Intel Core Duo: назад в будущее

5 января на выставке CES 2006 в Лас-Вегасе Пол Отеллини представил новые процессоры компании Intel, а также обновленные мобильную (Centrino) и домашнюю (Viiv) платформы на их основе. Впрочем, информации о новинках было предостаточно и до официального анонса, однако сейчас мы наконец можем оценить все изменения и инновации в комплексе, что даст основания прогнозировать дальнейшее развитие событий в сегменте процессоров и платформ.

Часть первая, предварительная

«Покупают мегагерцы»

Когда Крейг Барретт произносил свой знаменитый лаконизм, будущее Intel и ее процессоров выглядело совершенно безоблачным. Архитектура NetBurst, на которую сделало основную ставку руководство компании, позволяла в перспективе достичь невиданных ранее тактовых частот, что сулило практически полное отсутствие проблем, связанных с маркетингом. И несмотря на то что Pentium 4 были встречены IT-сообществом неоднозначно, особенно после первых тестов производительности, их дальнейшие перспективы казались ясными и определенными, а маркетинговая стратегия – выверенной на годы вперед.

Тучи над NetBurst стали сгущаться, когда на рынок вышли ноутбуки на процессорах Pentium 4-M. Высокие тактовые частоты приводили к катастрофически быстрому разряду аккумуляторной батареи, а их снижение сильно ударяло по производительности. В результате ноутбуки на базе «морально устаревшего» Pentium III-M продержались на рынке несколько дольше, чем изначально задумывала Intel, и с этим нужно было срочно «что-то решать».

Обход с фланга

Сказать, что в Intel всегда уделяли много внимания мобильной сфере, значит не сказать ничего. И когда было объявлено о разработке отдельного процессора (Pentium M Banias) для применений в мобильных платформах, стало очевидно, что пути развития ноутбуков и десктопов вскоре разойдутся. Но, как оказалось, не надолго.

Новые логотипы – лишь часть глобальных изменений в маркетинговой стратегии Intel

Дальше – интереснее. В то время как в десктопных процессорах Intel столкнулась с очень серьезной конкуренцией в лице своего извечного соперника AMD, а рост частоты Pentium 4 в конце концов «уперся» в слишком высокое тепловыделение, мобильные системы на базе платформы Intel Centrino уверенно завоевывали симпатии потребителей – за счет отличного баланса производительности и времени автономной работы, а также высокой функциональности. Таким образом, ведя серьезную борьбу на рынке настольных ПК, рабочих станций и серверов, Intel практически без боя монополизировала мобильный сегмент. Правда, в AMD вскоре опомнились и начали усиленно наверстывать упущенное, но факт остается фактом – на сегодняшний день более 80% приобретаемых ноутбуков созданы на базе процессора Pentium M и/или технологии (платформы) Centrino. Стоит ли говорить о том, какие сливки сняла Intel со значительно выросших продаж ноутбуков за последние несколько лет?

Однако какой бы хорошей ни была Centrino в ее сегодняшней ипостаси, почивать на лаврах в IT-бизнесе – непозволительная роскошь даже для Intel. К тому же ситуация на десктопном фронте вынудила ее радикально пересмотреть собственные планы: сколь бы изощренными ни были попытки разработчиков обуздать нрав «горячего скакуна» Pentium 4 Prescott, но пришпорить его для достижения еще более высоких скоростей при сохранении приемлемого температурного режима будет очень и очень непросто.

Одна голова – хорошо, а две... сложно

При проектировании одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания наступает момент, когда больше нет смысла пытаться увеличить его мощность: намного проще и дешевле прибегнуть к двухцилиндровой схеме. И 2005 г. стал переломным моментом в развитии индустрии ПК, так как от наращивания мощности «в лоб», т. е. путем повышения тактовой частоты единственного процессорного ядра, производители с легкой руки AMD перешли к многоядерным решениям.

