приобрела компанию NexGen, работавшую над процессором Nx686. В результате слияния компаний появился процессор AMD K6.

Этот процессор как в аппаратном, так и в программном отношении был совместим с процессором Pentium, то есть устанавливался в гнездо Socket 7 и выполнял те же программы. AMD продолжила разработку более быстрых версий процессора K6 и завоевала значительную часть рынка ПК среднего класса.

Первым процессором для настольных вычислительных машин старшей модели, содержащим встроенную кэш-память второго уровня и работающим с полной частотой ядра, стал процессор Pentium III, созданный на основе ядра Coppermine, представленный в конце 1999 года, который представлял собой, по сути, Pentium II, содержащий инструкции SSE.

В 1998 году компания AMD представила процессор Athlon, который позволил ей конкурировать с Intel на рынке высокоскоростных настольных ПК практически на равных.


Этот процессор оказался весьма удачным, и Intel получила его в лице достойного соперника в области высокопроизводительных систем. Сегодня успех процессора Athlon не вызывает сомнений, однако во время выхода его на рынок на этот счёт были опасения. Дело в том, что, в отличие от своего предшественника K6, который был совместим как на программном, так и на аппаратном уровне с процессором Intel, Athlon был совместим только на уровне программного обеспечения - он требовал специфичного набора микросхем системной логики и специального гнезда.

Новые процессоры AMD выпускались по 250-нм технологии с 22 миллионами транзисторов. У них присутствовал новый блок целочисленных вычислений (ALU). Системная шина EV6 обеспечивала передачу данных по обоим фронтам тактового сигнала, что давало возможность при физической частоте 100 мегагерц получить эффективную частоту 200 мегагерц. Объем кэш-памяти первого уровня составлял 128 Кб (64 Кб инструкций и 64 Кб данных). Кэш второго уровня достигал 512 Кб.

2000 год ознаменовался появлением на рынке новых разработок обеих компаний. 6 марта 2000 года AMD выпустила первый в мире процессор с тактовой частотой в 1 ГГц. Это был представитель набирающего популярность семейства Athlon на ядре Orion. Так же AMD впервые представила процессоры Athlon Thunderbird и Duron. Процессор Duron, по существу, был идентичен процессору Athlon и отличался от него только меньшим объёмом кэш-памяти второго уровня. Thunderbird, в свою очередь, использовал интегрированную кэш-память, что позволило повысить его быстродействие. Duron представлял собой более дешёвую версию процессора Athlon, которая была разработана в первую очередь для того, чтобы составить достойную конкуренцию недорогим процессорам Celeron. А Intel в конце года представила новый процессор Pentium 4.

В 2001 году Intel выпустила новую версию процессора Pentium 4 с рабочей частотой 2 ГГц, который стал первым процессором, достигшим подобной частоты. Кроме того, AMD представила процессор Athlon XP, созданный на основе ядра Palomino, а также Athlon MP, разработанный специально для многопроцессорных серверных систем. В течение 2001 года AMD и Intel продолжили работу над повышением быстродействия разрабатываемых микросхем и улучшением параметров существующих процессоров.

В 2002 году Intel представила процессор Pentium 4, впервые достигший рабочей частоты в 3,06 ГГц. Последующие за ним процессоры будут также поддерживать технологию Hyper-Threading. Одновременное выполнение двух потоков даёт для процессоров с технологией Hyper-Threading прирост производительности в 25-40% по сравнению с обычными процессорами Pentium 4. Это вдохновило программистов заняться разработкой многопотоковых программ, и подготовило почву для появления в скором будущем многоядерных процессоров.

В 2003 году AMD выпустила первый 64-разрядный процессор Athlon 64 (кодовое название ClawHammer, или K8).

В отличие от серверных 64-разрядных процессоров Itanium и Itanium 2, оптимизированных для новой 64-разрядной архитектуры программных систем и довольно медленно работающих с традиционными 32-разрядными программами, Athlon 64 воплощает в себе 64-разрядное расширение семейства x86. Через некоторое время Intel представила свой собственный набор 64-разрядных расширений, который назвала EM64T или IA-32e. Расширения Intel были практически идентичны расширениям AMD, что означало их совместимость на программном уровне. До сих пор некоторые операционные системы называют их AMD64, хотя в маркетинговых документах конкуренты предпочитают собственные бренды.

В этом же году Intel выпускает первый процессор, в котором была реализована кэш-память третьего уровня – Pentium 4 Extreme Edition. В него было встроено 2 Мб кэша, существенно увеличено количество транзисторов и как следствие – производительность. Так же появилась микросхема Pentium M для портативных компьютеров. Она задумывалась как составная часть новой архитектуры Centrino, которая должна была, во-первых, снизить энергопотребление, увеличив тем самым ресурс аккумулятора, во-вторых, обеспечить возможность производства более компактных и лёгких корпусов.

Для того, чтобы 64-разрядные вычисления стали реальностью, необходимы 64-разрядные операционные системы и драйверы. В апреле 2005 года компания Microsoft начала распространять пробную версию Windows XP Professional x64 Edition, поддерживающую дополнительные инструкции AMD64 и EM64T.

Не сбавляя обороты, AMD в 2004-м выпускает первые в мире двухъядерные x86-процессоры Athlon 64 X2.

На тот момент очень немногие приложения умели использовать два ядра одновременно, но в специализированном ПО прирост производительности был весьма внушительным.

В ноябре 2004 года компания Intel была вынуждена отменить выпуск модели Pentium 4 с тактовой частотой в 4 ГГц из-за проблем с теплоотводом.

25 мая 2005 года были впервые продемонстрированы процессоры Intel Pentium D. О них особо сказать нечего, разве что только о тепловыделении в 130 Вт.

В 2006-м году AMD представляет первый в мире 4-ядерный серверный процессор, где все 4 ядра выращены на одном кристалле, а не «склеены» из двух, как у коллег по бизнесу. Решены сложнейшие инженерные задачи – и на стадии разработки, и на производстве.

В этом же году Intel сменила название бренда Pentium на Core и выпустила двухъядерную микросхему Core 2 Duo.

В отличие от процессоров архитектуры NetBurst (Pentium 4 и Pentium D), в архитектуре Core 2 ставка делалась не на повышение тактовой частоты, а на улучшение других параметров процессоров, таких как кэш, эффективность и количество ядер. Рассеиваемая мощность этих процессоров была значительно ниже, чем у настольной линейки Pentium. С параметром TDP, равным 65 Вт, процессор Core 2 имел наименьшую рассеиваемую мощность из всех доступных тогда в продаже настольных микропроцессоров, в том числе на ядрах Prescott (Intel) с TDP равным 130 Вт, и на ядрах San Diego (AMD) с TDP равным 89 Вт.

Первым настольным четырехъядерным процессором стал Intel Core 2 Extreme QX6700 с тактовой частотой 2.67 ГГц и 8 Мб кэш-памяти второго уровня.

В 2007 году вышла 45-нанометровая микроархитектура Penryn с использованием металлических затворов Hi-k без содержания свинца. Технология использовалась в семействе процессоров Intel Core 2 Duo. В архитектуру добавилась поддержка инструкций SSE4, а максимальный объем кэш-памяти 2-го уровня у двухъядерных процессоров увеличился с 4 Мб до 6 Мб.

В 2008 году вышла архитектура следующего поколения - Nehalem. Процессоры обзавелись встроенным контроллером памяти, поддерживающим 2 или 3 канала DDR3 SDRAM или 4 канала FB-DIMM. На смену шине FSB, пришла новая шина QPI. Объем кэш-памяти 2-го уровня уменьшился до 256 Кб на каждое ядро.

Вскоре Intel перевела архитектуру Nehalem на новый 32-нм техпроцесс. Эта линейка процессоров получила название Westmere.

Первой моделью новой микроархитектуры стал Clarkdale, обладающий двумя ядрами и интегрированным графическим ядром, производимым по 45-нм техпроцессу.

Компания AMD старалась не отставать от Intel. В 2007 году она выпустила новое поколение архитектуры микропроцессоров x86 – Phenom (K10).

Четыре ядра процессора были объединены на одном кристалле. В дополнение к кэшу 1-го и 2-го уровней модели K10 наконец получили L3 объемом 2 Мб. Объем кэша данных и инструкций 1-го уровня составлял 64 Кб каждый, а кэш-памяти 2-го уровня - 512 Кб. Также появилась перспективная поддержка контроллера памяти DDR3. В K10 использовалось два 64-битных контроллера. Каждое процессорное ядро имело 128-битный модуль вычислений с плавающей запятой. Вдобавок ко всему, новые процессоры работали через интерфейс HyperTransport 3.0.

В 2009 году был завершён многолетний конфликт между корпорациями Intel и AMD, связанный с патентным правом и антимонопольным законодательством. Так, в течение почти десяти лет Intel использовала ряд нечестных решений и приёмов, которые мешали честному развитию конкуренции на рынке полупроводников. Intel оказывала давление на своих партнёров, вынуждая их отказываться от приобретения процессоров AMD. Применялся подкуп клиентов, предоставление больших скидок и заключение соглашений. В результате Intel выплатила AMD 1,25 миллиарда долларов и обязалась следовать определённому набору правил ведения бизнес-деятельности следующие 5 лет.

К 2011 году эпоха Athlon-ов и конкурентная борьба на процессорном рынке уже перешла в некоторое затишье, однако длилось оно совсем недолго - уже в январе Intel представила свою новую архитектуру Sandy Bridge, которая стала идейным развитием первого поколения Core – целой вехи, которая позволила синему гиганту взять лидерство на рынке. Поклонники AMD ждали ответа красных довольно долго – лишь в октябре на рынке появился долгожданный Bulldozer - возвращение на рынок бренда AMD FX, связанного с прорывными для компании процессорами начала века.


Новая архитектура AMD взяла на себя очень многое – противостояние с лучшими решениями Intel (ставших впоследствии легендарными) дорого обошлось чипмейкеру из Саннивейла. Уже традиционный для красных раздутый маркетинг, связанный с громкими заявлениями и невероятными обещаниями, перешел все границы – «Бульдозер» называли настоящей революцией, и предрекали архитектуре достойнейшую битву против новинок от конкурента. Что же заготовил FX для победы на рынке?

Ставку на многопоточность и бескомпромиссную многоядерность – в 2011 году AMD FX гордо называли «самым многоядерным десктопным процессором на рынке», и это не было преувеличением – в основе архитектуры лежало целых восемь ядер (пусть и логических), на каждое из которых приходился один поток. На момент анонса архитектуры новый FX на фоне четырех ядер конкурента был инновационным и смелым решением, заглядывающим далеко вперед. Но увы, AMD всегда делала ставку лишь на одно направление, и в случае с Bulldozer это было отнюдь не та сфера, на которую рассчитывал массовый потребитель.

