Nền tảng Kiến trúc Penryn, công nghệ 45nm High-k metal gate của Intel pptx

Nền tảng Kiến trúc Penryn, công nghệ 45nm High-k metal gate Intel Ngày 12 tháng 11 vừa qua, Intel công bố xử lý dành cho máy chủ gia đình Penryn Đó xử lý đánh dấu cho kỷ nguyên 45nm Thế hệ xử lý kiến trúc Core Với hai dòng sản phẩm Wofldale (hai nhân) Yorkfiled (4 nhân) Bạn nhận thấy sức mạnh hiệu tuyệt vời xử lý kiến trúc Core Và bạn tự hỏi, liệu Penryn đơn giản thu hẹp kích thước transitor từ kiến trúc Core 65nm xuống công nghệ sản xuất nhỏ Intel khẳng định xử lý Penryn không đơn giản thu hẹp kích thước sản xuất, mà kỹ sư Intel cải tiến nâng cao nhiều thứ bên Penryn để tăng hiệu cao mà đưa tốc độ CPU lên cao Trước bắt đầu tìm hiểu kiến trúc 45nm, nhìn lại kiến trúc Core Intel lầu giới thiệu vi kiến trúc Core vào năm 2006, lúc với việc sản xuất xử lý Intel Core công nghệ xử lý 65nm Thế hệ vi kiến trúc đa nhân tối ưu hóa Với việc hiệu cao tiêu thụ điện hơn, kiến trúc Core Intel trở thành tảng cho nhiều giải pháp tang Vi kiến trúc Core có khả xử lý tối đa instruction clock cycle, nhanh CPU có Excution pipeline vi kiến trúc Core có 14 stage, ngắn nhiều so với Prescott, Smithfield, thuộc kiến trúc NetBurst (với 30 stage) Nếu xét hiệu wat pipeline ngắn có lợi khơng cần phải bàn cãi Vi kiến trúc Core hai nhân thực, gồm nhân nằm die, có 64 KB L1 Cache (32 KB cho tính tốn 32 KB cho liệu), hỗ trợ EM64T không Pentium M Core Duo (Yonah) hỗ trợ tính tốn 32 bit Vi kiến trúc Core thiết kế cho nhiều phân khúc thị trường khác Intel cam kết cần giảm 15 % xung nhịp cơng xuất tiêu thụ điện giảm đến 50 % Khả cho phép sản xuất dòng CPU cho phân khúc thị trường desktop, laptop server dựa vi kiến trúc Core Merom nhanh hệ CPU cho laptop Intel Core Duo (Yonah) khoảng 20 %, công xuất tiêu thụ điện không vượt 35W Woodcrest nhanh hệ Xeon khoảng 80 %, công xuất tiêu thụ điện khoảng 80 W (giảm 35 %) Conroe nhanh Pentium D 900 series khoảng 40 %, công xuất tiêu thụ điện Conroe dòng đa dụng khoảng 65 W (giảm 40 %) Đối với người dùng gia đình, thiết kế kiến trúc Core mang đến hiệu cao hơn, không gian yên tĩnh hơn, tiêu thụ điện Đối với ngành cơng nghiệp IT, bạn đưa tính tốn xác hơn, nhanh hơn, giảm thiểu nhiệt lượng tỏa từ máy chủ sở liệu, qua chi phí tiêu thụ điện giảm nhiều Đối với người dùng di động, bạn sở hữu máy tính động hơn, thời gian sử dụng pin dài hơn, đồng thời vi kiến trúc Core cho phép nhà sản xuất thu nhỏ kích thước hệ thống qua thiết bị di động trở nên linh hoạt hơn, nhỏ gọn Điều làm cho kiến trúc Core trở nên mạnh mẽ thế, Intel trang bị cho vi kiến trúc Core công nghệ vượt trội so với vi kiến trúc NetBust Trong có năm công nghệ bật, bao gồm: Intel Wide Dynamic Execution Intel Intelligent Power Capability Intel Advanced Smart Cache Intel Smart Memory Access Intel Advanced Digital Media Boost Penryn, hệ vi kiến trúc Core Hôm nay, mà nói đến đời Penryn, năm 2006 năm đời xử lý Conroe kiến