Báo cáo Công nghệ Chip

Lịch sử, công nghệ NetBurst, công nghệ Intel Core và ứng dụng của chúng trong các dòng Chip của Intel cũng như các công nghệ mới nhất sử tích hợp trong Chip.

1 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với tốc độ phát triển mạnh mẽ điện tử công nghệ thông tin, hàng loạt sản phẩm công nghệ cao đời Những thiết bị góp phần nâng cao đời sống cho người chúng có ý nghĩa lớn cánh mạng công nghệ Các thiết bị Chip công nghệ chế tạo chúng, chúng thành cơng nghệ bán dẫn tích hợp, với vẻ bề nhỏ bé Chip, vi xử lý lại có sức mạnh khơng “nhỏ” chút Chúng làm việc mà người ngần khó làm làm Chip vi xử lý chúng trái tim óc máy tính trái tim óc nguời điều khiển hoạt động, tiếp nhận thông tin…để xử lý đưa cho kết mong đợi Trong báo cáo em tập trung tìm hiểu lịch sử, cơng nghệ NetBurst, cơng nghệ Intel Core ứng dụng chúng dịng Chip Intel cơng nghệ sử tích hợp Chip Nội dung báo cáo chia phần: Phần I CƠNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP Chia làm chương: Chương Khái niệm lịch sử chip-vi mạch tích hợp Trình bày khái niệm chip lịch sử phát triển chip-vi mạch tích hợp Chương Mơ hình phát triển cho hệ thống tích hợp vi mạch Trình bày khái niệm SoC, NoC mơ hình phát triển chip hệ thống tích hợp Phần II TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ CHIP CỦA INTEL Chia làm chương Chương Khái qt dịng Chip cơng nghệ tích hợp Chip Intel Trình bày sơ lược lịch sử dịng Chip cơng nghệ chế tạo Chip Intel Chương Nền tảng Chip sử dụng công nghệ Intel Trình bày số tảng chip tích hợp sử dụng cơng nghệ Intel PHẦN I CHƯƠNG CƠNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ CỦA CHIP-VI MẠCH TÍCH HỢP 1.1 Khái niệm Chip-vi mạch tích hợp 1.1.1 Khái niệm Chip Chip vi mạch điện tử tích hợp cấu tạo để thực chức cụ thể sử dụng cho nhiều mục đích khác 1.1.2 Khái niệm Chipset Chipset nhóm Chip làm việc đơn vị độc lập để thực hay nhiều chức có liên quan đến Ví dụ: - Modem chipset bao gồm tất mạch tích hợp đảm nhận việc truyền nhận thông tin - Chipset Intel 850 dùng để điều khiển bo mạch hệ thống dùng cho CPU Pentium4 (Pemtium motherboard) Nó bao gồm : + Chip điều khiển nhập xuất hệ thứ (ICH2 - I/O Controller Hub) hỗ trợ: cổng USB + Kênh âm AC'97 + Giao tiếp mạng tích hợp 10/100 Mbps + kênh ATA-100 + Kênh giao tiếp CNR + Các cổng giao tiếp chuẩn 64-bit PCI + Chip điều khiển truy cập nhớ (MCH - Memory Controller Hub) hỗ trợ : khe cắm RDRAM cho phép tốc độ truyền liệu CPU nhớ đạt tới 3.2 Gigabytes/s Kênh truyền AGP 4X điều khiển MCH cho phép chuyển giao liệu trực tiếp card hình nhớ với tốc độ lên tới Gigabytes/s Hình 1.1: Chipset Intel 850 1.2 Lịch sử hình thành phát triển Chip-vi mạch tích hợp Sự hình thành phát triển chíp gắn liền với hình thành, phát triển cơng nghệ bán dẫn, phát transistor tính nó, nên tìm hiểu vấn đề ta tìm hiểu đời phát triển công nghệ bán dẫn: - Năm 1947, J.Bardeen & W.Brattain (AT&T Bell., USA ) phát minh “Point Contact Transistor” đột phá nỗ lực tìm thiết bị thay cho ống chân khơng Dịng điện vào ( Bên trái hình tam giác ) truyền qua lớp dẫn điện bề mặt Germanium khuếch đại thành dịng ( bên phải hình tam giác ) Sở dĩ thiết bị khuếch đại dòng