Продуктивность новых чипов AMD была весьма высока, и в синтетике FX без труда показывал впечатляющие результаты – к сожалению, сказать того же об игровых нагрузках было нельзя: мода на 1-2 ядра и отсутствие поддержки нормального распараллеливания ядер привело к тому, что «Бульдозер» с большим скрипом справлялся с нагрузками там, где Sandy Bridge даже не чувствовал трудностей. Прибавить к этому целых две ахиллесовых пяты серии – зависимость от быстрой памяти и рудиментарного северного моста, а также наличие лишь одного FPU-блока на каждые два ядра – и результат выходит весьма плачевный. AMD FX назвали горячей и неповоротливой альтернативой быстрым и мощным синим процессорам, которая брала лишь относительной дешевизной и совместимостью со старыми материнскими платами. На первый взгляд это был полный провал, однако AMD никогда не брезговала работать над ошибками – и именно такой работой стала Vishera – своего рода перезагрузка архитектуры Bulldozer, вышедшая на рынок в конце 2012 года.

Обновленный Bulldozer получил название Piledriver, а сама архитектура прибавила в инструкциях, нарастила мускулов в однопоточных нагрузках, и оптимизировала работу большого числа ядер, из-за чего возросла и многопоточная производительность. Однако в те времена конкурентом для обновленной и посвежевшей серии красных выступала небезызвестная Ivy Bridge, только приумножившая число обожателей Intel. В AMD решили действовать по уже обкатанной стратегии привлечения бюджетных пользователей, общей экономии на комплектующих и возможности получить большее за меньшие деньги (не посягая на сегмент выше).

Но самое забавное в истории появления самой неудачной (по мнению большинства) архитектуры в арсенале AMD то, что продажи AMD FX трудно назвать не то что провальными, а даже посредственными – так, по данным магазина Newegg за 2016 год вторым по популярности процессором стал AMD FX-6300 (уступивший лишь i7 6700k), а небезызвестный лидер бюджетного красного сегмента FX-8350 вошел в пятерку самых продаваемых процессоров, немного отстав от i7 4790k. При этом даже относительно дешевые i5, которых приводили в пример маркетинговых успехов и «народного» статуса, значительно отстали от проверенных временем старичков на базе Piledriver.

Напоследок стоит отметить и довольно забавный факт, который несколько лет назад считался отговоркой поклонников AMD – речь идет о противостоянии FX-8350 и i5 2500k, которое зародилось еще во времена выхода Bulldozer. На протяжении долгого времени считалось, что красный процессор значительно отстает от облюбованного многими энтузиастами 2500k, однако в свежих тестах 2017 года в паре с мощнейшим GPU FX-8350 оказывается быстрее практически во всех игровых тестах. Уместно будет сказать «Ура, дождались!».

А Intel тем временем продолжает завоёвывать рынок.

В 2011 году анонсируется, а затем чуть позже выпускается партия новых процессоров на архитектуре Sandy Bridge, для нового, вышедшего в том же году сокета LGA 1155. Это второе поколение современных процессоров Intel, полное обновление линейки, которое проложило дорогу коммерческого успеха для компании, ведь аналогов по мощности на ядро и по разгону не было. Возможно, вы помните i5 2500К - легендарный процессор, он разгонялся до частоты почти в 5 ГГц, с соответственным башенным охлаждением, и способен даже сегодня, в 2017, обеспечить приемлемую производительность в системе с одной, а возможно и двумя видеокартами в современных играх. На ресурсе hwbot.org процессор преодолел частоту в 6014,1 мегагерц от русского оверклокера SAV. Это был 4 ядерный процессор с кэшем 3 уровня в 6 Мб, базовая частота составляла всего 3,3 ГГц, ничего особенного, но за счет припоя, процессоры этого поколения разгонялись очень сильно и не имели перегрева. Так же абсолютно успешным в этом поколении были i7 2600К и 2700K - 4 ядерные процессоры с гипертредингом, что давало им целых 8 потоков. Разгонялись, правда, они чуть слабее, но имели более высокую производительность, а соответственно и тепловыделение. Их брали под системы для быстрого и эффективного видеомонтажа, а также для проведения трансляций в интернете. Что интересно, 2600К как и i5 2500К тоже используют сегодня не только геймеры, но и стримеры. Можно сказать, что данное поколение стало народным достоянием, так как все хотели именно процессоры от Intel, что сказалось на их цене, не в лучшую для потребителя сторону.

В 2012 Intel выпускает 3 поколение процессоров, под названием Ivy Bridge, что выглядит странно, ведь прошел всего год, неужели они смогли изобрести что-то принципиально новое, что дало бы ощутимый прирост производительности? Как бы не так, новое поколение процессоров, базируется все на том же сокете – LGA 1155, а процессоры этого поколения, не сильно опережают предыдущие, связано это, конечно же, с тем, что конкуренции в топовом сегменте не было. Все та же AMD, не сказать, что бы плотно дышала в спину первых, потому, Intel могли позволить себе выпускать процессоры чуть мощнее своих же, ведь фактически стали монополистами на рынке. Но тут закрался ещё один подвох, теперь в виде термоинтерфейса под крышкой, Intel использовали не припой, а какую-то свою, как прозвали в народе – жвачку, сделано это было для экономии, что приносило ещё больше дохода. Эта тема просто взорвала сеть, больше нельзя было разгонять процессоры под завязку, ведь они получали температуру в среднем на 10 градусов больше предыдущих, потому частоты пришли ближе к границе в 4 – 4,2 ГГц. Особенные экстремалы даже вскрывали крышку процессора, с целью замены термопасты на более эффективную, сделать это без скола кристалла или повреждения контактов процессора удавалось не всем, однако метод оказался эффективным. Тем не менее, я могу выделить некоторые процессоры, которые пользовались успехом.

Возможно вы заметили, что я не упоминал i3, при рассказе о втором поколении, связано это с тем, что процессоры подобной мощности не особенно пользовались популярностью. Все всегда хотели i5, у кого были деньги брали конечно же i7.

В 3 поколении, о котором мы сейчас поговорим, ситуация кардинально не изменилась.
Успешными среди этого поколения, можно выделить i5 3340 и i5 3570К, по производительности они не отличались, тут все упиралось в частоту, кэш был всё те же - 6 Мб, 3340 не имел возможности разгона, потому 3570К был желаннее, но что один, что второй – обеспечивали хорошую производительность в играх. Из i7 на 1155 это был единственный 3770 с индексом К с кэшем 8 Мб и частотой 3.5-3.9 ГГц. В бусте разгоняли его обычно до 4,2 - 4,5 ГГц. Интересно, что в том же 2011, вышел новый сокет LGA 2011, для которого вышли два супер-процессора i7 4820K (4 ядра, 8 потоков, с L3 кэшем – 10 Мб) и i7 4930K (6 ядер, 12 потоков, L3 кэш был равен целых 12 Мб), что это были за монстры – сказать трудно, такой проц стоил 1000 баксов и был мечтой многих школьников в то время, хотя для игр, конечно, он был слишком мощным, больше подходил под профессиональные задачи.

В 2013 выходит Haswell, да-да, ещё один год, ещё одно поколение, по традиции чуть мощнее предыдущего, потому как AMD снова не смогла. Известно как самое горячее поколение. Однако i5 этого поколения были довольно таки успешными. Связано это с тем, на мой взгляд, что ребята с «Сендика», побежали менять свои, как они думали, устаревшие процы на новую «революцию» от Intel, с чего потом горели все «интернеты». Процессоры разгонялись даже хуже предыдущего поколения, из-за чего многие до сих пор недолюбливают это поколение. Производительность этого поколение была немного выше предыдущего (процентов на 15, что не много, но монополия делает свое дело), а ограничение по разгону - хорошая опция для Intel, чтобы давать меньше «халявной» производительности пользователю.

Все i5-ые по традиции были без гипертрединга. Работали на частоте от 3 до 3,9 ГГц в бусте, брать можно были любой с индексом «К», так как это гарантировало хорошую производительность, пусть и с не очень высоким разгоном. i7 тут был поначалу всего один, это 4770К - 4 ядра 8 потоков, 3,5 - 3,9 ГГц, рабочая лошадка, но греется без хорошего охлада очень сильно, не скажу что был популярен у скальперов, но люди, которые скальпировали крышку, говорят что результат намного лучше, на воде берет порядка 5 гигагерц, если повезет. Это касалось любого процессора со времен «Сендика». Однако это не конец, в этом поколении был такой себе Xeon E3-1231V3, который, по сути, был тем же i7 4770, только без интегрированной графики и разгона. Интересен тем, что вставлялся в обычную мать с сокетом 1150 и стоил гораздо дешевле ай седьмого. Чуть позже выходит i7 4790K и он, обладает уже улучшенным термоинтерфейсом, но это все ещё не тот припой что был раньше. Тем не менее, процессор разгоняется больше, чем 4770. Поговаривали даже о случаях разгона в 4,7 ГГц на воздухе, конечно на хорошем охладе.

Так же существуют «Монстры» этого поколения (Haswell-E): i7-5960X Extreme Edition, i7-5930K и 5820К, адаптированные под десктопный рынок серверные решения. Это были самые напичканные по самое не балуй процессоры на тот момент. Они базируются на новом 2011 v3 сокете и стоят кучу денег, но и производительность у них исключительная, что не мудрено, ведь у старшего процессора в линейке целых 16 потоков и 20 Мб кэша. Подбирайте челюсть и идем дальше.

В 2015 выходит Skylake, на сокете 1151 и все бы ничего и вроде почти та же самая производительность, однако это поколение отличается от всех предыдущих: во-первых, уменьшенными размерами теплораспределительной крышки, для улучшенного теплообмена с системой охлаждения на процессоре, во-вторых, поддержкой памяти DDR4 и программной поддержкой DirectX 12, Open GL 4.4, Open CL 2.0, что говорит о лучшей производительности в современных играх, в которых будут использоваться эти АПУ. Так же оказалось, что даже процессоры без индекса K можно разгонять, делалось это при помощи шины памяти, однако это дело быстро прикрыли. Работает ли этот метод через костыли – нам не известно.

Процессоров тут было немного, Intel опять улучшили бизнес модель, зачем выпускать 6 процессоров, если из всей линейки популярны 3-4? Значит будем выпускать 4 процессора среднего и 2 дорогого сегмента. Лично по моим наблюдениям, чаще всего берут i5 6500 или 6600К, все те же 4 ядра с 6 Мб кэша и турбобустом.