trúc Core, Penryn codename dòng vi xử lý Intel cơng nghệ 45nm, thay cho dòng Conroe gọi với tên gọi Core 2, lúc bạn thấy có thay đổi công nghệ 45nm, Intel áp dụng công nghệ 45nm với cổng kim loại High-k vào việc sản xuất vi xử lý Một điều quan trọng đáng ý việc cung cấp vi xử lý cho máy tính, Intel cịn sản xuất xử lý cho thiết bị di động Nơi mà vi kiến trúc nhân CPU xem yếu tố định Như cách nhận định dễ hiểu, Penryn tên thông dụng sử dụng để CPU kiến trúc 45nm Nhưng thực tế dùng để gọi xử lý di động Đối với máy tính để bàn, vi xử lý Penryn dual-core quad-core có tên gọi khác Wolfdale Yorkfield Hiện Penryn chia vi kiến trúc với Conroe , thị trường bán lẻ danh mục Core Đã có xử lý Penryn, bao gồm xử lý hai nhân bốn nhân dành cho máy tính để bàn, xử lý hai nhân dành cho di động, tất xử lý gọi tên Intel Core Đối với xử lý hai nhân bốn nhân dành cho máy chủ sử dụng tên gọi Intel Xeon Và thời điểm này, Intel có tổng cộng 16 sản phẩm 45nm nằm lộ trình Các xử lý 45nm hệ xử lý Intel Core Quad có tới 820 triệu bóng bán dẫn Trong xử lý QX6850 với nhân Kenfield có 582 triệu bong bán dẫn bên Điều cho phép Intel tăng số lượng bóng bán dẫn nhiều thế? Đó nhờ vào việc Intel áp dụng công thức cổng kim loại High-k Công nghệ xử lý cổng kim loại 45nm High-k Intel Chúng ta bắt đầu phân tích đặc điểm bật xử lý với tiến trình sản xuất Đó tiến trình xử lý 45nm mà cho phép tạo nên xử lý Penryn Tiến trình khơng cho phép thu nhỏ kích thước nhân nhằm nâng cao khả sản xuất xử lý hiệu cao mà cho phép giảm điện hoạt động xử lý, đồng nghĩa với việc tỏa nhiệt đồng thời cho phép nâng cao xung nhịp xử lý tương lai Công nghệ sản xuất vơ thú vị Intel phải thực việc đổi hoàn toàn Và kết là: vật liệu sản xuất truyền thống sản xuất từ 60 để sản xuất bóng bán dẫn oxit silic thay vật liệu hồn tồn với ngun vật liệu khó kiếm địa cầu Các bóng bán dẫn 45nm sử dụng đóng gói kim loại làm từ polysilicon (NMOS + PMOS) chất điện môi High-k dựa chất Hafnium Những thay đổi thiết kế phần tử chất bán dẫn giúp cho Intel lúc giải vấn đề nan giải Tiến trình cơng nghệ 45nm gần tăng gấp đơi mật độ bóng bán dẫn die Hơn nữa, cịn tăng tốc độ đảo mạch chúng lên khoảng 20% giảm điện cần cho hoạt động 30% Thêm vào đó, việc sử dụng nguyên liệu cho phép giảm bớt thất thoát điện cách đáng kể thất thoát nguồn điện hệ số thất thoát cổng oxide hệ số 10 Mặt khác, tiến trình sản xuất xử lý 45nm sử dụng liên kết đồng, với đĩa bán dẫn 300mm kỹ thuật in 192nm Vì thế, trình sản xuất khơng địi hỏi Intel phải thay hầu hết công cụ gia công họ Điều mang đến cho hy vọng việc sản xuất đại trà xử lý Penryn không gặp trở ngại nào, Intel đưa chip suất cao Tấm wafer chứa chip Penryn 45nm Chip Penryn đồng xu Mỹ Cũng giống quen với thuật ngữ đồng hồ sinh học, hoạt động xoay quanh đồng hồ Với nhà sản xuất vi xử lý khổng lồ Intel tương tự vậy, họ theo gọi Silicon Cadence (được hiểu Tick-Tock) kế hoạch chiến lược việc phát triển vi xử