BÀI TẬP LỚN MÔN KIẾN TRÚC MÁY TÍNH NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ THẾ HỆ VI XỬ LÝ INTEL CORE I

Hãng Intel đã chế tạo và phát triển CPU từ năm 1971 cho đến nay và hiện tại thì họ đang dẫn đầu trong lĩnh vực này. Thế hệ CPU đầu tiên mà họ sản xuất đó là CPU 404, CPU 808.. rồi đến CPU Pentium,..  CPU Core Dual, Core 2 Quad, …  và mới dòng CPU mới nhất, mạnh nhất cho tới thời điểm mình viết bài này đó là dòng Core i ( core i3, core i5, core i7 và core M). Bạn có thể nhìn vào sơ đồ sau là có thể hình dung ra lịch sử phát triển chíp CPU của họ. Nhìn vao hình bên trên thì các bạn có thể thấy là dòng chíp Core i được hãng Intel phát triển từ năm 2009 và cho tới nay thì dòng Core i đã trải qua 5 thế hệ đó là Nehalem, Sandy Bridge, Ivy Bridge,Haswell, Broadwell và mới đây nhất là thế hệ 6 với Vi kiến trúc Skylake, chuẩn bị tới đây là dòng chip Kaby Lake . Và đương nhiên là thế hệ càng mới thì chất lượng được cải tiến càng tốt hơn, khả năng xử lý tốt hơn và được trang bị card đồ họa tích hợp (card onboard) mạnh mẽ hơn. 2. Các công nghệ trên cơ bản vi xử lí Core i của Intel a. Công nghệ Turbo Boost ( ép xung). Turbo Boost là gì? Là công nghệ của hãng Intel cho phép các bộ vi xử lý chạy hơn xung nhịp mặc định, giúp tăng hiệu năng cũng như tối ưu hiệu suất hoạt động của CPU. Đơn giản là máy tính bình thường chạy 6 phần sức, khi có công nghệ Turbo Boost lúc gặp chương trình phần mềm nặng máy sẽ tăng lên thành 8 phần sức (Tăng thêm nhiều hay ít do loại CPU của máy tính). Nhìn vào hình trên bạn dễ hiểu hơn, phần màu xanh là lúc máy tính chạy bình thường, màu vàng là máy tăng tốc lên khi gặp những ứng dụng phần mềm nặng. Không phải CPU Intel nào cũng có Turbo Boost? Công nghệ Turbo Boost thường tích hợp trên các dòng CPU Intel Core i5 và Core i7, còn với Core i3thì không được tích hợp công nghệ này. Core i3 thì được thừa kế một điểm mới như Core i5 và Core i7 là Công nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading). Cài đặt Turbo Boost như thế nào? Turbo Boost là công nghệ tích hợp trên CPU nên không có cài đặt bật tắt gì cả, cứ giao nhiệm vụ này cho CPU tự động xử lí. Tuy nhiên bạn có thể quản lí nó bằng cách dùng Intel Turbo Boost Technology Monitor là một tiện ích được Intel cung cấp để bạn có thể theo dõi tình trạng hoạt động của tính năng Turbo boost (trên các CPU có hỗ trợ Turbo Boost). Cuối cùng, mình giải thích thêm một chút về từ Overclock là gì? Người chuyên ngành thường gọi nó là Ép Xung, thực chất mục đích nó giống Turbo Boost là làm tăng sức mạnh máy tính lên. Tuy nhiên, Turbo Boost được thiết kế theo hãng có những chuẩn quy định về chất lượng. Còn Overclock thì mình làm là để nén cho máy chạy mạnh hơn (liên quan Mainboard và CPU), nhưng sự vượt giới hạn này ảnh hưởng mạnh đến tuổi thọ thiết bị nha các bạn, không ít trường hợp đã Ngủm CPU. b. Công nghệ Hyper threading (siêu phân luồng). Giới Thiệu Công Nghệ HyperThreading Có một vài nguyên nhân làm cho các đơn vị thực thi không được sử dụng thường xuyên. Nói chung, CPU không thể lấy dữ liệu nhanh như nó mong muốn do tắc nghẽn đường truyền (memory bus và frontsidebus), dẫn đến sự giảm sút hoạt động của các đơn vị thực thi. Ngoài ra, một nguyên nhân khác đã được đề cập là có quá ít ILP trong hầu hết các chuỗi lệnh thực thi. Hiện thời cách mà đa số các nhà sản xuất CPU dùng để cải thiện hiệu năng trong các thế hệ CPU của họ là tăng tốc độ xung nhịp và tăng độ lớn của bộ nhớ đệm (cache). Nhưng cho dù cả hai cách này cùng được sử dụng thì vẫn không thực sự sử dụng hết được tiềm năng sẵn có của CPU. Nếu có cách nào đó cho phép thực thi được nhiều chuỗi lệnh đồng thời mới có thể tăng hiệu quả sử dụng tài nguyên của CPU. Đó chính là cái mà công nghệ siêu luồng của Intel đã làm được, bản chất của nó là chia sẻ tài nguyên để sử dụng hiệu quả hơn các đơn vị thực thi lệnh đã có sẵn trên các CPU đó.

Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 TRƯỜNG ĐAI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI * -KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÔN : KIẾN TRÚC MÁY TÍNH ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ THẾ HỆ VI XỬ LÝ INTEL CORE I GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Th.S NGUYỄN THANH HẢI LỚP -KHÓA: KHMT4-K10 THANH VIÊN: - ĐỖ ĐÌNH THẮNG TRẦN VĂN CHỨC ĐỖ ĐĂNG THẠCH NGUYỄN VĂN MẠNH MA VĂN SÔNG Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Lời mở đầu : Dưới nghiên cứu nhóm chúng em vi xử lý Intel Core i Vì tài liệu tham khảo lần đầu làm nên cịn nhiều thiếu xót , mong thầy xem góp ý cho bọn em được hồn thiện nghiên cứu Em chân thành cảm ơn! Tài liệu tham khảo từ nguồn: - Wiki (https://www.wikipedia.org ) Trang chủ Intel Việt Nam (http://www.intel.vn) Tinh tế (http://www.tinhte.vn) Blog Tin Học (http://www.blogtinhoc.com) Chia sẻ tài liệu (http://www.chiasetailieu.com) Và nhiều nguồn khác Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Mục lục: PHẦN I: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VXL CORE I Lịch sử hình thành phát triển Các công nghệ vi xử lí Core i Intel a Công nghệ Turbo Boost ( ép xung) .4 b Công nghệ Hyper threading (siêu phân luồng) Cách phân biệt dòng CPU Core i qua tên gọi PHẦN II: THẾ HỆ ĐẦU – VI KIẾN TRÚC NEHALEM .10 Khái quát chung 10 Đặc trưng công nghệ chung 10 Đặc trưng công nghệ chi tiết 11 a Intel Core i3 .11 b Intel Core i5 .11 c Intel Core i7 .12 PHẦN III: THẾ HỆ HAI - SANDY BRIDGE 13 Khái quát chung 14 Chi tiết vi xử lý Sandy Bridge 16 a Đồ họa video 16 b Turbo Boost .17 PHẦN IV:THẾ HỆ THỨ – IVY BRIDGE 18 Khái quát chung .18 Chi tiết vi xử lý Ivy Bridge 19 a Cơng nghệ bóng bán dẫn 3D Tri-Gate 19 b Kiến trúc chip 19 c Bộ vi xử lý .20 d Bộ xử lý đồ hoạ 21 e Các hệ thống kết nối 21 f Chipset 22 g Công suất tiêu thụ 23 PHẦN V: THẾ HỆ THỨ 4-HASWELL 24 Khái quát chung .24 Chi tiết vi xử lý Haswell .24 a Đặc trưng công nghệ 24 b Thời lượng sử dụng pin .25 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 c Khả đồ họa 26 d Chi tiết dòng core i 26 PHẦN VI: THẾ HỆ THỨ - BROADWELL 29 Khái quát chung .29 Chi tiết vi xử lý Broadwell 29 a Intel Core i3 .31 b Intel Core i5: 32 c Intel Core i7: 32 PHẦN VII: THẾ HỆ THỨ – SKYLAKE 33 Khái quát chung .33 Chi tiết vi xử lý Skylake 33 a Đặc tính công nghệ .33 b Intel core I3 35 c Intel Core I5 .35 d Intel Core i7 35 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 PHẦN I: LỊCH SỬ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA VXL CORE I Lịch sử hình thành phát triển Hãng Intel chế tạo phát triển CPU từ năm 1971 họ dẫn đầu lĩnh vực Thế hệ CPU mà họ sản xuất CPU 404, CPU 808 đến CPU Pentium,  CPU Core Dual, Core Quad, …  dòng CPU nhất, mạnh thời điểm viết dịng Core i ( core i3, core i5, core i7 core M) Bạn nhìn vào sơ đồ sau hình dung lịch sử phát triển chíp CPU họ Nhìn vao hình bên bạn thấy