В 2016 году Intel представила пятое поколение процессоров – Broadwell-E. Core i7-6950X был первый в истории десктопный десятиядерный процессор в мире. Цена такого процессора на момент старта продаж составляла 1723 доллара. Многим показался очень странным такой ход со стороны Intel.

2 марта 2017-го года в продажу поступили новые процессоры старшей линейки AMD Ryzen 7, включавшие в себя 3 модели: 1800Х, 1700Х и 1700. Как вы уже знаете, 22 февраля этого года проходила официальная презентация Ryzen, на которой Лиза Су заявила, что инженеры перевыполнили прогноз 40%. По факту Ryzen опережает Excavator на 52%, а с учётом того, что прошло уже более полугода с момента начала продаж Ryzen, выход новых обновлений биос, повышающих производительность и фиксящих мелкие баги в архитектуре Zen, можно сказать, что эта цифра выросла до 60%. На сегодня старший Ryzen – самый быстрый восьмиядерный процессор в мире. И здесь подтвердилось ещё одно предположение. Насчёт десятиядерного Intel. На самом деле это и был настоящий и единственный ответ Ryzen. Intel заранее украла победу у AMD, типо, что бы вы там не выпустили, самый быстрый процессор в любом случае останется у нас. И тогда на презентации Лиза Су не смогла назвать Ryzen абсолютным чемпионом, а всего лишь лучшим из восьмиядерных. Такой вот тонкий троллинг со стороны Intel.

Сейчас компании AMD и Intel представляют новые флагманские процессоры. У AMD это Ryzen Threadripper, у Intel – Core i9. Цена восемнадцати ядерного тридцати шести поточного флагмана Intel Core i9-7980XE составляет порядка двух тысяч долларов. Цена шестнадцати ядерного тридцати двух поточного процессора Intel Core i9-7960X составляет 1700 долларов, тогда как у аналогичного шестнадцати ядерного тридцати двух поточного AMD Ryzen Threadripper 1950X цена составляет порядка тысячи долларов. Делайте разумные выводы сами, господа.

Видео по данному материалу.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

Кафедра электропривода

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:”Микропроцессорные средства.”

на тему:”История развития процессоров INTEL .Процессоры INTEL ATOM .Ноутбуки на базе технологии INTEL ATOM .”

Выполнила Верзилина О.Н.

Студентка группа ОЗЭП-04-1

Проверил

Преподаватель Пличко Н.П.

Липецк 2008

1.История развития фирмы INTEL………………………………………3

1.1.Развитие и выпуск процессоров INTEL……………………………..9

2.Обзор технологии ATOM………………………………………………20

3.Обзор процессоров INTELATOM……………………………………..22

4.Процессоры INTELATOM 230,Z520…………………………………..24

4.1.Материнская плата GigabyteGC230D………………………………..24

4.2.Материнская плата IXT………………………………………………..32

5.Процессор INTELATOM 330…………………………………………...42

6.Ноутбуки на базе процессоров INTELATOM…………………………43

6.1.Ноутбук MSI Wind U100-024RU………………………………………43

6.2.Ноутбук ASUS Eee 1000H……………………………………………...48

6.3.Ноутбук Acer One AOA 150-Bb………………………………………..51

6.4.Ноутбук Gigabyte M912V………………………………………………53

6.5.Ноутбук Asus N10………………………………………………………54

6.6.Ноутбук SatelliteNB 105……………………………………………….55

1. История создания фирмы INTEL .

12 декабря 2002 года исполнилось 75 лет со дня рождения Роберта Нойса, изобретателя микросхемы и одного из основателей фирмы Intel.

Началось все с того, что в 1955 году изобретатель транзистора Уильям Шокли открыл собственную фирму Shockley Semiconductor Labs в Пало-Альто (что, кроме всего прочего, послужило началом создания Кремниевой долины), куда набрал довольно много молодых исследователей. В 1959 году по ряду причин от него ушла группа в восемь инженеров, которых не устраивала работа “на дядю” и они хотели попробовать реализовать собственные идеи. “Восьмерка предателей”, как их называл Шокли, среди которых были в том числе Мур с Нойсом, основала фирму Fairchild Semiconductor.

Боб Нойс занял в новой компании должность директора по исследованиям и разработкам. Позднее он утверждал, что придумал микросхему из лени – довольно бессмысленно выглядело, когда в процессе изготовления микромодулей пластины кремния сначала разрезались на отдельные транзисторы, а затем опять соединялись друг с другом в общую схему. Процесс был крайне трудоемким – все соединения паялись вручную под микроскопом! – и дорогим. К тому моменту сотрудником Fairchild, тоже одним из сооснователей – Джином Герни (Jean Hoerni) уже была разработана т.н. планарная технология производства транзисторов, в которой все рабочие области находятся в одной плоскости. Нойс предложил изолировать отдельные транзисторы в кристалле друг от друга обратносмещенными p-n переходами, а поверхность покрывать изолирующим окислом, и выполнять межсоединения с помощью напыления полосок из алюминия. Контакт с отдельными элементами осуществлялся через окна в этом окисле, которые вытравливались по специальному шаблону плавиковой кислотой.

Причем, как он выяснил, алюминий отлично приставал как к кремнию, так и к его окислу (именно проблема адсорбции материала проводника к кремнию до последнего времени не позволяла использовать медь вместо алюминия, несмотря на ее более высокую электропроводность). Такая планарная технология в несколько модернизированном виде сохранилась до наших дней. Для тестирования первых микросхем использовался единственный прибор – осциллограф.

Между тем выяснилось, что Нойса в благородном деле создания первой микросхемы опередили. Еще летом 1958-го сотрудник Texas Instruments Джек Килби продемонстрировал возможности изготовления всех дискретных элементов, включая резисторы и даже конденсаторы, на кремнии.

Планарной технологии в его распоряжении не было, поэтому он использовал так называемые меза-транзисторы. В августе он собрал работающий макет триггера, в котором отдельные изготовленные им собственноручно элементы соединялись золотыми проволочками, а 12 сентября 1958 г. предъявил работающую микросхему – мультивибратор с рабочей частотой 1,3 МГц. В 1960 году эти достижения демонстрировались на публике – на выставке американского Института радиоинженеров. Пресса очень холодно встретила открытие. В числе прочих отрицательных особенностей “integrated circuit” называлась неремонтопригодность. Хотя Килби подал заявку на патент еще в феврале 1959, а Fairchild сделала это только в июле того же года, последней патент выдали раньше – в апреле 1961 г., а Килби – только в июне 1964 г. Потом была десятилетняя война о приоритетах, в результате которой, как говорится победила дружба. В конечном счете, Апелляционный Суд подтвердил претензии Нойса на первенство в технологии, но постановил считать Килби создателем первой работающей микросхемы. В 2000 Килби получил за это изобретение Нобелевскую премию (среди двух других лауреатов был академик Алферов).

Роберт Нойс и Гордон Мур ушли из компании FairchildSemiconductor и основали свою фирму, а вскоре к ним присоединилсяЭнди Гроув. Тот же финансист, который ранее помог создать Fairchild, предоставил $2.5 млн, хотя бизнес-план на одной страничке, собственноручно отпечатанный на пишущей машинке Робертом Нойсом, выглядел не слишком впечатляюще: куча опечаток, плюс заявления весьма общего характера.

Выбор имени оказался нелегким делом. Предлагались десятки вариантов, но все они были отброшены. Кстати, вам ничего не говорят названия CalCompили CompTek? А ведь они могли бы принадлежать не тем популярным фирмам, которые носят их сейчас, а крупнейшему производителю процессоров - в свое время их отвергли среди прочих вариантов. В итоге было решено назвать компанию Intel, от слов «интегрированная электроника». Правда, сначала пришлось выкупить это название у группы мотелей, зарегистрировавшей его ранее.

Итак, в 1969 году Intel начинала работу с микросхем памяти и добилась некоторого успеха, но явно недостаточного для славы. В первый год существования доход составил всего $2672.

Сегодня Intel производит чипы в расчете на рыночные продажи, но в первые годы своего становления компания нередко делала микросхемы на заказ. В апреле 1969 года в Intel обратились представители японской фирмы Busicom, занимающейся выпуском калькуляторов. Японцы прослышали, что у Intel самая передовая технология производства микросхем. Для своего нового настольного калькулятора Busicom хотела заказать 12 микросхем различного назначения. Проблема, однако, заключалась в том, что ресурсы Intel в тот момент не позволяли выполнить такой заказ. Методика разработки микросхем сегодня не сильно отличается от той, что была в конце 60-х годов XX века, правда, инструментарий отличается весьма заметно.

В те давние-давние годы такие весьма трудоемкие операции, как проектирование и тестирование, выполнялись вручную. Проектировщики вычерчивали черновые варианты на миллиметровке, а чертежники переносили их на специальную вощеную бумагу (восковку). Прототип маски изготовляли путем ручного нанесения линий на огромные листы лавсановой пленки. Никаких компьютерных систем обсчета схемы и ее узлов еще не существовало. Проверка правильности производилась путем "прохода" по всем линиям зеленым или желтым фломастером. Сама маска изготавливалась путем переноса чертежа с лавсановой пленки на так называемый рубилит - огромные двухслойные листы рубинового цвета. Гравировка на рубилите также осуществлялась вручную. Затем несколько дней приходилось перепроверять точность гравировки. В том случае, если необходимо было убрать или добавить какие-то транзисторы, это делалось опять-таки вручную, с использованием скальпеля. Только после тщательной проверки лист рубилита передавался изготовителю маски. Малейшая ошибка на любом этапе - и все приходилось начинать сначала. Например, первый тестовый экземпляр "изделия 3101" получился 63-разрядным.

Словом, 12 новых микросхем Intel физически не могла потянуть. Но Мур и Нойс были не только замечательными инженерами, но и предпринимателями, в связи с чем им сильно не хотелось терять выгодный заказ. И тут одному из сотрудников Intel, Теду Хоффу (Ted Hoff), пришло в голову, что, раз компания не имеет возможности спроектировать 12 микросхем, нужно сделать всего одну универсальную микросхему, которая по своим функциональным возможностям заменит их все. Иначе говоря, Тед Хофф сформулировал идею микропроцессора - первого в мире. В июле 1969 года была создана группа по разработке, и работа началась. В сентябре к группе присоединился также перешедший из Fairchild Стэн Мазор (Stan Mazor). Контролером от заказчика в группу вошел японец Масатоси Сима (Masatoshi Shima). Чтобы полностью обеспечить работу калькулятора, необходимо было изготовить не одну, а четыре микросхемы. Таким образом, вместо 12 чипов требовалось разработать только четыре, но один из них - универсальный. Изготовлением микросхем такой сложности до этого никто не занимался.