điện có tên TRANSISTOR loại điện trở ( Resistor) hay bán dẫn có khả truyền điện ( TRANfer) Hình 1.2: thí nghiệm phát minh Transistor - Năm 1950, W.Shockley ( AT&T Bell Lab, USA) phát minh transistor kiểu tiếp hợp Đây mơ hình loại Bipolar transistor sau Hình 1.3: Transistor kiểu tiếp hợp - Năm 1958, J.Kilby ( Texas Instruments, Mỹ) phát minh mạch IC (Integrated circuit ) đầu tiên, mở đầu cho thời kỳ hoàng kim vi điện tử Điểm quan trọng phát minh Kilby ý tưởng việc tích hợp thiết bị điện tử (điện trở, transistor, condenser) lên bề mặt silicon - Năm 1959, J Hoerni R Noyce ( Fairchild, Mỹ) thành công việc tạo transistor mặt phẳng silicon Hình transistor với cực ( base, emitter, colector) nằm mặt phẳng Hình 1.4: Transistor với cực ( base, emitter, colector) - Năm 1961, J Hoerni R Noyce tạo mạch flip-flop ( với transistor điện trở) mặt silicon - Năm 1970, G.-E Smith W.-S Boyle ( AT&T Bell Lab., USA) tạo mạch CCD 8-bit Hình 1.5: CCD 8-bit - Năm 2004, công ty Intel Mỹ chế tạo chip Pentium với 42 triệu trasistor Hình 1.6: Chip Pentium Intel - Năm 2005, ê kíp liên kết IBM, Sony, Sony Computer Entertainment, Toshiba giới thiệu Chip CELL đa lõi ( multi-core), hoạt đọng với tốc độ GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 Gflop - Năm 2008 Intel trình làng Chip chứa tỷ transistor Vậy với khoảng nửa kỷ kể từ ngày Kilby đề xuất ý tưởng IC, Ngành công nghệ vi mạch đạt thành tựu rực rỡ Sự tăng trưởng tốc độ chóng mặt ngành cơng nghệ vi mạch chìa khố quan trọng bậc cách mạng công nghệ thông tin ngày CHƯƠNG MƠ HÌNH PHÁT TRIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TÍCH HỢP TRÊN VI MẠCH 2.1 KHÁI NIỆM SYSTEM-ON-A-CHIP VÀ NETWORK-ON-CHIP 2.1.1 Khái niệm System-on-a-Chip System-on-a-Chip ( SoC ) hệ thống vi mạch xây dựng ý tưởng tích hợp tất thành phần hệ thống máy tính lên vi mạch đơn ( hay gọi chip đơn ) Hệ thống SoC bao gồm khối chức số, tương tự, tín hiệu kết hợp ( mixed-signal ) khối tần số radio ( RF ) Hệ thống vi mạch đơi cịn gọi hệ thống đơn chip hay hệ thống “sốc” (SoC) 2.1.2 Khái niệm Network-on-Chip Network-on-Chip ( NoC ) tạm dịch nghĩa “Mạng vi mạch”, khái niệm dùng để loại kiến trúc truyền thơng vi mạch dựa ý tưởng tích hợp kiến trúc mạng máy tính lên vi mạch đơn 2.2 MƠ HÌNH PHÁT TRIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TÍCH HỢP TRÊN VI MẠCH Cơng nghệ tích hợp vật liệu bán dẫn không ngừng cải tiến nhờ Định luật Moore (số lượng transistors đơn vị inch vuông tăng lên gấp đôi sau hai năm) Sự tiến nhanh chóng cơng nghệ tích hợp bán dẫn cho phép nhà thiết kế xây dựng hệ thống hoàn chỉnh vi mạch hình thành thuật ngữ "hệ thống vi mạch" (SoC: System-on-Chip) Hệ thống SoC biết đến phương pháp thiết kế cho phép tích hợp khoảng vài chục IPs vi mạch với khoảng vài chục triệu transistors Hiện khả tích hợp lớn cho phép vi mạch vào khoảng tỷ transistors (theo Intel) Với số lượng lớn transistor vi mạch cho phép nhà thiết kế tích hợp nhiều đơn vị tính tốn, cịn gọi IP (Intellectual Property), vào hệ thống SoC Các khối tính tốn xử lý (processors), xử lý tín hiệu số (DSP), mã hố giải mã, nhớ RAM/ROM, hay đơn vị xử lý vào/ra (Ethernet, Bluetooth),… Với số lượng lớn IP tích