dịng chíp Core i hãng Intel phát triển từ năm 2009 dịng Core i trải qua hệ Nehalem, Sandy Bridge, Ivy Bridge,Haswell, Broadwell hệ với Vi kiến trúc Skylake, chuẩn bị tới dòng chip Kaby Lake Và đương nhiên hệ chất lượng cải tiến tốt hơn, khả xử lý tốt trang bị card đồ họa tích hợp (card onboard) mạnh mẽ Các công nghệ vi xử lí Core i Intel a Công nghệ Turbo Boost ( ép xung) Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Turbo Boost gì? Là công nghệ hãng Intel cho phép vi xử lý chạy xung nhịp mặc định, giúp tăng hiệu tối ưu hiệu suất hoạt động CPU Đơn giản máy tính bình thường chạy phần sức, có cơng nghệ Turbo Boost lúc gặp chương trình phần mềm nặng máy tăng lên thành phần sức (Tăng thêm nhiều hay loại CPU máy tính) Nhìn vào hình bạn dễ hiểu hơn, phần màu xanh lúc máy tính chạy bình thường, màu vàng máy tăng tốc lên gặp ứng dụng phần mềm nặng Không phải CPU Intel có Turbo Boost? Cơng nghệ Turbo Boost thường tích hợp dịng CPU Intel Core i5 Core i7, cịn với Core i3thì khơng tích hợp cơng nghệ Core i3 thừa kế điểm Core i5 Core i7 Công nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading) Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Cài đặt Turbo Boost nào? Turbo Boost cơng nghệ tích hợp CPU nên khơng có cài đặt bật tắt cả, giao nhiệm vụ cho CPU tự động xử lí Tuy nhiên bạn quản lí cách dùng Intel Turbo Boost Technology Monitor tiện ích Intel cung cấp để bạn theo dõi tình trạng hoạt động tính Turbo boost (trên CPU có hỗ trợ Turbo Boost) Cuối cùng, giải thích thêm chút từ Overclock gì? Người chun ngành thường gọi "Ép Xung", thực chất mục đích giống Turbo Boost làm tăng sức mạnh máy tính lên Tuy nhiên, Turbo Boost thiết kế theo hãng có chuẩn quy định chất lượng Cịn Overclock làm để nén cho máy chạy mạnh (liên quan Mainboard CPU), vượt giới hạn ảnh hưởng mạnh đến tuổi thọ thiết bị nha bạn, không trường hợp "Ngủm" CPU b Công nghệ Hyper threading (siêu phân luồng) Giới Thiệu Công Nghệ Hyper -Threading Có vài nguyên nhân làm cho đơn vị thực thi khơng sử dụng thường xun Nói chung, CPU khơng thể lấy liệu nhanh mong muốn tắc nghẽn đường truyền (memory bus front-side-bus), dẫn đến giảm sút hoạt động đơn vị thực thi Ngoài ra, nguyên nhân khác đề cập có q ILP hầu hết chuỗi lệnh thực thi Hiện thời cách mà đa số nhà sản xuất CPU dùng để cải thiện hiệu hệ CPU họ tăng tốc độ xung nhịp tăng độ lớn nhớ đệm (cache) Nhưng cho dù hai cách sử dụng khơng thực sử dụng hết tiềm sẵn có CPU Nếu có cách cho phép thực thi nhiều chuỗi lệnh đồng thời tăng hiệu sử dụng tài ngun CPU Đó mà công nghệ siêu luồng Intel làm được, chất chia sẻ tài nguyên để sử dụng hiệu đơn vị thực thi lệnh có sẵn CPU Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Hyper threading - siêu luồng tên “tiếp thị” cho cơng nghệ nằm ngồi “vương quốc” x86, phần nhỏ SMT Ý tưởng đằng sau SMT đơn giản: CPU vật lý xuất hệ điều hành hai CPU hệ điều hành phân biệt Trong hai trường hợp nhiệm vụ hệ điều