Итальяно-японское содружество

В апреле 1970 года к группе по выполнению заказа Busicom присоединился новый сотрудник. Он пришел из кузницы кадров для Intel - компании Fairchild Semiconductor. Звали нового сотрудника Федерико Фэджин (Federico Faggin). Ему было 28 лет, но уже почти десять лет он занимался созданием компьютеров. В девятнадцать лет Фэджин участвовал в построении мини-ЭВМ итальянской компании Olivetti. Затем он попал в итальянское представительство Fairchild, где занимался разработкой нескольких микросхем. В 1968 году Фэджин покинул Италию и перебрался в США, в лабораторию Fairchild Semiconductor в Пало-Альто.
Стэн Мазор показал новому члену группы общую спецификацию проектируемого набора микросхем и сказал, что на следующий день прилетает представитель заказчика.

История процессоров Intel | Первенец – Intel 4004

Свой первый микропроцессор Intel продала в 1971 году. Это был 4-битный чип с кодовым названием 4004. Он предназначался для совместной работы с тремя другими микрочипами, ПЗУ 4001, ОЗУ 4002 и сдвиговым регистром 4003. 4004 выполнял непосредственно вычисления, а остальные компоненты имели критическое значение для работы процессора. Чипы 4004 главным образом использовались в калькуляторах и прочих подобных устройствах, и не предназначались для компьютеров. Его максимальная тактовая частота составляла 740 кГц.

За 4004 последовал похожий процессор под названием 4040, который, по сути, представлял улучшенную версию 4004 с расширенной системой команд и более высокой производительностью.

История процессоров Intel | 8008 и 8080

С помощью 4004 Intel заявила о себе на рынке микропроцессоров, и чтобы извлечь выгоду из ситуации представила новую серию 8-битных процессоров. Чипы 8008 появились в 1972 году, затем в 1974 году появились процессоры 8080, а в 1975 году – чипы 8085. Хотя 8008 является первым 8-битным микропроцессоров Intel, он был не так известен, как его предшественник или преемник – модель 8080. Благодаря возможности обрабатывать данные 8-битными блоками 8008 был быстрее, чем 4004, но имел довольно скромную тактовую частоту 200-800 кГц и не особо привлекал внимание проектировщиков систем. 8008 производился по 10-микрометровой технологии.

Intel 8080 оказался намного более успешным. Архитектурный дизайн чипов 8008 был изменен ввиду добавления новых инструкций и перехода к 6-микрометровым транзисторам. Это позволило Intel более чем вдвое повысить тактовые частоты, и самые быстрые процессоры 8080 в 1974 году работали при частоте 2 МГц. ЦП 8080 использовались в бесчисленном множестве устройств, в связи с чем несколько разработчиков программного обеспечения, например, недавно сформированная Microsoft, сосредоточились на программном обеспечении для процессоров Intel.

В конечном счете, появившиеся позже микрочипы 8086 имели общую архитектуру с 8080, чтобы сохранить обратную совместимость с ПО, написанным для них. В результате ключевые аппаратные блоки процессоров 8080 присутствовали во всех когда-либо произведенных процессорах на базе x86. Программное обеспечение для 8080 технически также может работать на любом процессоре с архитектурой x86.

Процессоры 8085, по сути, представляли удешевленный вариант 8080 с повышенной тактовой частой. Они были очень успешны, хотя оставили меньший след в истории.

История процессоров Intel | 8086: начало эры x86

Первым 16-битным процессором Intel был 8086. Он имел существенно большую производительность по сравнению с 8080. Кроме повышенной тактовой частоты процессор обладал 16-разрядной шиной данных и аппаратными исполнительными блоками, позволяющими 8086 одновременно выполнять две восьмибитные инструкции. Кроме того процессор мог выполнять более сложные 16-битные операции, но основная масса программ того времени была разработана для 8-битных процессоров, поэтому поддержка 16-битных операций была не так актуальна, как многозадачность процессора. Разрядность адресной шины была расширена до 20-бит, что дало процессору 8086 доступ к 1 Мбайт памяти и увеличило производительность.

8086 также стал первым процессором на архитектуре x86. Он использовал первую версию набора команд x86, на которой базируются почти все процессоры AMD и Intel с момента появления этого чипа.

Примерно в то же время Intel выпускала чип 8088. Он был построен на базе 8086, но у него была отключена половина адресной шины, и он ограничивался исполнением 8-битных операций. Тем не менее, он имел доступ к 1 Мбайт ОЗУ и работал при более высоких частотах, поэтому был быстрее предыдущих 8-битных процессоров Intel.

История процессоров Intel | 80186 и 80188

После 8086 Intel представила несколько других процессоров, все они использовали схожую 16-битную архитектуру. Первым был чип 80186. Он разрабатывался с целью упрощения проектирования готовых систем. Intel переместила некоторые аппаратные элементы, которые обычно располагались на системной плате, в ЦП, включая генератор тактовых импульсов, контроллер прерываний и таймер. Благодаря интеграции этих компонентов в ЦП 80186 стал во много раз быстрее, чем 8086. Intel также увеличила тактовую частоту чипа, чтобы еще больше повысить производительность.

Процессор 80188 также имел ряд аппаратных компонентов, интегрированных в чип, но обходился 8-битной шиной данных, как 8088, и предлагался в качестве бюджетного решения.

История процессоров Intel | 80286: больше памяти, больше производительности

После выхода 80186 в том же году появился 80286. Он имел почти идентичные характеристики, за исключением расширенной до 24-бит адресной шины, которая, в так называемом защищенном режиме работы процессора, позволяла ему работать с оперативной памятью объемом до 16 Мбайт.

История процессоров Intel | iAPX 432

iAPX 432 был ранней попыткой Intel уйти от архитектуры x86 в совершенно другую сторону. По расчетам Intel iAPX 432 должен быть в несколько раз быстрее, чем другие решения компании. Но, в конечном счете, процессор потерпел неудачу из-за существенных просчетов в архитектуре. Хотя процессоры x86 считались относительно сложными, iAPx 432 поднял сложность CISC на совершенно новый уровень. Конфигурация процессора была довольно громоздкой, что вынудило Intel выпускать ЦП на двух отдельных кристаллах. Процессор также был рассчитан на высокие нагрузки и не мог хорошо работать в условиях недостатка пропускной способности шин или поступления данных. iAPX 432 смог обогнать 8080 и 8086, но его быстро затмили более новые процессоры на архитектуре x86, и в итоге от него отказались.

История процессоров Intel | i960: первый RISC-процессор Intel

В 1984 Intel создала свой первый RISC-процессор. Он не являлся прямым конкурентом процессорам на базе x86, поскольку предназначался для безопасных встраиваемых решений. В этих чипах использовалась 32-битная суперскалярная архитектура, в которой применялись концепция дизайна Berkeley RISC. Первые процессоры i960 имели относительно низкие тактовые частоты (младшая модель работала на 10 МГц), но со временем архитектура была улучшена и переведена на более тонкие техпроцессы, что позволило поднять частоту до 100 МГц. Также они поддерживали 4 Гбайт защищенной памяти.

i960 широко использовался в военных системах а также в корпоративном сегменте.

История процессоров Intel | 80386: переход x86 на 32-бита

Первым 32-битным процессором на архитектуре x86 от Intel стал 80386, который появился в 1985 году. Его ключевым преимуществом являлась 32-битная адресная шина, которая позволяла адресовать до 4 Гбайт системной памяти. Хотя в те времени столько памяти практически никто не использовал, ограничения ОЗУ часто вредили производительности предшествующих процессоров x86 и конкурирующих ЦП. В отличие от современных ЦП, на момент появления 80386 увеличение объема ОЗУ почти всегда означало увеличение производительности. Также Intel реализовала ряд архитектурных усовершенствований, которые помогали повысить производительность выше уровня 80286, даже когда обе системы использовали одинаковый объем ОЗУ.

Чтобы добавить в продуктовую линейку более доступные модели, Intel представила 80386SX. Этот процессор был практически идентичен 32-битному 80386, но ограничивался 16-битной шиной данных и поддерживал работу с ОЗУ объемом лишь до 16 Мбайт.

История процессоров Intel | i860

В 1989 году Intel предприняла еще одну попытку уйти от процессоров x86. Она создала новый ЦП с архитектурой RISC под названием i860. В отличие от i960 этот ЦП разрабатывался как модель с высокой производительностью для рынка настольных ПК, но процессорный дизайн имел некоторые недостатки. Главный из них заключался в том, что для достижения высокой производительности процессор полностью полагался на программные компиляторы, которые должны были размещать инструкции в порядке их выполнения в момент создания исполняемого файла. Это помогло Intel сохранить размер кристалла и уменьшить сложность чипа i860, но при компиляции программ было практически невозможно корректно расположить каждую инструкцию с начала и до конца. Это вынуждало ЦП тратить больше времени на обработку данных, что резко снижало его производительность.

История процессоров Intel | 80486: интеграция FPU

Процессор 80486 стал следующим большим шагом Intel с точки зрения производительности. Ключом к успеху являлась более плотная интеграция компонентов в ЦП. 80486 был первым процессором x86 с кэшем L1 (первого уровня). Первые образцы 80486 имели на кристалле 8 Кбайт кэш-памяти и изготавливались с применением техпроцесса 1000 нм. Но с переходом на 600 нм объем кэша L1 увеличился до 16 Кбайт.

Intel также включила в ЦП блок FPU, который до этого являлся отдельным функциональным блоком обработки данных. Переместив эти компоненты в центральный процессор, Intel заметно снизила задержку между ними. Чтобы увеличить пропускную способность процессоры 80486 также использовали более быстрый интерфейс FSB. Для повышения скорости обработки внешних данных было произведено множество усовершенствований в ядре и других компонентах. Эти изменения значительно подняли производительность процессоров 80486, которые в разы обгоняли старые 80386.

Первые процессоры 80486 достигали частоты 50 МГц, а более поздние модели, произведенные по техпроцессу 600 нм, могли работать на частоте до 100 МГц. Для покупателей с меньшим бюджетом Intel выпускала версию 80486SX, в которой был заблокирован блок FPU.