AMD сразу оказалась в более выигрышном положении – за счет умеренного тепловыделения ядра Athlon 64 количество оных на одном кристалле удалось удвоить практически безболезненно. К тому же еще при разработке К8 в его архитектуру была заложена возможность многоядерной конфигурации, поэтому Athlon X2 получился у AMD «красивым и счастливым».

Intel же пришлось сложнее. Даже одно ядро последних инкарнаций Pentium 4 Prescott способно выделить под нагрузкой до 130 Вт тепловой энергии, с отводом которой уже возникали серьезные проблемы. Теперь представьте, что получается, когда таких ядер на одном чипе оказывается два – или, чем черт не шутит, еще больше (для тех, кто не настроен напрягать воображение, – материал Виталия Гулина о Pentium Extreme Edition 955 в этом номере).

Новым путем, но старой дорогой?

Все сказанное отлично понимают в Intel, поэтому мы вряд ли увидим на рынке Pentium D с частотой порядка 4 GHz, хотя одноядерные решения наверняка до нее доберутся. Однако будущего у них все равно нет, так как выигрыш от прироста частоты уже совершенно не окупает затрат на его достижение.

Поэтому хотя линейка Pentium 4 еще какое-то время будет развиваться (ядра Presler и Cedar Mill), бремя дальнейшей борьбы за рынки настольных ПК, рабочих станций и серверов взвалит на себя новая микроархитектура, которая, если верить Intel, объединила в себе лучшие черты двух архитектур: десктопной (NetBurst) и мобильной (семейство Pentium M). Правда, злые языки утверждают, что доля последней в грядущей разработке будет значительно весомее, однако с недавних пор Intel стала весьма скупа на информацию о деталях своих новых детищ и отделывается маркетинговыми материалами и спецификациями. Поэтому окончательно все станет ясно лишь после выхода на рынок «троицы двухъядерных богатырей» – Merom, Conroe и Woodcrest для мобильного, десктопного и серверного сегментов соответственно.

Прощай, Pentium, да здравствует Core!

Такое резкое изменение курса не могло не сказаться на маркетинговой политике Intel. Волей-неволей придется срочно убедить пользователей в том, что переход на параллельные вычисления сулит значительный выигрыш в производительности, недостижимый при дальнейшем наращивании «грубой силы». Под такой задел пришлось даже слегка обновить фасад: отказаться от бренда «Pentium» (отныне процессоры Intel будут именоваться «Core» с приставкой в зависимости от количества ядер на чипе – «Solo», «Duo» и т. д.), а заодно немного видоизменить логотип и слоган. По замыслу маркетологов, переход от уже слегка приевшегося «Intel Inside» к новому звучному «Leap Ahead» символизирует смену ориентиров компании: отныне Intel намерена руководствоваться больше нуждами пользователей, чем своим «внутренним» видением перспектив развития индустрии.

Суровые будни параллельных вычислений

Основная проблема многоядерных процессоров заключается отнюдь не в сложности смены маркетинговой стратегии. Переход к параллельным вычислениям потребует от программистов ни много ни мало изменения мышления и стиля написания программ, а также, в большинстве случаев, значительной переработки положенных в их основу алгоритмов. Здесь не обойдешься простой перекомпиляцией кода с включенной опцией оптимизации под другую архитектуру процессора, как это было в случае Pentium 4, – многие программы для достижения прироста быстродействия придется попросту переписывать.

В этой связи энтузиазм Intel в отношении процессоров с числом ядер более двух выглядит довольно странно. Ведь если при выполнении плохо распараллеливаемой задачи второе ядро еще можно хоть как-то загрузить фоновыми процессами ОС либо интерфейсом пользователя, то все остальные в это время будут попросту простаивать – если, конечно, параллельное программирование не станет за год-два самой популярной парадигмой среди разработчиков ПО.

К счастью, наиболее ресурсоемкие профессиональные пакеты практически во всех областях и так изначально создавались с прицелом на многопроцессорные рабочие станции, а многоядерные процессоры с точки зрения прикладного ПО мало чем отличаются от классических SMP-систем. А вот с сугубо потребительским программным обеспечением, и в первую очередь с играми, ситуация далеко не так проста, и лишь время покажет, когда же гипотетические достоинства многоядерных CPU проявят себя на практике в мультимедийно-развлекательных ПК.