lý máy tính theo nhịp thời gian, đồng theo hai năm, quy luật, thời gian thực bắt đầu với tiếng tick(sự thay đổi cơng nghệ) liền theo sau (một năm) tiếng tock(sự thay đổi cấu trúc thiết kế) Cứ sau hai năm, Intel lại thay đổ thiết kế xử lý, bạn thấy trên, Intel chuyển từ vi kiến trúc NetBust sang vi kiến trúc Core lúc với việc chuyển từ công nghệ 90nm sang công nghệ 65nm Và với hai năm sau, Intel thay đổi công nghệ 65nm công nghệ 45nm với vi kiến trúc Penryn, hai năm sau bạn lại nhìn thấy vi kiến trúc Penryn lại hệ Nehalem http://i57.photobucket.com/albums/g2 t/Penyl/10.jpg Những đổi vi kiến trúc Penryn: Penryn, dòng vi xử lý dựa công nghệ silicon High-k 45nm Intel, sử dụng cách hiệu bóng bán dẫn bổ sung mà cơng nghệ đóng gói vào chip Họ vi xử lý Intel Core Intel Xeon High-k 45nm hệ mang đến nhiều đặc điểm kiến trúc cải tiến làm cho phần mềm chạy nhanh cải thiện hiệu suất sử dụng điện Bộ chia nhanh Radix-16: Các xử lý Penryn cung cấp hiệu xử lý nhanh gấp hai lần vi kiến trúc hệ trước tính tốn khoa học, chuyển đổi 3D tiến trình tính tốn cao Việc bao hàm công nghệ chia nhanh gọi radix 16 làm tăng tốc độ chia phép tính dấu phẩy động số nguyên Với radix-16, Penryn thực tính tốn bit vòng lặp so với kiến trúc Core tính tốn bit Cơng nghệ ảo hóa cải tiến: Penryn tăng tốc độ thời gian chuyển máy ảo (đi vào/ ra) trung bình từ 25 đến 75% Tất thực thông qua cải tiến vi kiến trúc không cần đến thay đổi phần mềm máy ảo (Ảo hóa phân vùng máy tính, chạy hệ điều hành phần mềm khác phân vùng, tận dụng tốt sức mạnh xử lý đa nhân, nâng cao hiệu suất cắt giảm chi phí thơng qua cho phép máy tính thể nhiều máy ảo.) Siêu động dao động: Với việc triển khai khối dao động độ rộng đầy đủ, có độ rộng 128bit, xử lý Penryn thực dao động đầy đủ độ rộng chu kỳ đơn Điều tăng gấp đôi tốc độ phần lớn phép toán với byte, từ từ kép liệu SSE cắt giảm đáng kể độ trễ thông lượng lệnh SSE2, SSE3 SSE4 Intel có phép tốn giống dao động đóng gói, giải đóng gói dịch gói rộng Điều mang lại cải thiện tổng thể nhiều thuật toán SSE2 Chuyển tiếp lưu trữ: Để tăng tốc độ đọc kết lưu trữ "được cân chỉnh sai" trải đường biên địa 8-byte đường ống, xử lý Penryn chuyển tiếp kết lưu trữ đến tải cách trực tiếp thay đợi việc lưu trữ hoàn tất viết vào nhớ Các xử lý có lõi giao diện tốc độ cao hơn: Dòng Penryn chạy tốc độ lõi cao (hơn 3GHz số phiên bản) so với xử lý dòng Core trước Tốc độ bus mặt trước (front side bus) nâng lên tới 1600MHz, bổ sung vào tốc độ có 1066 1333 MHz Điều cải thiện hiệu hệ thống tổng thể Hiệu gốc đồng hệ điều hành cải tiến: Những hệ điều hành định "che" ngắt bắt đầu phần mã quan trọng cần có truy nhập riêng biệt tài nguyên thiết bị vào Thơng qua lực đặt ngắt/xóa ngắt nhanh (CLI/STI), xử lý Penryn vào khỏi chế độ nhanh hơn, qua cải thiện hiệu Hơn nữa, chúng thực lệnh khóa (như XCH, ADD/XADD/NEG/BTS/AND, CMPXHCG) cách nhanh chóng Các xử lý Penryn đặc trưng cho tốc độ truy cập nhanh đếm