История процессоров Intel | P5: первый процессор Pentium

Pentium появился в 1993 году и был первым процессором x86 Intel, который не следовал системе нумерации 80x86. Pentium использовал архитектуру P5 – первую суперскалярную микроархитектуру x86 Intel. Хотя Pentium в целом был быстрее 80486, его главной особенностью был существенно улучшенный блок FPU. FPU оригинального Pentium был более чем в десять раз быстрее старого блока в 80486. Значение этого усовершенствования лишь усилилось, когда Intel выпустила Pentium MMX. В плане микроархитектуры этот процессор идентичен первому Pentium, но он поддерживал набор команд Intel MMX SIMD, который мог значительно повышать скорость отдельных операций.

По сравнению с 80486 Intel увеличила в новых процессорах Pentium объема кэша L1. Первые модели Pentium имели 16 Кбайт кэша первого уровня, а Pentium MMX получил уже 32 Кбайт. Естественно, эти чипы работали при более высоких тактовых частотах. Первые процессоры Pentium использовали транзисторы с техпроцессом 800 нм и достигали только 60 МГц, но последующие версии, созданные с использованием производственного процесса Intel 250 нм, достигали уже 300 МГц (ядро Tillamook).

История процессоров Intel | P6: Pentium Pro

Вскоре после первого Pentium Intel планировала выпустить Pentium Pro, основанный на архитектуре P6, но столкнулась с техническими трудностями. Pentium Pro выполнял 32-битные операции значительно быстрее оригинального Pentium благодаря внеочередному исполнению команд. Эти процессоры имели сильно переработанную внутреннюю архитектуру, которая декодировала инструкции в микрооперации, которые выполнялись на модулях общего назначения. В связи с дополнительными аппаратными средствами декодирования Pentium Pro также использовал значительно расширенный 14-уровневый конвейер.

Поскольку первые процессоры Pentium Pro были предназначены для рынка серверов, Intel снова расширила адресную шину до 36-бит и добавила технологию PAE, позволяющую адресовать до 64 Гбайт ОЗУ. Это гораздо больше, чем было нужно среднему пользователю, но возможность поддержки большого объема ОЗУ была крайне важна для заказчиков серверов.

Также была переработана система кэш-памяти процессора. Кэш L1 был ограничен двумя сегментами по 8 Кбайт, один для инструкций и один для данных. Чтобы восполнить дефицит 16 Кбайт памяти по сравнению с Pentium MMX, Intel добавила от 256 Кбайт до 1 Мбайт кэша L2 на отдельной микросхеме, присоединенной к корпусу ЦП. Она соединялась с ЦП с помощью внутренней шины передачи данных (BSB).

Изначально Intel планировала продавать Pentium Pro простым пользователям, но, в конечном счете, ограничила его выпуск моделями для серверных систем. Pentium Pro имел несколько революционных функций, но продолжал конкурировать с Pentium и Pentium MMX в плане производительности. Два более старых процессора Pentium были значительно быстрее при выполнении 16-битных операций, а в то время 16-битное ПО было преобладающим. Процессору также нахватало поддержки набора команд MMX, в результате Pentium MMX обгонял Pentium Pro в оптимизированных под MMX программах.

У Pentium Pro был шанс удержаться на потребительском рынке, но он был довольно дорогим в производстве из-за отдельной микросхемы, содержащей кэш L2. Самый быстрый процессор Pentium Pro достигал тактовой частоты 200 МГц и производился по техпроцессам 500 и 350 нм.

История процессоров Intel | P6: Pentium II

Intel не отступилась от архитектуры P6 и в 1997 году представила Pentium II, в которым были исправлены почти все недостатки Pentium Pro. Лежащая в основе архитектура была похожа на Pentium Pro. Он также использовал 14-уровневый конвейер и имел некоторые улучшения ядра, повышающие скорость выполнения инструкций. Объем кэша L1 вырос – 16 Кбайт для данных плюс 16 Кбайт для инструкций.

Для снижения стоимости производства Intel также перешла к более дешевым чипам кэш-памяти, присоединенным к более крупному корпусу процессора. Это был эффективный способ сделать Pentium II дешевле, но модули памяти не могли работать на максимальной скорости ЦП. В результате частота работы кэша L2 составляла лишь половину от процессорной, но для ранних моделей ЦП этого было достаточно, чтобы увеличить производительность.

Intel также добавила набор команд MMX. Ядра ЦП в Pentium II под кодовым названием "Klamath" и "Deschutes" также продавалась под брендами Xeon и Pentium II Overdrive, ориентированными на сервера. Модели с самой высокой производительностью имели 512 Кбайт кэша L2 и тактовую частоту до 450 МГц.

История процессоров Intel | P6: Pentium III и схватка за 1 ГГц

После Pentium II Intel планировала выпустить процессор, основанный на архитектуре Netburst, но она была еще не готова. Поэтому в Pentium III компания снова использовала архитектуру P6.

Первый процессор Pentium III носил кодовое имя "Katmai" и был очень похож на Pentium II: он использовал упрощенный кэш L2, работающий лишь на половине скорости ЦП. Базовая архитектура получила существенные изменения, в частности, несколько частей 14-уровневого конвейера были объединены между собой до 10 ступеней. Благодаря обновленному конвейеру и увеличению тактовой частоты первые процессоры Pentium III, как правило, немного обгоняли Pentium II.

Katmai производился по технологии 250 нм. Однако, после перехода на производственный процесс 180 нм, Intel смогла значительно увеличить производительность Pentium III. В обновленной версии под кодовым названием "Coppermine" кэш L2 был перемещен в ЦП, а его объем был снижена наполовину (до 256 Кбайт). Но поскольку он мог работать на частоте процессора, уровень производительности все равно повысился.

Coppermine участвовал в гонке с AMD Athlon за частотой 1 ГГц и преуспел. Позднее Intel попыталась выпустить модель процессора 1,13 ГГц, но в конечном счете она была отозвана после того, как доктор Томас Пабст из Tom"s Hardware обнаружил нестабильности в его работе . В итоге чип с частотой 1 ГГц остался самым быстрым процессором Pentium III на базе Coppermine.

Последняя версия ядра Pentium III называлась "Tualatin". При ее создании использовался техпроцесс 130 нм, который позволил добиться тактовой частоты 1,4 ГГц. Кэш L2 был увеличен до 512 Кбайт, что также позволило немного повысить производительность.

История процессоров Intel | P5 и P6: Celeron и Xeon

Вместе с Pentium II Intel также представила линейки процессоров Celeron и Xeon. Они использовали ядро Pentium II или Pentium III, но с разным объемом кэш-памяти. У первых моделей процессоров под брендом Celeron, основанных на базе Pentium II, вообще не было кэша L2, и производительность была ужасной. Более поздние модели на базе Pentium III имели половину от его объема кэша L2. Таким образом мы получили процессоры Celeron, которые использовали ядро Coppermine и имели только 128 Кбайт кэша L2, а более поздние модели, на базе Tualatin уже 256 Кбайт.

Версии с половиной кэша также называли Coppermine-128 и Tualatin-256. Частота этих процессоров была сопоставима с Pentium III и позволяла конкурировать с процессорами AMD Duron. Microsoft использовала процессор Celeron Coppermine-128 с частотой 733 МГц в игровой консоли Xbox.

Первые процессоры Xeon тоже были основаны на Pentium II, но имели больше кэша второго уровня. У моделей начального уровня его объем составлял 512 Кбайт, тогда как у старших собратьев могло быть до 2 Мбайт.

История процессоров Intel | Netburst: премьера

Прежде чем обсуждать архитектуру Intel Netburst и Pentium 4, важно понимать, в чем преимущества и недостатки ее длинного конвейера. Под понятием конвейера подразумевается перемещение инструкций через ядро. На каждом этапе конвейера выполняется множество задач, но иногда может выполняться только одна единственная функция. Конвейер можно увеличить путем добавлением новых аппаратных блоков или разделением одного этапа на несколько. А также можно уменьшить за счет удаления аппаратных блоков или объединения нескольких этапов обработки в один.

Длина или глубина конвейера имеет прямое влияние на задержку, IPC, тактовую частоту и пропускную способность. Более длинные конвейеры обычно требуют большей пропускной способности от других подсистем, и если конвейер постоянно получает необходимый объем данных, то каждый этап конвейера не будет простаивать вхолостую. Также процессоры с длинными конвейерами обычно могут работать при более высоких тактовых частотах.

Недостатком длинного конвейера является повышенная задержка исполнения, поскольку данные, проходящие через конвейер, вынуждены «останавливаться» на каждом этапе на определенное число тактов. Кроме того, процессоры, имеющие длинный конвейер, могут иметь более низкий показатель IPC, поэтому для повышения скорости работы они используют более высокие тактовые частоты. Со временем процессоры, использующие комбинированный подход, доказали свою эффективность без существенных недостатков.

История процессоров Intel | Netburst: Pentium 4 Willamette и Northwood

В 2000 году архитектура Intel Netburst, наконец, была готова и увидела свет в процессорах Pentium 4, доминировав в течение последующих шести лет. Первая версия ядра называлась "Willamette", под которой Netburst и Pentium 4 просуществовали два года. Однако это было трудное время для Intel, и новый процессор с трудом обгонял Pentium III. Микроархитектура Netburst позволяла использовать более высокие частоты, и процессоры на базе Willamette смогли достичь 2 ГГц, но в некоторых задачах Pentium III с частотой 1,4 ГГц оказывался быстрее. В этот период процессоры AMD Athlon имели большее преимущество в производительности.

Проблема Willamette состояла в том, что Intel расширила конвейер до 20 этапов и планировала побить планку частоты 2 ГГц, но из-за ограничений, накладываемых энергопотреблением и тепловыделением, она не смогла достигнуть поставленных целей. Ситуация улучшилась с появлением микроархитектуры Intel "Northwood" и использованием нового техпроцесса 130 нм, который позволил увеличить тактовую частоту до 3,2 ГГц и удвоить объем кэша L2 с 256 Кбайт до 512 Кбайт. Впрочем, проблемы с потребляемой мощностью и тепловыделением архитектуры Netburst никуда не делись. Однако производительность Northwood была значительно выше, и он мог конкурировать с новыми чипами AMD.

В процессорах класса high-end Intel внедрила технологию Hyper-Threading, увеличивающую эффективность использования ресурсов ядра в условиях многозадачности. Польза от Hyper-Threading в чипах Northwood была не так велика, как в современных процессорах Core i7 – прирост производительности составлял несколько процентов.

Ядра Willamette и Northwood также использовались в процессорах серии Celeron и Xeon. Как и в предыдущих поколениях ЦП Celeron и Xeon, Intel соответственно уменьшала и увеличивала размер кэша второго уровня, чтобы дифференцировать их по производительности.