Core Duo и Centrino Duo, они же Yonah и Napa

Но это все – в будущем, пусть даже довольно близком (выход Conroe запланирован на вторую половину 2006 г.). Пока же мы имеем «промежуточный вариант» – Intel Core Duo, известный ранее под рабочим названием Yonah и являющийся прямым наследником Pentium M Dothan. В полном соответствии с названием он является первым двухъядерным процессором, предназначенным для мобильных систем.

Впрочем, о предназначении Core Duo стоит сказать особо. Именуемый по инерции даже самой Intel «мобильным», он, однако, очень даже может применяться не только в ноутбуках, но и в других, менее мобильных системах – впрочем, как и Pentium M, однако на этот раз более широко. Так, компания Apple начала использовать Core Duo в своих iMac, а сама Intel позиционирует их как основу для «настольно-домашне-развлекательной» платформы Viiv.

Что ж, пора наконец вспомнить, по какому поводу мы вообще обо всем этом заговорили, и перейти непосредственно к рассмотрению новой мобильной платформы Centrino Duo.

Часть вторая, описательная

Centrino и Centrino Duo

Как и прежняя Centrino, новая платформа Centrino Duo все также зиждется на трех китах. В данном случае это процессор Intel Core Duo, чипсет семейства Mobile i945 Express и адаптер беспроводной связи PRO/Wireless 3945ABG.

Бренд Centrino без приставки «Duo» остается на рынке, подразумевая оснащение ноутбуков процессорами Pentium M либо Core Solo. Последний представляет собой одноядерную и, соответственно, более дешевую версию Core Duo.

Core Duo, Core Solo

Новые процессоры Intel выпускаются по 65-нанометровому техпроцессу, что позволяет «упаковывать» в них больше транзисторов (151 млн у Core Duo против 140 млн у Dothan) на той же площади. Используется процессорный сокет с прежним количеством контактов (479), однако новые CPU даже механически не совместимы со старыми разъемами и поэтому не могут применяться в системах на чипсетах предыдущего поколения.

Как и прежде, Centrino Duo включает в себя три компонента: процессор Core Duo, чипсет семейства Mobile 945 Express и модуль беспроводной связи PRO/Wireless 3945ABG

С выходом Core Duo Intel ввела новую систему нумерации собственных CPU: теперь номенклатура модели состоит из буквы, обозначающей максимальное потребление (U – до 15 Вт, L – до 25 Вт, T – до 50 Вт, E – более 50 Вт), и четырехзначного цифрового кода, где первая цифра указывает на число ядер в процессоре.

Тактовая частота новых процессоров на момент их выхода ограничена сверху значением 2,16 GHz (для модели T2600), что даже меньше, чем для Pentium M Dothan (модель 780 работает на 2,26 GHz). Впрочем, как мы уже говорили, отныне, согласно новой доктрине Intel, большая тактовая частота – далеко не главное условие высокой производительности CPU.

Архитектурные особенности Core Duo можно оценивать с разных точек зрения, однако раз уж сама Intel теперь руководствуется в первую очередь нуждами пользователей, то уж нам-то, как говорится, сам бог велел. Итак, что же нового может предложить Core Duo владельцам ноутбуков? Если вкратце, то более эффективные вычисления – ни больше ни меньше. А теперь об этом подробнее.

Оптимизированная двухъядерная микроархитектура. Технологии Micro-ops Fusion (теперь и для SSE2-инструкций) и Advanced Stack Management уменьшают количество выполняемых микроопераций и повышают скорость работы процессора. Декодер также был оптимизирован и расширен: теперь 128-битовые инструкции SSE2 декодируются всеми тремя его каналами. Добавлена поддержка набора инструкций SSE3, увеличены производительность вычислений с плавающей запятой и скорость выполнения операции целочисленного деления, доработан блок предсказания ветвлений. Эти усовершенствования направлены в первую очередь на ускорение работы мультимедийных предложений и получили общее название Intel Digital Media Boost.

