Pentium M и "тайное оружие" Intel
2 июнь, 2004 - 23:00Евгений Севериновский
Величие некоторых дел
состоит не столько в размерах,
сколько в своевременности их.
Сенека
Вместо предыстории
Есть такое слово -- диверсификация, смысл которого по-русски можно передать
приблизительно как "не следует класть все яйца в одну корзину". Применительно
к бизнесу следование этому принципу позволяет оставаться на плаву даже в тех
случаях, когда с основным направлением вдруг начинают возникать проблемы. В
последнее время множество IT-компаний поступают именно так, начиная помимо главной
продукции (например, материнских плат) производить видеокарты, ноутбуки и чуть
ли не потребительскую электронику вроде MP3-плееров или медиацентров.
|
Процессор Pentium M в "сокетном" исполнении Micro FC-PGA |
Надо сказать, Intel в свое время очень кстати завела "еще одну корзину",
да и выстелила ее достаточно мягко, потратив уйму сил и средств на разработку
мощного процессора для мобильных ПК. Вполне очевидно, что с выпуском Pentium
M и платформы Centrino компания создала для себя огромный рынок сбыта, спровоцировав
настоящий бум продаж ноутбуков. Так, в прошлом году в США по объемам реализации
они впервые опередили настольные ПК (в денежном выражении), а до 2008 г. прогнозируется
40%-ный ежегодный рост продаж портативных систем.
Но что-то нам подсказывает -- не только на одни ноутбуки был нацелен Pentium
M. Помнится, еще на ганноверском CeBIT 2003, на котором Intel официально представила
этот процессор и технологию Centrino, одним из первых каверзных вопросов журналистов
был: "А когда Pentium M появится в десктопных системах?". Тогда представители
Intel ответили уклончиво -- мол, процессор предназначен для совершенно иного
рынка, упор сделан именно на критичные для мобильных пользователей возможности
и т. д. Однако первым звоночком стала появившаяся через некоторое время информация
о том, что Pentium M собираются использовать в сверхкомпактных blade-серверах,
размещающих все свои компоненты (процессор, память и даже портативный жесткий
диск) на одной небольшой плате. И чем внимательнее компьютерная общественность
присматривалась к Pentium M, тем яснее становилось, что в обозримом будущем
он должен появиться и в десктопах. В конце концов, если этого не сделает Intel,
за нее это сделает кто-то другой.
Таблица 1. Сравнительные характеристики мобильных процессоров Intel |
Процессор |
Pentium III-M |
Pentium 4-M |
Pentium M |
Кодовое название ядра |
Tualatin |
Northwood |
Banias |
Dothan |
Число транзисторов |
44 млн. |
55 млн. |
77 млн. |
140 млн. |
Технологический процесс, мкм |
0,18 |
0,13 |
0,13 |
0,09 |
Размеры и площадь ядра |
79 мм2 |
11,62x11,34 мм 131,8 мм2
|
10,56x7,84 мм 82,8 мм2
|
12,33x6,78 мм 83,6 мм2
|
Объем L1-кэша (инструкции/данные)
|
16/16 KB |
12K/8 KB |
32/32 KB |
32/32 KB |
Объем L2-кэша |
512 KB |
512 KB |
1 MB |
2 MB |
Частота системной шины, MHz |
133/100 |
400 |
400 |
400 |
Диапазон тактовых частот* |
650 MHz--1,33 GHz
600 MHz--1 GHz (LV)
500--866 MHz (ULV) |
1,40--2,60 GHz |
1,30--1,70 GHz
1,10--1,30 GHz (LV)
900 MHz--1,10 GHz (ULV) |
1,7--2,0 GHz |
Напряжение питания, В |
1,4 |
1,3--1,5 |
1,004--1,484 |
0,956--1,052 |
Рассеиваемая мощность, Вт |
28 |
35 |
24,5 |
21 |
Поддержка управления питанием шины
|
- |
- |
+ |
+ |
Наличие выделенного диспетчера стеков
|
- |
- |
+ |
+ |
Технология наслоения микроопераций
|
- |
- |
+ |
+ |
Поддержка Intel Mobile Voltage Positioning
(MVP IV) |
- |
- |
+ |
+ |
* LV -- Low Voltage, ULV -- Ultra Low Voltage.
Действительно, давайте немного пофантазируем -- к примеру, на тему домашней
или офисной системы, основанной на Pentium M. Производительность -- во-первых,
достаточно высока, несмотря на довольно скромные значения тактовых частот по
сравнению с десктопными CPU, а во-вторых, уже давно не является критичным параметром
для большинства пользователей. Энергопотребление более чем умеренно -- рассеиваемая
мощность процессора
в разы меньше, чем у современных Pentium 4. И хотя
само по себе малое потребление не слишком актуально в наших условиях, но из
этого следует важный вывод: системе не требуется мощное охлаждение. Можно вообще
сделать ее одновентиляторной -- единственный "интеллектуальный" кулер
с автоматически регулируемой частотой вращения способен обеспечивать охлаждение
всей системы. Изобретать велосипед здесь совершенно не нужно -- все это уже
давно придумано и реализовано, например в ноутбуках, где используется внешний
блок питания, а встроенный вентилятор включается только при необходимости --
в остальное время система работает полностью бесшумно (потрескивание жесткого
диска, естественно, не в счет). К тому же сам Pentium M изготовляется в том
числе и в "сокетном" варианте Micro FC-PGA, который устанавливается
в разъем на плате аналогично десктопным процессорам. Ну чем не привлекательна
перспектива иметь мощную, малопотребляющую и вместе с тем тихую (!) домашнюю
систему?