История процессоров Intel | P6: Pentium-M

Микроархитектура Netburst разрабатывалась для высокопроизводительных процессоров Intel, поэтому она была довольно энергоемкой и не подходила для мобильных систем. Поэтому в 2003 году Intel создала свою первую архитектуру, разработанную исключительно для ноутбуков. Процессоры Pentium-M базировались на архитектуре P6, но с более длинными 12-14-уровневыми конвейерами. Кроме того в ней впервые был реализован конвейер переменной длины – если необходимая для команды информация уже была загружена в кэш, инструкции могли выполняться после прохождения 12 этапов. В противном случае им нужно было пройти еще два дополнительных этапа, чтобы загрузить данные.

Первый из таких процессоров выпускался по техпроцессу 130 нм и содержал 1 Мбайт кэш-памяти L2. Он достигал частоты 1,8 ГГц при потребляемой мощности всего 24,5 Вт. Более поздняя версия под именем "Dothan" с 90-нанометровыми транзисторами была выпущена в 2004 году. Переход на более тонкий производственный процесс позволял Intel увеличить кэш второго уровня L2 до 2 Мбайт, который в сочетании с некоторыми улучшениями ядра заметно увеличивал производительность из расчета на такт. Кроме того максимальная частота ЦП поднялась до 2,27 ГГц при небольшом повышении энергопотребления до 27 Вт.

Архитектура процессоров Pentium-M впоследствии использовалась в мобильных чипах Stealey A100, на замену которых пришли процессоры Intel Atom.

История процессоров Intel | Netburst: Prescott

Ядро Northwood с архитектурой Netburst продержалось на рынке с 2002 по 2004 год, после чего Intel представила ядро Prescott с многочисленными улучшениями. При производстве использовался техпроцесс 90 нм, позволивший Intel увеличить кэш L2 до 1 Мбайт. Также Intel представила новый процессорный интерфейс LGA 775, который обладал поддержкой памяти DDR2 и расширенной в четыре раза шиной FSB. Благодаря этим изменениям Prescott обладал большей пропускной способностью, чем Northwood, а это было необходимо для повышения производительности Netburst. Кроме того на базе Prescott Intel показала первый 64-битный процессор x86, имеющий доступ к ОЗУ большего объема.

Intel рассчитывала, что процессоры Prescott станут самыми успешными среди чипов на базе архитектуры Netburst, но вместо этого они потерпели фиаско. Intel снова расширила конвейер выполнения команд, на сей раз до 31 этапа. В компании надеялись, что увеличения тактовых частот будет достаточно, чтобы компенсировать наличие более длинного конвейера, но им удалось достичь только 3,8 ГГц. Процессоры Prescott были слишком горячими и потребляли слишком много энергии. В Intel рассчитывали, что переход на техпроцесс 90 нм устранит эту проблему, однако повышенная плотность транзисторов лишь усложнила охлаждение процессоров. Добиться более высокой частоты было невозможно, и изменения ядра Prescott негативно сказались на общей производительности.

Даже со всеми улучшениями и дополнительным кэшем Prescott, в лучшем случае, выходил на один уровень с Northwood по части произвольности на такт. В то же время процессоры AMD K8 также осуществили переход на более тонкий техпроцесс, что позволило повысить их частоты. AMD некоторое время доминировала на рынке ЦП для настольных компьютеров.

История процессоров Intel | Netburst: Pentium D

В 2005 году два основных производителя соревновались за первенство в анонсе двухъядерного процессора для потребительского рынка. AMD первой анонсировала двухъядерный Athlon 64, но он долго отсутствовал в продаже. Intel стремилась обойти AMD, используя многоядерный модуль (MCM), содержащий два ядра Prescott. Компания окрестила свой двухъядерный процессор Pentium D, а первая модель носила кодовое имя "Smithfield".

Однако Pentium D подвергся критике, поскольку имел те же проблемы, что и оригинальные чипы Prescott. Тепловыделение и энергопотребление двух ядер на базе Netburst ограничивали таковую частоту на уровне 3,2 ГГц (в лучшем случае). И поскольку эффективность архитектуры сильно зависела от загруженности конвейера и скорости поступления данных, показатель IPC у Smithfield заметно снизился, поскольку пропускная способность канала делилась между двумя ядрами. Кроме того физическая реализация двухъядерного процессора не отличалась изящностью (по сути это два кристалла под одной крышкой). И два ядра на одном кристалле в ЦП AMD считались более продвинутым решением.

После Smithfield появился Presler, который был переведен на 65 нм техпроцесс. Многоядерный модуль содержал два кристалла Ceder Mill. Это помогло уменьшить тепловыделение и потребляемую мощность процессора, а также поднять таковую частоту до 3,8 ГГц.

Существовало две основных версии Presler. Первая имела более высокий тепловой пакет 125 Вт, а более поздняя модель ограничивалась значением 95 Вт. Благодаря уменьшенному размеру кристалла Intel также смогла удвоить объема кэша L2, в итоге каждый кристалл имел по 2 Мбайт памяти. Некоторые модели для энтузиастов также поддерживали технологию Hyper-Threading, позволяющую ЦП выполнять задачи в четыре потока одновременно.

Все процессоры Pentium D поддерживали 64-битное ПО и ОЗУ объемом более 4 Гбайт.

Во второй части: процессоры Core 2 Duo, Core i3, i5, i7 вплоть до Skylake.

Предыдущие части:

AMD K7

Дебют архитектуры AMD K7 и процессоров Athlon пришелся на август 1999 года. Американская компания ставила перед собой всё более и более серьезные задачи, поэтому ожидания пользователей от новой разработки были довольно высоки, особенно учитывая просачивающуюся в прессу информацию о технических характеристиках.

Еще задолго до того, как компания выпустила платформу K7, AMD и Motorola заключили партнерское соглашение, в рамках которого для производства новых процессоров могли использоваться фабрики Motorola. Результатом их сотрудничества стала технология производства кристаллов с применением медных соединений.

За разработку архитектуры K7 отвечал новичок AMD - Дирк Мейер. На то время будущий CEO AMD лишь недавно присоединился к компании. До этого он работал в компании DEC и непосредственно участвовал в разработке процессоров Alpha.

Дирк Мейер - будущий CEO AMD

Влияние DEC’овских процессоров на K7 чувствовалось сразу. Архитектура была разработана с прицелом на работу с высокой тактовой частотой. Для этого использовалась суперконвейерная суперскалярная модель. Платформу назвали суперконвейерной, поскольку число стадий конвейера увеличилось. Например, конвейер целочисленных операций состоял из 10 стадий, а модуль операций с плавающей запятой - из 17. Суперскалярность же заключалась в том, что Athlon умел обрабатывать до трех инструкций параллельно.

Ахиллесовой пятой архитектуры предыдущего поколения - K6 - была низкая производительность модуля вычислений с плавающей запятой (FPU). Так, процессоры AMD значительно уступали «Пентиумам». Не помогла тем «камням» и поддержка инструкций 3DNow!. Поэтому в K7 блок FPU был полностью переработан. Он стал трехконвейерным и содержал модули FMUL, FADD и FSTORE, которые могли работать как по отдельности, так и вместе. Блоки FMUL и FADD отвечали за выполнение инструкций MMX и 3DNow!. Первый модуль специализировался на операциях умножения, деления и вычисления квадратного корня из числа, а второй - на сложении и вычитании. Третий блок - FSTORE - обеспечивал доступ к оперативной памяти.

Раз уж мы упомянули инструкции 3DNow!, то стоит отметить, что в «Атлонах» этот набор команд был расширен. Новая версия 3DNow! получила 19 новых инструкций, предназначенных для обработки видеоданных и речи.

Еще одним нововведением в K7 стало использование шины данных EV6. Данный интерфейс являлся еще одной прямой отсылкой к процессорам компании DEC, поскольку он использовался в моделях Alpha. По сравнению с шиной GTL+, которая использовалась в архитектуре Intel P6, EV6 обладала несколькими преимуществами. Во-первых, использование технологии DDR (Double Data Rate) позволило передавать данные по обоим фронтам тактового сигнала. То есть при реальной частоте шины 100 МГц на выходе получалась вдвое большая эффективная частота - 200 МГц. Это позволило лучше использовать потенциал оперативной памяти. Во-вторых, благодаря поддержке протокола «точка-точка» EV6 идеально подходила для построения многопроцессорных систем.

Кэш-память «Атлонов» также претерпела определенные изменения. Прежде всего, нужно заметить, что процессорный кэш состоял из двух уровней. «Мозги» 1-го уровня подразделялась на блоки инструкций и данных. Объем каждого модуля составлял 64 Кбайт, что в сумме давало 128 Кбайт. Например, у Pentium III емкость кэша первого уровня составляла всего 32 Кбайт. Количество кэш-памяти 2-го уровня в архитектуре K7 равнялось 512 Кбайт, но он работал на вдвое или втрое меньшей частоте, нежели сам процессор. Это объяснялось тем, что SRAM-память была вынесена за пределы кристалла.

Процессор Athlon, Slot A

Первые процессоры Athlon базировались на ядре Pluto, которое производилось по 250-нм техпроцессу. «Камень» содержал порядка 22 миллиона транзисторов. «Атлоны» с ядром Pluto устанавливались в разъем Slot A. Несколько позже появились кристаллы, основанные на ядре Orion, которое производилось по 180-нм техпроцессу. И это было его единственным отличием от Pluto.

Интересные изменения процессоры получили после выхода 180-нм ядра Thunderbird. Во-первых, отныне продукты AMD были совместимы с разъемом Socket A. Во-вторых, они претерпели и существенные архитектурные изменения. Кэш-память 2-го уровня была перенесена непосредственно в процессорное ядро и работала на одинаковой с ним частоте. Несмотря на то, что ее объем уменьшился до 256 Кбайт, скорость ее работы возросла. Помимо этого, была увеличена тактовая частота системной шины. Теперь она функционировала с частотой 133 МГц, то есть ее эффективный показатель равнялся 266 МГц.

Кстати, AMD’шные процессоры первыми смогли преодолеть гигагерцевый рубеж. 6 марта 2000 года Athlon с ядром Thunderbird стал первым «камнем» в истории с рабочей частотой 1 ГГц. Но и это не стало пределом для архитектуры K7, так как чуть позже появились модели, которые функционировали на частоте 1400 МГц.

Гигагерцевый Athlon для разъема Slot A

Несмотря на коммерческий и технологический успех K7, архитектура была далеко не идеальна. Основной ее проблемой являлся медленный кэш 2-го уровня - даже после того, как он был перемещен в кристалл, его производительность оставляла желать лучшего. Также недостатком первых «Атлонов» считалось отсутствие поддержки «интеловского» набора инструкций SSE. Эти команды были своего рода аналогом инструкций 3DNow!, и подавляющее большинство приложений «затачивалось» именно под SSE. По этой причине процессоры Athlon зачастую уступали в производительности кристаллам Intel.