Intel Smart Cache. Процессор Core Duo оснащен единой (в отличие от Pentium D и Athlon X2), разделяемой между двумя ядрами кэш-памятью второго уровня величиной 2 МВ. При этом объемы памяти, выделяемые каждому ядру, зависят от степени его загрузки. Так, если первое ядро загружено полностью, а второе в это время простаивает, то первое получает в свое распоряжение все 2 МВ кэш. Кроме того, была оптимизирована логика предвыборки данных – как из основной памяти в L2-кэш, так и из него в L1-кэш, – и увеличен размер буфера Write Order, что позволило минимизировать задержку при выполнении операции write back.

667 MHz FSB. В системной шине Core Duo используется протокол с разделенными транзакциями и отложенным ответом (split-transaction, deferred reply protocol), при этом по шине данных информация передается в четырехкратном (4Х, quad-pumped) режиме, а по шине адреса – двукратном (2Х, double-clocked). В итоге полоса пропускания шины составляет до 5,33 GBps.

Enhanced Intel SpeedStep Technology позволяет процессору оперативно и с минимальными задержками переключаться между операционными режимами с различными сочетаниями напряжения питания и тактовой частоты. Эти параметры для двух ядер процессора изменяются синхронно, т. е. оба ядра вне зависимости от загрузки работают при одинаковых напряжении питания и тактовой частоте.

Intel Dynamic Power Coordination. Для управления работой процессорных ядер в состояниях с пониженным энергопотреблением (C-states), а также технологией Speedstep в чипе присутствует блок power Management Logic. Ядра процессора могут независимо друг от друга пребывать в состояниях с пониженным энергопотреблением (С0-С4). Кроме того, введено понятие Package Low Power State, описывающее состояние всего процессора, когда оба его ядра находятся на одном уровне энергопотребления: Normal, Stop Grant, Stop Grant Snoop, Sleep, Deep Sleep или Deeper Sleep.

Добавлено еще одно состояние пониженного потребления для ядра – Enhanced Deeper Sleep (Deep C4), которое позволяет процессору понизить напряжение еще сильнее. Для этого в режиме простоя содержимое кэш-памяти сбрасывается в основную память, а сама она отключается. Кроме того, благодаря технологии Dynamic Bus Parking CPU в состояниях с пониженным энергопотреблением чипсет также может значительно понижать собственное потребление.

Intel Advanced Thermal Manager. Наряду с традиционным термодатчиком в Core Duo использована новая система контроля температуры с датчиками на каждом ядре; они размещены максимально близко к самым горячим точкам чипа. Специальный сигнал Catastrophic Thermal Protection позволяет оперативно отключить питание процессора в случаях, когда температура кристалла достигает критической отметки – 125 °С.

Core Duo поддерживает также технологии Intel Virtuаlization Technology и Execute Disable Bit. Однако, что весьма любопытно, отсутствует поддержка технологии EM64T, т. е. 64-разрядных расширений для IA-32. Согласно планам Intel, таковая появится только в следующей версии микроархитектуры, Conroe. Впрочем, к тому моменту и приложений с использованием EM64T должно стать заметно больше.

Чипсет Mobile Intel 945 Express

По большому счету, в мобильную версию чипсетов семейства i945 Express (которые мы уже рассматривали) были внесены лишь минимальные изменения, касающиеся снижения энергопотребления.

Основные нововведения по сравнению с i915 Express заключаются в обновленном графическом ядре GMA 950 (для чипсета 945GM) и поддержке частот FSB/DDR2 667 MHz. Вместе с тем различные усовершенствования позволили сэкономить немного электроэнергии – в среднем потребление чипсета сократилось на полватта по сравнению с i915 Express.