nhãn thời gian Đây hàm thường xuyên gọi đến sở liệu tải máy chủ dựa xử lý giao dịch Bên cạnh lợi ích cơng nghệ High-k 45nm Intel, họ vi xử lý Penryn xây dựng tính mang lại hiệu lượng vi kiến trúc Core với hai bổ xung quan trọng: công nghệ tắt nguồn sâu công nghệ tăng tốc độ động Intel Công nghệ tắt nguồn sâu: Đây trạng thái quản lý nguồn tiên tiến (được gọi C-state) giúp cắt giảm đáng kể nguồn điện xử lý chu kỳ rỗi dịng rị bóng bán dẫn nội khơng cịn vấn đề Trạng thái "ngủ" xử lý trạng thái nguồn thấp mà xử lý có giúp kéo dài thời gian sử dụng pin Nó cho phép Penryn đạt mức độ cải thiện đáng kể so với trạng thái nguồn thấp Meron - hệ trước kiến trúc Core Intel dành cho thiết bị di động Khi chuyển sang trạng thái tắt nguồn sâu, xử lý xóa nhớ đệm, lưu trữ trạng thái vi kiến trúc nội tắt nguồn cấp cho lõi nhớ đệm L2 Khi chế độ tắt nguồn sâu, chipset tiếp tục phục vụ lưu lượng nhớ dành cho vào/ra (I/O) không phục vụ xử lý Khi cần đến lõi xử lý, điện áp tăng lên, xung nhịp bật lên, xử lý khởi động lại, trạng thái vi kiến trúc khôi phục hoạt động xử lý lệnh khôi phục lại Trạng thái C-state sâu chi phí lượng việc chuyển chuyển lại trạng thái cao Việc chuyển thường xuyên sang trạng thái C-state gây mát lượng Để ngăn chặn vấn đề này, chip Penryn có lực tự hạ thấp sử dụng trí tuệ để xác định lúc việc tiết kiệm chu kỳ rỗi đem lại lợi ích từ việc tắt khởi động lại xử lý Nếu khơng có lợi yêu cầu Tắt nguồn sâu hạ xuống mức C4 - trạng thái quản lý nguồn sâu Kết việc tiết kiệm nguồn tương ứng với chu kỳ rỗi Cơng nghệ tăng tốc độ động cải tiến Intel® (Intel® Dynamic Acceleration Technology) Để nâng cao hiệu ứng dụng đơn luồng, Intel cải tiến Công nghệ Tăng tốc độ động có xử lý Core Intel Tính sử dụng lượng nguồn khả dụng giải phóng lõi đưa vào trạng thái chờ để nâng cao hiệu lõi hoạt động (Hãy tưởng tượng vịi tắm có hai hoa sen Khi hoa sen đóng lại áp lực nước hay hiệu hoa sen lại tăng lên) Nếu lõi trạng thái C3 C-state sâu hơn, lượng điện lõi chuyển cho lõi hoạt động nằm giới hạn xạ nhiệt thiết kế cho xử lý Điều làm tăng tốc độ mà ứng dụng đơn luồng xử lý, cải thiện hiệu nhiều ứng dụng Trên số cải tiến Penryn Tuy nhiên, nhờ vào việc áp dụng công nghệ xử lý High-k 45nm mà dòng vi xử lý Penryn có hai cải tiến đáng ý nhớ đệm Cache L2 lớn tập lệnh đa phương tiện SSE4l Bộ nhớ đệm Cache L2: Những lợi công nghệ xử lý High-k 45nm cho phép kỹ sư Intel nâng cao số lượng bóng bán dẫn vi xử lý mà khơng làm cho kích thước bảng mạch xử lý lớn Khả dùng vào việc tăng nhớ đệm L2 khu vực Trong hệ xử lý Conroe hai nhân trang bị 4MB nhớ đệm chia sẽ, xử lý hai nhân Woftdale 45nm có nhớ đệm L2 lên đến 6MB Khu vực khuôn xử lý nắm giữ nhớ đệm L2 cuối trở nên lớn đơn vị xử lý xử lý, bạn thấy qua hình ảnh khn xử lý Wolfdale Và với kết trên, xử lý bốn nhân Penryn có nhớ đệm L2 lên đến 12MB, với 6MB cho cặp lõi Hay nói cách khác, khơng có thay đổi thiết kế dẫn đến việc phải chuyển sang