Эти недостатки были исправлены в новом ядре Palomino, на базе которого выпускались решения Athlon XP (eXtra Performance). Кроме поддержки SSE и более быстрого кэша 2-го уровня, кристаллы наконец-то обзавелись термодатчиком для отслеживания температуры. Ядро Palomino производилось по 180-нм техпроцессу, но в сравнении с предшественниками стало сложнее и содержало почти 38 миллионов транзисторов. Большинство моделей Athlon XP устанавливались в разъем Socket A, хотя существовали и переходные варианты для Slot A. Максимальная тактовая частота Palomino составляла 1733 МГц.

Процессор Athlon XP для Socket A

Отметим, что с выходом Athlon XP компания AMD ввела рейтинговую систему обозначения процессоров. Так, индекс любой модели отныне не отображал реальную тактовую частоту ядра. Например, Athlon XP 2000+ функционировал со скоростью 1667 МГц и был сопоставим по производительности с процессором Pentium 4 с частотой 2000 МГц.

Ядро Palomino было представлено в октябре 2001 года, и уже спустя 9 месяцев на смену ему пришли процессоры Thoroughbred (Tbred-A). Это решение представляло собой то же ядро Palomino, но выпущенное по 130-нм технологическим нормам. AMD неожиданно испытала проблемы с наращиванием тактовой частоты в новых процессорах, поэтому через два месяца появилась новая ревизия Thoroughbred - Tbred-B. По архитектурному дизайну Tbred-A немного отличалась от Tbred-B, но это позволило достичь обновленному ядру частоты 2200 МГц. В Thoroughbred также была увеличена до 166 МГц частота системной шины.

Последним пришествием архитектуры K7 стало ядро Barton, выпущенное в 2003 году. Процессоры отличались от Thoroughbred лишь увеличенным до 512 Кбайт кэшем 2-го уровня. Barton лишь незначительно превосходил в производительности Tbred-B, и компания AMD поспешила вывести на рынок свою новую архитектуру под названием K8.

Intel NetBurst

Вспоминая архитектуру Intel P6, нельзя сказать, что она окончательно исчерпала свой потенциал к концу своего жизненного цикла. Вполне возможно, что, внеся определенные изменения, можно было получить более производительные процессоры на ее базе. Но инженеры Intel думали иначе и создали абсолютно новую архитектуру под названием NetBurst, которая в 2000 году заменила P6.

Так же как и AMD K7, NetBurst разрабатывалась с расчетом на высокие тактовые частоты. Поэтому в основе архитектуры лежал принцип гиперконвейеризации, которая, грубо говоря, являлась аналогом технологии суперконвейера в K7. Поэтому процессоры NetBurst аналогично имели конвейер с большим количеством стадий. В первых ревизиях NetBurst - ядрах Willamette и Northwood - он имел глубину в 20 стадий. В более поздних версиях - Prescott и Cedar Mill - мог похвастать уже 31 стадией. Сюда не входили этапы декодирования инструкций, поскольку сам декодер был вынесен за пределы конвейера. И если раньше сложные операции декодировались на лету, то в NetBurst разбиение инструкций происходило на стадии копирования кода в кэш-память 1-го уровня.

Логотип процессоров Pentium 4

К слову, о кэш-памяти. Она в NetBurst была другого типа. Так, на смену традиционной памяти пришел кэш последовательностей микроопераций (кэш трасс, Trace Cache), хранящий декодированные трассы инструкций, что позволяло декодеру не обрабатывать заново недавно выполненные операции. Такой подход позволил увеличить пропускную способность загрузки инструкций, а также снизить тепловыделение процессора. Объем кэша в NetBurst составлял 12 тысяч микроопераций. А сама память работала на уполовиненной (относительно тактовой) частоте.

Помимо всего прочего, была изменена конструкция арифметико-логических устройств. АЛУ было разделено на 3 блока. Одним из них являлось «медленное АЛУ», работающее с всеми целочисленными операциями. Два остальных - «2X АЛУ», выполняющие лишь элементарные операции (например, сложение). Блок предсказания ветвлений также был доработан. В сравнении с таким же модулем архитектуры P6, количество ошибок при вычислениях сократилось на 33%.

Первое ядро с архитектурой NetBurst, носившее название Willamette, работало на частоте до 2 ГГц с частотой системной шины 400 МГц. Жизненный цикл его был недолгим. В январе 2002 года ему на смену пришли процессоры Northwood. В отличие от 180-нм ядра Willamette, эти кристаллы изготавливались по 130-нм техпроцессу. Также они получили увеличенный до 512 Кбайт объем кэш-памяти 2-го уровня и поддержку технологии мультипоточности Hyper-Threading. Тактовая частота Northwood варьировалась от 1,6 ГГц до 3,4 ГГц.

Процессоры Northwood поддерживали технологию Hyper-Threading

Более существенные изменения получило следующее ядро в линейке - Prescott, выпущенное в 2004 году. Производство процессоров вновь было переведено на более тонкие технологические нормы - 90 нм. Но изменился и сам дизайн архитектуры. Так, объем кэш-памяти возрос до 1 Мбайт (а в ревизии Prescott 2M - до 2 Мбайт), а конвейер получил 31 стадию вместо 20 в Willamette и Northwood. Был улучшен блок предсказания ветвлений, добавилась поддержка инструкций SSE3, а чуть позже - 64-битного расширения набора команд x86. Несмотря на все доработки, процессоры Prescott умудрялись уступать в производительности Northwood в однопоточных приложениях при одинаковой тактовой частоте. Более того, они обладали огромным энергопотреблением и тепловыделением, из-за чего Prescott удостоился заслуженного звания самого горячего x86-процессора.

В 2005 году Intel представила свой первый двухъядерный процессор Pentium D на базе ядра Smithfield. Такой «пень» представлял собой два ядра Prescott, расположенных на одной подложке. Решение получилось не самым удачным, хотя бы потому, что Pentium D обладал всеми недостатками Prescott (в первую очередь высоким тепловыделением). Чтобы уложиться в 130-ваттный TDP, инженерам Intel пришлось ограничить тактовую частоту Smithfield планкой в размере 2,8 ГГц. Так как производительность архитектуры NetBurst сильно зависела от частоты, то скорость первых двухъядерных процессоров Intel оставляла желать лучшего. Свою роль сыграло использование медленной DDR2-памяти, а также неоптимизированность большинства приложений под работу с двумя ядрами.

Pentium D - первый двухъядерный процессор Intel

Последними процессорами с архитектурой NetBurst стали одноядерный Cedar Mill и двухъядерный Presler. Cedar Mill был полным аналогом Prescott 2M, за исключением технологии производства - он изготавливался по 65-нм технологическим нормам. Переход на новые «рельсы» позволил снизить энергопотребление ядра, но увеличить тактовые частоты. Что касается двухъядерной модели Presler, то в плане дизайна она повторяла Smithfield, то есть на одной подложке располагались два ядра, с единственным отличием: вместо Prescott использовались Cedar Mill.

В 2008 году выпуск последних процессоров с архитектурой NetBurst был остановлен. На смену NetBurst пришла более совершенная микроархитектура Core.

AMD K8

В конце 2003 года AMD выпустила новую архитектуру K8. На этот раз архитектурных изменений было не так много.

Ключевых нововведений было три: это 64-битная архитектура, встроенный контроллер памяти и шина HyperTransport. Новые продукты AMD получили название Athlon 64.

Действительно, именно в кристаллах K8 архитектура x86 впервые получила расширение и стала 64-битной. Само расширение официально именуется x86-64, но AMD назвала его по-своему - AMD64. Была получена и обратная совместимость с 16- и 32-разрядными приложениями, то есть 64-битные процессоры AMD без проблем работали со старыми программами.

Основной прирост производительности в сравнении с K7 обеспечил встроенный контроллер памяти. Если раньше данные проходили еще и через северный мост, который выступал связующим звеном между процессором и памятью, то теперь соединение осуществлялась напрямую. Вдобавок к этому был увеличен объем буфера ассоциативной трансляции и усовершенствован блок предсказания ветвлений.

Процессор Athlon 64

Для связи с чипсетом Athlon 64 и другие процессоры с архитектурой K8 использовали шину HyperTransport. Она работала на частоте 200 МГц. Благодаря поддержке DDR (Double Data Rate) за один такт она могла передавать сразу два пакета, обеспечивая пропускную способность, равную 3,2 Гбайт/с.

В остальном инновации K8 носили скорее количественный характер. Например, конвейер процессоров стал длиннее на две стадии. Для целочисленных операций их количество равно 12, а для чисел с плавающей запятой - 17. Блок FPU сохранил прежний дизайн. А вот кэш не изменился.

64-битные «Атлоны» поддерживали множество наборов команд, таких как MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 и SSE3. Кроме этого, процессоры получили поддержку технологии энергосбережения Cool’n’Quiet и аппаратной защиты от ошибки переполнения буфера NX bit (No Execute bit).

Первые модели Athlon 64 были построены на 130-нм ядре Clawhammer и устанавливались как в разъем Socket 754 (одноканальный режим работы ОЗУ), так и в Socket 939 (двухканальный режим работы ОЗУ). Рейтинги процессоров варьировались от 2600+ до 4000+.

Самые производительные процессоры Athlon 64 имели приставку FX

За Clawhammer последовало ядро Newcastle, которое почти не имело отличий от предшественника. В нем было отключено 512 Кбайт кэш-памяти 2-го уровня и добавлена поддержка технологии NX Bit, которая отсутствовала в первых реализациях архитектуры K8.

В рамках следующего ядра, Winchester, выпущенного в сентябре 2004 года, все процессоры устанавливались исключительно в разъем Socket 939. Архитектурно же Winchester ничем не отличался от Newcastle.

В апреле 2005 года AMD выпустила следующее ядро архитектуры K8 - San Diego. Процессор получил поддержку набора инструкций SSE3, а также переработанный контроллер памяти, который научился работать с модулями DDR-433/466/500. Максимальный рейтинг «камней» San Diego составлял 4000+.

Заключительным аккордом в линейке одноядерных процессоров K8 было ядро Orleans, представленное во втором квартале 2006 года. Кристалл получил поддержку технологии виртуализации AMD-V, но главной его особенностью стала работа исключительно через новый разъем Socket AM2. Объем кэш-памяти 2-го уровня равнялся 512 Кбайт, а максимальный рейтинг кристаллов - 4000+. При этом уровень энергопотребления ограничился отметкой 62 Вт, тогда как все предыдущие ядра потребляли не менее 89 Вт.