Беспроводная связь

Модуль беспроводной связи Intel PRO/Wireless 3945ABG выполнен в формате мини-карты с интерфейсом PCI Express. Его новые возможности таковы:

• усовершенствованный алгоритм выбора точки доступа, в зависимости от ее загрузки, скорости работы и качества связи;
• гибкий роуминг, позволяющий переключаться между различными точками доступа в зависимости от потребностей пользователя; скажем, с широкого канала связи, когда важна скорость обмена данными, на более стабильный, если необходимо надежное соединение;
• поддержка 802.11 QoS, что является необходимым условием нормального функционирования приложений, выполняющихся в реальном времени: VoIP, потоковое видео и т. д.;
• Noise Interference Filter, обнаруживающий помехи от различных источников и предохраняющий приемник от перегрузки;
• поддержка Cisco Compatible Extensions (LEAP, EAP-FAST, CKIP).

Таким образом, при разработке нового процессора и обновлении платформы Centrino Intel проводила оптимизацию сразу по нескольким критериям: улучшенная производительность, усиленная функциональность, увеличенное время автономной работы ноутбука на базе Centrino Duo. Учитывая добавление в процессор еще одного ядра, удержать энергопотребление даже на прежнем уровне было задачей непростой, однако, судя по заявлениям Intel, разработчики с ней успешно справились (о результатах тестирований ноутбуков на базе Centrino Duo читайте во втором материале темы недели).

Часть третья, итоговая

Кому и для чего нужна Centrino Duo?

Современные ноутбуки достигли той степени совершенства, когда их использование вместо настольных систем практически для любых задач не является компромиссом – ни в плане производительности, ни по функциональности, ни по времени автономной работы. Собственно, именно это и послужило основной причиной бума на мобильные ПК, наблюдаемого в последнее время во всем мире. Основная заслуга здесь принадлежит Intel Centrino – наиболее популярной платформе для мобильных ПК. И нет никаких оснований полагать, что с выходом ее новой версии, Centrino Duo, ситуация на рынке существенно изменится.

Но если сегодня спросить пользователей ноутбуков, какие усовершенствования они хотели бы видеть в мобильных системах будущего, то вряд ли на первое место будет поставлена большая производительность. Конечно, никто не откажется от лучшей «отзывчивости» ноутбука (а уменьшение времени отклика системы под нагрузкой – наиболее очевидный и непосредственный выигрыш от применения двухъядерных процессоров). Однако самым ожидаемым улучшением было бы увеличение времени автономной работы до 8 ч – полного рабочего дня.

И все же высокая производительность многоядерных CPU в мобильных системах может оказаться востребованной уже в ближайшем будущем, причем не только профессиональными пакетами либо играми. Широкое распространение HDTV, новое качество Blu-ray и HD DVD, а также грядущий выход на рынок Windows Vista – для всего этого понадобятся значительные вычислительные мощности, даже в мобильных системах.

Вестник новой эпохи

Процессор Core Duo является для Intel пробным камнем. Если использование Pentium M в настольных системах компанией не приветствовалось, то Core Duo – первый универсальный CPU, который будет применяться как в мобильных, так и в десктопных платформах. А его невысокая (на момент выхода) максимальная тактовая частота свидетельствует о том, что дальнейшая оптимизация в этом направлении (равно как и совершенствование FPU, декодера команд, а также поддержка EM64T) будет проводиться лишь в следующем поколении данной архитектуры – для процессоров Merom/Conroe/Woodcrest.

И в заключение – немного о ценах. Здесь нас ждут лишь приятные новости: согласно прайс-листу Intel стоимость комплектов из процессора Core Duo, чипсета i945PM/GM и адаптера беспроводной связи PRO/Wireless 3945ABG всего на 5–10% превышает стоимость аналогичного набора из компонентов прошлой версии Centrino (Sonoma). Это позволяет надеяться, что и стоимость готовых систем на базе Centrino Duo не будет заоблачной.

На этом, пожалуй, можно и закончить нашу сагу о том, как сначала разошлись, а теперь снова сходятся пути развития мобильных и настольных систем от компании Intel.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365