Надо сказать, эти фантазии стали намного ближе к реальности, когда Intel практически
вместе с объявлением новой модификации Pentium M сообщила о прекращении разработки
Tejas и Jayhawk -- десктопных/серверных процессоров следующего поколения, основанных
на все той же архитектуре NetBurst (см. статью в прошлом номере -- "Компьютерное
Обозрение", # 20, 2004, itc.ua/17232). Основной причиной стало понимание
того, что механизмы внутрипроцессорного параллелизма (такие, как Hyper-Threading)
и дальнейший рост частот не дают ожидаемого прироста производительности, в то
время как тепловыделение повышается весьма значительно и уже выходит за разумные
рамки. В связи с этим заявлением эксперты начали поговаривать и о том, что в
мире десктопов возможна скорая "смена власти", и в качестве основной
архитектуры Intel будет использовать именно ядро Pentium M.
Таблица 2. Численная оценка масштабов модификаций в ядре Dothan |
Ядро |
Banias |
Dothan |
Разница |
Общее число транзисторов в ядре |
77 млн. |
140 млн. |
82% |
Из них используется на L2-кэш (оценочно) |
50,3 млн. (65%) |
100,7 млн (72%) |
100% |
Остается "кроме кэша" (оценочно) |
26,7 млн. |
39,3 млн. |
48% |
Если допустить правдивость этих предположений, становится понятным, насколько
вовремя Intel запустила разработку нового процессора, создав его практически
"с нуля" и в итоге сделав его совмещающим, казалось бы, несовместимое
-- высокую производительность с прекрасными потребительскими характеристиками
(низкое тепловыделение, отличная масштабируемость и функциональность). Почтенная
архитектура NetBurst, прослужившая в течение трех с половиной лет (с ноября
2000 г., когда был выпущен Pentium 4 Willamette), в своем развитии уже "уперлась"
в свои же ограничения. Но теперь у Intel остается хорошая возможность элегантным
движением достать из рукава "туза" в виде Pentium M, который... впрочем,
о его достоинствах мы уже не раз говорили. Кто знает -- может быть, Intel вскоре
избавится от одной из линеек процессоров, и все вернется к старым добрым временам,
когда одна удачная для своего времени архитектура использовалась как для десктопов,
так и для ноутбуков (вспомним, например, Pentium III и Pentium III-M, Pentium
4 и Pentium 4-M)...
Однако довольно общих рассуждений и предположений, пора переходить к рассмотрению
главного предмета нашего внимания -- новой модификации Pentium M на ядре Dothan,
которая (как минимум
пока) будет использоваться именно в ноутбуках.
Особенности нового ядра Dothan
Суслик -- это тот же бобер,
только в один раз меньше...
Из разговора с 5-летней племянницей
Технологические нововведения, официально объявленные и реализованные в ядре
Pentium M Dothan, в принципе, можно пересчитать по пальцам одной руки. Это:
- 90-нанометровый техпроцесс с использованием технологии напряженного кремния;
- увеличенный до 2 MB кэш второго уровня;
- усовершенствованная система доступа к регистрам;
- улучшенная предварительная выборка данных;
- более высокие тактовые частоты.
Как видим, все достаточно лаконично -- в остальном новая модификация Pentium M на первый взгляд аналогична предыдущей, основанной на ядре Banias (табл. 1). Но это только на первый взгляд.
Давайте для начала попробуем "численно" оценить масштабы изменений, произошедших в новом ядре. Количество транзисторов в ядре Dothan составляет 140 млн. -- на 63 млн. больше по сравнению с Banias (табл. 2). Из этой разницы, по приблизительным оценкам, порядка 50 млн. можно отнести на счет удвоившегося L2-кэша (дополнительный 1 MB, по шесть транзисторов на одну ячейку кэш-памяти). "Неучтенными" остаются еще около 13 млн. элементов. Если посчитать, что в Banias с его 77 млн. транзисторов и 1 MB кэша на "не кэш" приходится около 26--27 млн., то получается, что число элементов в этой части процессорного ядра увеличилось почти наполовину! Наверняка рост числа транзисторов в "некэшевой" части Pentium M почти в 1,5 раза при переходе на новое ядро означает наличие достаточно серьезных модификаций...