hành gửi hai chuỗi lệnh tới “hai” CPU phần cứng đảm nhiệm cơng việc cịn lại Trong CPU sử dụng công nghệ Hyper-Threading, CPU logic sở hữu tập ghi, kể ghi đếm chương trình PC riêng (separate program counter), CPU vật lý luân phiên giai đoạn tìm/giải mã hai CPU logic cố gắng thực thi thao tác từ hai chuỗi lệnh đồng thời theo cách hướng tới đơn vị thực thi sử dụng Cách phân biệt dòng CPU Core i qua tên gọi Với nhiều hệ CPU Core i, người dùng dễ dàng phân biệt hệ sản phẩm thông qua cách đặt tên Intel Cách đặt tên cho dòng CPU Intel Core i thơng qua cơng thức sau: Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Tên xử lý = Thương hiệu (Intel Core) + Tên dòng CPU – Số thứ tự hệ (Thế hệ khơng có kí tự này) + SKU + Ký tự đặc điểm sản phẩm Ý nghĩa số ký tự cuối tên sản phẩm (Ngồi cịn số ký tự khác): Loại chip Đặc điểm E (Chip E) Chip hai lõi, cân hiệu giá thành Q (chip Q) Chip lõi, cho hiệu cao cấp, phù hợp với laptop có nhu cầu sử dụng cao U (Chip U) Đây CPU tiết kiệm lượng thường có xung nhip (Tốc độ GHz) thấp, thường sử dụng sản phẩm trọng đến việc tiết kiệm lượng M (Chip M) Đây CPU dành cho Laptop thơng thường có xung nhip cao mạnh mẽ Thường sử dụng Laptop chơi game sử dụng đồ họa nặng Chú ý : Mỗi hệ vi xử lý lại có dịng chip khác Ví dụ: CPU Core i Nehalem (Thế hệ 1) tên gọi có dạng: Intel Core i5 2820U… Tên xử lý Thương hiệu (Intel Core) Tên dòng CPU Số thứ tự SKU hệ (Thế hệ không Ký tự đặc Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 có kí tự này) Intel Core i5 2820U Intel Core I5 điểm sản phẩm 820 U PHẦN II: THẾ HỆ ĐẦU – VI KIẾN TRÚC NEHALEM Khái quát chung 10 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Bộ nhớ hỗ trợ lên mức DDR3 1600MHz (800 MHz I / O) tăng từ 1333MHz Sandy Bridge Bên cạnh đó, hỗ trợ công nghệ DDR3L-DIMM tiêu tốn 1,35 volt, chuẩn DDR3 tiêu tốn khoảng 1,5 volt Việc tiêu thụ điện thấp có tầm quan trọng cực lớn thiết bị di động, ví dụ ultrabooks Một điểm việc hỗ trợ chế tự điều khiển luồng điện vào ra, giúp gia tăng thời lượng pin cho máy, khiến lượng điện tiêu thụ lúc nhàn rỗi dừng lại mức 100mW Sau có thơng báo việc PCI Express 3.0 không hỗ trợ sản phẩm Sandy Bridge E platform gây nhiều thất vọng cho người dùng Ivy Bridge từ đầu hỗ trợ điều Tốc độ truyền tải đạt từ đến GT /s, khả mã hố lên tới 128-130b, băng thơng cho liên kết tăng gấp đôi lên gần GB /s Tổng cộng có 16 luồng xử lý khác Trái ngược với nhiều người mong đợi, điều khiển hình giải mã video Quick Sync không nằm GPU, mà nằm hệ thống kết nối Trong Sandy Bridge xuất liệu hình với độ phân giải tối đa 2560 x 1600 pixels lên đến hình độ phân giải 4K (thông qua HDMI 1.4a DisplayPort 1.1) Các xử lý, giải mã video cải tiến, mang tới tốc độ xử lý nhanh nhiều so với Sandy Bridge Intel Wireless Display (WiDi) 3.0 truyền tải video 1080p với tốc độ 60 fps f Chipset Khoảng hai tuần trước tung Ivy Bridge, Intel công bố chipset - Series với cải tiến đáng giá cho thiết bị