В 2005 году AMD представила свои первые двухъядерные процессоры под маркой Athlon 64 X2. В основе таких моделей лежали два ядра, выполненных на одном кристалле. Они имели общий контроллер памяти, шину HyperTransport и очередь команд. Плюс в процессоре располагалась дополнительная логика управления. При этом кэш-память была индивидуальной для каждого ядра.

Athlon 64 X2 - конкурент линейки Pentium D

У Athlon 64 X2 присутствовали все «детские болячки», присущие первым двухъядерным процессорам. Во-первых, в сравнении с одноядерными моделями площадь чипа была значительно больше. Как и энергопотребление. Тем не менее, уровень TDP находился на вполне приемлемом уровне, особенно учитывая «прожорливость» конкурирующих решений в лице Pentium D. К примеру, тепловой пакет процессора Athlon 64 X2 3800+ составлял 89 Вт, тогда как аналогичный показатель модели Athlon 64 3800+ равнялся 65 Вт. Во-вторых, в приложениях, которые не задействовали многопоточность, одноядерные кристаллы были быстрее двухъядерных за счет более высокой тактовой частоты.

В течение 2005 и 2006 годов AMD выпустила четыре поколения двухъядерных чипов: три 90-нм ядра Manchester, Toledo и Windsor, а также 65-нм ядро Brisbane. Процессоры отличались объемом кэш-памяти 2-го уровня и энергопотреблением. Так, Brisbane комплектовался 512 Кбайт кэша на каждое ядро и имел TDP, равный 89 Вт. Максимальный рейтинг Brisbane составлял 6000+ при частоте 3100 МГц, хотя на базе ядра Windsor выпускался процессор Athlon 64 X2 6400+ с тактовой частотой 3200 МГц.

Не стоит забывать, что архитектура K8 лежала в основе решений для других сегментов рынка - бюджетных кристаллов Sempron, серверных Opteron и мобильных Turion.

Intel Core и последователи

Неудача архитектуры NetBurst заставила Intel вновь обдумать стратегию на ближайшее будущее. Процессоры Pentium 4 показали, что NetBurst не может достойно конкурировать с AMD K8. Даже больше: с течением времени преимущество решений конкурента лишь возрастало. Поэтому в микроархитектуре следующего поколения, получившей имя Core и представленной в начале 2006 года, было решено вернуться к корням и позаимствовать лучшие черты архитектуры P6.

Список полученных изменений стоит начать с конвейера. Он получил «всего» 14 стадий - примерно столько же использовал конвейер P6, в отличие от 31-стадийного дизайна NetBurst. Процессор научился обрабатывать до четырех инструкций за такт. Архитектура Core изначально проектировалась под двухъядерность, поэтому для всех «голов» была предусмотрена общая кэш-память 2-го уровня. Такой подход обеспечивал большую скорость работы и меньшее энергопотребление. В Core была добавлена поддержка различных энергосберегающих технологий, суть которых заключалась во включении необходимой процессорной логики при необходимости. Положительно на производительности сказалась и улучшенная работа с подсистемой памяти. Помимо всего перечисленного, в Core был переработан алгоритм обработки 128-битных инструкций SSE, SSE2 и SSE3. Если раньше каждая команда обрабатывалась за два такта, то теперь для операции требовался лишь один такт.

Отметим, что архитектура Core отличалась от NetBurst отсутствием поддержки некоторых технологий: например, Hyper-Threading и кэш-памяти 3-го уровня.

На смену Pentium пришла торговая марка Core 2

Дебют микроархитектуры Core ознаменовали собой процессоры с кодовыми названиями Merom, Conroe, Allendale и Woodcrest. И если первый и последний предназначались для мобильных и серверных систем соответственно, то второй и третий были нацелены на настольный сегмент. Ядро Allendale было урезанной версией Conroe, в нем была уменьшена частота системной шины с 1066 МГц до 800 МГц, а также урезан объем кэш-памяти 2-го уровня с 4 Мбайт до 2 Мбайт. Плюс не было поддержки аппаратной виртуализации.

Новые «камни» получили оригинальные наименования. Intel ввела торговую марку Core 2, которая заменила Pentium в верхнем и среднем ценовом сегменте. Бренд остался, однако «пенечки» отныне перекочевали в бюджетный сегмент, где обитают и по сей день.

Core ознаменовала возвращение Intel на лидирующие позиции на рынке процессоров. В сравнении с кристаллами Pentium D, производительность Conroe выросла в среднем на 40%, а энергопотребление уменьшилось на те же 40%. Кроме этого, Conroe в целом уверенно превосходил в производительности AMD Athlon 64 X2.

В 2007 году на смену Core пришла 45-нм микроархитектура Penryn. Модификации были минимальны. В производстве новых кристаллов начали использоваться металлические затворы и материалы с высоким показателем диэлектрической константы. В архитектуру добавилась поддержка инструкций SSE4, а максимальный объем кэш-памяти 2-го уровня у двухъядерных процессоров увеличился с 4 Мбайт до 6 Мбайт. Поколение Penryn было представлено двухъядерными решениями Wolfdale и четырехъядерными Yorkfield.

Визуальное сравнение Conroe и Wolfdale

Nehalem, архитектура следующего поколения, была выпущена в 2008 году. В сравнении с Core и Penryn она получила множество улучшений. Как и AMD K8, процессоры обзавелись встроенным трехканальным контроллером памяти DDR3. Nehalem получила новую модульную структуру, которая позволила впоследствии добавить в процессор графическое ядро, да и вообще легче наращивать количество ядер в кристалле. Шина FSB окончательно ушла в прошлое - вместо нее в старших процессорах для разъема Socket LGA1366 использовался интерфейс QPI (QuickPath Interconnect), а в решениях для Socket LGA1156 - DMI (Direct Media Interface). Объем кэш-памяти 2-го уровня был уменьшен до 256 Кбайт на каждое ядро, однако добавилась поддержка L3. Решения поддерживали технологию SMT (Simultaneous Multithreading) - аналог Hyper-Threading. Подробнее о нововведениях Nehalem можно прочитать в этом обзоре .

Чуть больше чем через год Intel перевела архитектуру Nehalem на новый 32-нм техпроцесс. Эта линейка процессоров получила название Westmere. Были выпущены решения с интегрированным графическим ядром Clarkdale , а также десктопные шестиядерные модели Gulftown .

С тех пор Intel успела вывести на рынок 32-нм процессоры следующего поколения -

Тем не менее изменения коснулись практически всех процессорных блоков, и это не считая общей оптимизации архитектуры ядра. Если раньше на одном кристалле могли располагаться лишь два ядра, то теперь это число возросло до шести. В дополнение к кэшу 1-го и 2-го уровней модели K10 наконец получили «мозги» L3 объемом 2 Мбайт. Она являлась общей. При этом объем кэша данных и инструкций 1-го уровня составлял 64 Кбайт каждый, а кэш-памяти 2-го уровня - 512 Кбайт. Еще одним отличием от K8 стал контроллер памяти. В процессорах использовался один 128-битный контроллер, а в K10 их стало два - 64-битных. Во многом изменение архитектуры контроллера было вызвано многоядерностью процессоров. Кстати, каждый контроллер памяти получил свой буфер. Такой подход позволил снизить задержки при обращении к памяти. Доработка затронула и блоки FPU. Каждое процессорное ядро имело 128-битный модуль вычислений с плавающей запятой. Были улучшены алгоритмы предсказания переходов. В результате архитектура K10 научилась обрабатывать две 128-битные SSE-инструкции за такт. Вдобавок ко всему новые процессоры работали через интерфейс HyperTransport 3.0. В сравнении с предыдущими версиями, новое поколение шины обеспечивали более высокую скорость обмена данными за счет более высокой тактовой частоты (до 2,6 ГГц). Большую роль начала играть экономичность кристаллов, поэтому в K10 AMD поработала над различными технологиями энергосбережения (Cool’n’Quiet 2.0, CoolCore), которые позволяли отключать неработающие блоки процессоров или же автоматически снижать частоту незагруженных ядер.

В 2011 году на смену K10 пришла принципиально новая архитектура Bulldozer. Главное отличие «Бульдозера» от предшествующих платформ заключалось в самом строении ядра (а точнее модуля). Каждый модуль содержал два ядра, у каждого из которых был свой блок целочисленных вычислений и кэш-память 1-го уровня. При этом в рамках одного модуля у ядер был общий блок вычислений с плавающей запятой, 2 Мбайт кэша L2 и устройства выборки и декодирования инструкций. В плане работы «строительный блок» был похож на технологию Intel Hyper-Threading - можно даже сказать, что идеи «интеловской» технологии здесь были реализованы на аппаратном уровне. При этом по показателям производительности модуль Bulldozer приближался к полноценному двухъядерному процессору, имея при этом почти в два раза меньше транзисторов. Помимо перекроенной архитектуры, Bulldozer мог похвастаться исполнением четырех инструкций за такт. Среди других улучшений нужно отметить поддержку кэш-памяти 3-го уровня объемом 8 Мбайт, шины HyperTransport 3.1, технологии увеличения частоты ядер Turbo Core второго поколения и наборов инструкций AVX, SSE 4.1, SSE 4.2, AES. Также процессоры Bulldozer были наделены двухканальным контроллером памяти DDR3 с эффективной частотой 1866 МГц.

AMD FX-8350 .

Ну, а в начале этого года AMD представила третье поколение архитектуры Bulldozer - платформу Steamroller . Она не претерпела каких-либо кардинальных изменений в сравнении с Piledriver. Самое существенное нововведение - это интеграция для каждого модуля собственного независимого декодера, который может обрабатывать до четырех инструкций за такт. Была улучшена работа кэш-памяти, блока предсказания ветвлений и контроллера памяти.

Заключение

Вот и подошел к концу наш рассказ об истории развития центральных процессоров. Оглядываясь назад, можно увидеть, насколько современные «камни» отличаются хотя бы от тех решений, которые выпускались 15-20 лет назад. И удивительно, как при этом они могут иметь даже общие черты. Например, ту же архитектуру x86. А что касается ближайшего будущего, то нас непременно ждет много всего интересного. На конец этого года запланировал релиз 14-нм архитектуры Intel Broadwell, а на вторую половину 2015 года - новой платформы Skylake. В стане AMD готовятся к выходу в следующем году последнего поколения архитектуры Bulldozer под названием Excavator, после которой планируется запуск совершенно новых кристаллов. Очевидно, что Intel и AMD не дадут нам заскучать.