Что же по сути кроме увеличенного до 2 MB L2-кэша, изменилось в Pentium M? По
словам Intel, это два основных новшества -- усовершенствованная система доступа
к регистрам
(Enhanced Register Access Manager), управляющая регистрами
при записи/чтении слов разной длины, и улучшенная предварительная выборка данных
(Enhanced Data Pre-fetcher), реализующая модифицированный алгоритм работы
кэша второго уровня. Детали функционирования этих (впрочем, как и других) блоков
процессора в Intel пока что не раскрывают, и нам лишь остается проверять пользу
от данных новшеств на практике. Дополнительно известно, что в ядре Dothan реализовано
предсказание
косвенных переходов -- т. е. случаев, когда адрес перехода
является не константой в программном коде, а хранится в регистре или ячейке памяти.
В связи с этим интересно сравнить общедоступную техническую документацию на Pentium M и, например, на один из десктопных процессоров Intel -- скажем, тот же Pentium 4 с ядром Prescott. Для Prescott в отдельном документе достаточно детально и хорошим техническим языком описываются особенности архитектуры, используемые технологии, алгоритмы работы всех основных блоков и пр. С Pentium M все совсем не так. Назначение ножек, сигналы, электрические и температурные спецификации -- пожалуйста. Но никакой информации относительно алгоритмов работы конвейера, кэша, предсказателя переходов, выборки данных из памяти... Не потому ли это, что архитектура Pentium M -- своего рода "тайное оружие" Intel, детали функционирования которого компания пока что не особо спешит раскрывать?..
|
Фотографии кристаллов двух модификаций Pentium M: Dothan (сверху) и Banias. Несмотря на почти вдвое увеличившееся число транзисторов, размер кристалла у Dothan практически не изменился |
Хотя число элементов в новом ядре почти удвоилось, размеры его практически не
изменились. Произошло это, в основном, за счет перехода на 90-нанометровый технологический
процесс, в результате чего сами элементы стали меньше в размерах. На фото хорошо
видно, сколько занимает L2-кэш в каждом из двух процессоров. В Dothan применена
технология напряженного кремния, позволяющая увеличить быстродействие транзисторов
(впервые использована Intel в ядре Pentium 4 Prescott, детальнее см. "Компьютерное
Обозрение",
# 5, 2004).
Привлекает внимание тот факт, что для Dothan, несмотря на его почти вдвое большее
число транзисторов и увеличенные тактовые частоты, заявлено даже меньшее тепловыделение,
чем у процессоров на ядре Banias. Что ж, если это подтвердится практикой и ноутбуки
с Pentium M Dothan окажутся способными отработать те же 4--5 ч под нагрузкой,
что и современные модели с Pentium M Banias, и вдобавок (надеемся) окажутся более
производительными, это будет значительным достижением.
Как известно, максимальная частота для Pentium M с ядром Banias составляла 1,7 GHz. Отсчет для нового семейства начался с этого же значения: на ядре Dothan было выпущено сразу три процессора Pentium M -- с частотами 1,7, 1,8 и 2,0 GHz. Итого, на сегодня в семействе Pentium M мы имеем 14 чипов -- три низковольтных (Low Voltage), три "совсем низковольтных" (Ultra Low Voltage) и восемь "обычных" с частотами от 1,3 до 2,0 GHz (табл. 3).
Новые Pentium M Dothan стали первыми процессорами Intel, в которых начали использоваться
процессорные номера. Детально об этих номерах и их назначении мы уже писали ("Компьютерное
Обозрение"
# 13, 2004).
Напомним, что основная функция процессорного номера -- четкая идентификация конкретного
CPU в рамках одного семейства: трехзначное число заменяет длинный перечень параметров
CPU, однако не является ни значением тактовой частоты, ни индексом производительности.
Три процессора на ядре Dothan получили номера Pentium M 755 (2 GHz), 745 (1,8
GHz) и 735 (1,7 GHz).
Таблица 3. Процессоры семейства Intel Pentium M
|
Ядро |
Номер процессора |
Тактовая частота |
Цена в партиях по 1000 шт., $ |
Pentium M Ultra Low Voltage |
Banias |
-- |
900 MHz |
н/д |
Banias |
-- |
1,0 GHz |
н/д |
Banias |
-- |
1,1 GHz |
н/д |
Pentium M Low Voltage |
Banias |
-- |
1,1 GHz |
н/д |
Banias |
-- |
1,2 GHz |
н/д |
Banias |
-- |
1,3 GHz |
н/д |
Pentium M |
Banias |
-- |
1,3 GHz |
209 |
Banias |
-- |
1,4 GHz |
209 |
Banias |
-- |
1,5 GHz |
209 |
Banias |
-- |
1,6 GHz |
241 |
Banias |
-- |
1,7 GHz |
294 |
Dothan |
735 |
1,7 GHz |
294 |
Dothan |
745 |
1,8 GHz |
423 |
Dothan |
755 |
2,0 GHz |
637 |
Подводя краткий итог, мы видим, что по спецификациям Pentium M остался в тех же физических рамках (размеры, напряжение питания, степень нагрева и пр.). Частота системной шины также не изменилась -- это по-прежнему 400 MHz. Но за счет более высоких частот и большего объема L2-кэша новый процессор обещает быть производительнее. Насколько -- покажет тестирование, с результатами которого вы можете ознакомиться, перевернув страницу.