máy tính xách tay Phiên thứ – QS76 tiến quan trọng ultrabooks so với chipset QM77 trước Intel cho biết Ivy Bridge tương thích ngược với mainboard LGA-1155 Tuy vậy, họ mắt chipset tối ưu cho Ivy chắn dòng chipset hỗ trợ tính PCI Express 3.0, USB 3.0 Chipset Ivy Bridge hỗ trợ cổng USB 3.0 trực tiếp bo mạch chủ mở rộng để hỗ trợ nhiều cổng kết nối khác Khơng có nhiều cải tiến cho chuẩn kết nối SATA III nhiên, chipset cho Ivy thuộc dòng 7-series dòng Sandy rồi, mẫu Z77, Z75, H77, Q77, W75 B75 Intel xác nhận g Công suất tiêu thụ 23 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Nếu muốn tìm chip tiết kiệm điện Ivy Bridge dịng chip mà bạn nên chờ đợi Như nói trên, mức xung nhịp xử lý Ivy Bridge mạnh Sandy khoảng 4-6% đồng thời sử dụng khoảng 75-80% lượng lượng mà Sandy tiêu thụ Tuy vậy, chưa phải phần thú vị khả tiêu thụ điện Ivy, bên cạnh việc tối ưu hóa giải pháp xuất Sandy System Agent Voltages hay Power Aware Interrupt Routing, Intel đưa giải pháp TDP cấu hình (Configurable TDP-cTDP) Đây bước tiến Intel nhằm giúp nhà sản xuất giới thiệu nhiều giải pháp linh hoạt cho khách hàng Tất xử lý đòi hỏi phải sử dụng hệ thống tản nhiệt khác để làm mát người ta đo TDP (thermal design point) Hệ thống có TDP cao địi hỏi tản nhiệt tốt hơn, TDP thấp tỏa nhiệt Trước đây, Intel tận dụng TDP cao thời gian ngắn nhằm kích hoạt tính Turbo Boost cTDP giải pháp xuất sắc nữa.Chip Intel Core i hệ Haswell 24 Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 PHẦN V: THẾ HỆ THỨ 4-HASWELL Khái quát chung Chip haswell phát hành đầu tháng năm 2013, với cải tiến đáng kể thời lượng pin so với hệ trước (Ivy Brydge) Intel Core i hệ tiêu thụ điện tới 20 lần so với Sandy Bridge chế độ chờ hiệu đồ họa tăng đáng kể Chi tiết vi xử lý Haswell a Đặc trưng cơng nghệ Dịng vi xử lý Intel dựa tảng mang tên Haswell Đây dòng chip Core i hệ thứ hãng sử dụng quy trình sản xuất 22 nm bóng bán dẫn 3D giống dịng Ivy Bridge Theo chu trình phát triển "Tich-Tock" Intel (một năm thay đổi đến năm thay đổi nhiều) Haswell nằm chu kỳ thay đổi nhiều Đáng ý nâng cấp chủ yếu hỗ trợ cho dịng máy tính siêu di động liên quan nhiều đến thời lượng sử dụng pin hiệu đồ họa cho chip tích hợp Haswell có bốn dòng chip bao gồm U Y điện áp thấp dành cho ultrabook, M tầm trung H mạnh mẽ cho máy để bàn b Thời lượng sử dụng pin 25 ... phát video siêu phân gi? ?i xử lý n? ?i dung 3D 19 Đề t? ?i: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Chi tiết vi xử lý Ivy Bridge a Công nghệ bóng bán dẫn 3D Tri-Gate Ivy Bridge Intel. .. hệ (Thế hệ không Ký tự đặc Đề t? ?i: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 có kí tự này) Intel Core i5 2820U Intel Core I5 ? ?i? ??m sản phẩm 820 U PHẦN II: THẾ HỆ ĐẦU – VI KIẾN... t? ?i: Nghiên cứu tìm hiểu hệ vi xử lý Intel Core I Lớp: KHMT4-K10 Sandy Bridge vi kiến trúc Intel sử dụng công nghệ xử lý 32nm(nm:nanometer) v? ?i transistor cổng kim lo? ?i Hi-K hệ 2, mang l? ?i hiệu