tiến trình sản xuất Các cặp lõi định vị vị trí khác trao đổi liệu thông qua bus hệ thống nhớ Bộ nhớ đệm Core Extreme QX9650 Bộ nhớ đệm Core Quad Q6600 Bộ xử lý Yorkfield có nhớ đệm lớn 50% với kiểu liên kết cao cấp Chúng có tới 24 đường liên kết nhớ đệm L2 so sánh với 16 đường liên kết hệ trước Như kết quả, Intel hy vọng sử dụng nhớ đệm L2 hiệu trì khả tìm kiếm liệu nhanh Bộ nhớ đệm dòng vi xử lý Penryn cịn có lực chia tải dịng đệm cải tiến Một tải phân tách xảy giá trị liệu đọc phần liệu nằm dòng nhớ đệm phần khác lại nằm dòng nhớ đệm khác Việc đọc liệu từ hai dòng nhớ đệm chậm vài lần so với đọc liệu từ dòng liệu liệu không đặt cách hợp lý Tải chia dòng nhớ đệm cải tiến dòng vi xử lý Penryn cải thiện hiệu cách đáng kể cách gửi theo ước đoán hai nửa tải phân tách trước tải phần lưu trữ khác Điều nâng cao hiệu ứng dụng định có thực quét liệu, ước đốn di chuyển hình ảnh Tập lệnh SSE4 Intel: Dòng vi xử lý Penryn bao gồm tập lệnh Mở rộng Luồng SIMD (SSE4) Intel® Tập lệnh Intel SSE4 cải tiến kiến trúc tập lệnh đáng kể kể từ năm 2001 Tập lệnh mở rộng kiến trúc tập lệnh Intel® 64 để giành ưu q trình sản xuất silicon 45 nm hệ nâng cao hiệu tính kiến trúc Intel® Tập lệnh Intel SSE4 mang lại hiệu cao cho phần mềm SIMD (một lệnh, đa liệu) cho phép vi xử lý Penryn mang lại hiệu hiệu suất lượng cực cao đến cho nhiều phần mềm 32 64 bit Các ứng dụng có lợi từ điều bao gồm ứng dụng đồ họa, mã hóa xử lý video, hình ảnh 3D game Những lệnh mang lại lợi ích cho ứng dụng hiệu cao thuật toán nén âm thanh, hình ảnh liệu với nhiều điều khác Việc triển khai tập lệnh Intel SSE4 dịng Penryn nâng cao hiệu thơng qua: • Bổ sung hỗ trợ hai phép toán nhân số nguyên 32 bit theo vectơ khác • Giới thiệu phép tốn min/max bit khơng dấu, với phiên 16 32 bit có dấu khơng dấu • Giới thiệu tính cải thiện lực trình biên dịch để vec tơ hóa số ngun mã có độ xác đơn cách hiệu – Trộn, Kiểm thử Làm tròn, mở rộng dấu/số không, thay trực tiếp phép toán phức tạp – Chèn, Tách khối cấu thành để thu thập (tìm kiếm) phát tán, kéo tải kéo lưu trữ • Bổ sung phép tốn đặc trưng cung cấp lợi ích cấp độ ứng dụng trong: o Các chức tăng tốc độ mã hóa video o Phép nhân dấu phẩy động (rất quan trọng game tạo nội dung 3D) o Lệnh tải luồng (rất quan trọng xử lý video, hình ảnh ứng dụng chia sẻ liệu xử lý đồ họa vi xử lý) 0digg ... việc chuyển từ công nghệ 90nm sang công nghệ 65nm Và với hai năm sau, Intel thay đổi công nghệ 65nm công nghệ 45nm với vi kiến trúc Penryn, hai năm sau bạn lại nhìn thấy vi kiến trúc Penryn lại... cơng nghệ High-k 45nm Intel, họ vi xử lý Penryn xây dựng tính mang lại hiệu lượng vi kiến trúc Core với hai bổ xung quan trọng: công nghệ tắt nguồn sâu công nghệ tăng tốc độ động Intel Công nghệ. .. vi kiến trúc Penryn: Penryn, dòng vi xử lý dựa công nghệ silicon High-k 45nm Intel, sử dụng cách hiệu bóng bán dẫn bổ sung mà cơng nghệ đóng gói vào chip Họ vi xử lý Intel Core Intel Xeon High-k