hợp lên hệ thống SoC, phương thức truyền thông truyền thống kết nối điểm–điểm, kết nối bus chung khơng cịn đáp ứng nhu cầu truyền thông vi mạch lớn Nhằm đáp ứng nhu cầu truyền thông ngày cao khối tính tốn chip, kiến trúc truyền thông bus phân tầng (hierarchical bus) đề xuất nhanh chóng đưa vào ứng dụng cho hệ thống SoC phức tạp Kiến trúc bus phân tầng sử dụng bus cục để thực truyền thơng IP gần có lưu lượng truyền thông qua lại cao Việc truyền thông IP bus khác thực thông qua cầu nối bus (bus bridge) Tuy nhiên, giải pháp tạm thời kiến trúc truyền thông giải phần nhu cầu truyền thông vi mạch khơng thể giải triệt để tốn truyền thơng hệ thống SoC phức tạp Hình mô tả hệ thống SoC với kiến trúc truyền thơng tích hợp bao gồm bus, bus phân tầng kết nối điểm–điểm Hình 2.1: Kiến trúc hệ thống SoC điển hình Để giải vấn đề truyền thông vi mạch lớn, phương thức truyền thông dựa ý tưởng mạng internet đề xuất vào khoảng năm 2000, gọi mô hình mạng vi mạch (NoC: Network-on-Chip), 10 Với Intel 386, lần PC tỏ hữu ích thực Intel 386 xử lý 32-bit dành cho máy tính cá nhân Nó tương thích với loại card 32-bit, hỗ trợ tối đa tới 4GB nhớ thực 64TB (terabyte) nhớ ảo Intel 386 có nhiều phiên bản, với tốc độ dao động khoảng từ 12,5MHz tới 33MHz - Intel 486 – 1991 (120MHz) Là hệ dòng chip Intel, 486 mang đến khả xử lý cao hẳn so với loại chip trước Tốc độ Intel 486 120MHz, dùng cho số hệ thống - Pentium Pentium nói dịng chip đa dạng nay, có nhiều phiên với tốc độ khác Pentium có nhiều đột phá mang tính “cách mạng”, kèm với lớn mạnh Intel nhiều năm qua + Pentium Pro 1995-1997 (150MHz-200MHz) Được sử dụng cho dịng máy tính để bàn máy chủ cao cấp, Pentium Pro tăng khả hỗ trợ tối đa nhớ từ 4GB lên 64GB Pentium Pro có cache L2 từ 512KB 1MB; sử dụng bus hệ thống 60MHz 66MHz; chứa 5,5 tới 62 triệu transitor Pentium Pro chế tạo công nghệ vi xử lý 350nm + Pentium MMX 1997-1999 (233MHz-300MHz) Số lượng transitor Pentium MMX 4,5 triệu; chế tạo công nghệ vi xử lý 350nm (đối với phiên dành cho máy tính đề bản), 250nm (đối với phiên dành cho thiết bị di động) + Pentium II 1997-1999 (233MHz-450MHz) Pentium II có bus hệ thống 66MHz 100MHz Các model Pentium II dành cho máy tính để bàn có 7,5 triệu transistor với 512KB cache L2 ; phiên dành cho thiết bị di động có 27,4 triệu transistor với 256KB cache L2 + Pentium II Xeon 1998-1999 (400MHz-450MHz) Chủ yếu sử dụng cho dòng máy chủ cao cấp “2-way” “4-way”, Pentium II Xeon có 100MHz bus hệ thống cache L2 từ 512KB - 2MB + Pentium III 1999-2001 (500MHz-1,13GHz) 13 Pentium III công bố giai đoạn 1999-2001 Bộ vi xử lý có bus hệ thống 100MHz 133MHz; 512KB 256KB cache L2 Phụ thuộc vào model mà Pentium III có từ 9,5 – 28 triệu transitor Pentium III sản xuất công nghệ vi xử lý 250nm 180nm + Pentium III Xeon 1999-2001 (500MHz-933MHz) Cũng công bố thời kỳ 1999-2001, Pentium III Xeon chủ yếu dành cho loại máy chủ từ “2-way” tới “8-way” Xeon thường có cache tối đa lên tới 2MB + Pentium 2000 (1,4-3,4GHz) Là kiến trúc Pentium giới thiệu từ năm 2000, Pentium IV bắt đầu với 400MHz bus hệ thống 256KB cache L2 (sau tăng lên 800MHz 2MB) Những phiên Pentium IV có 42 triệu transitor, chế tạo cơng nghệ vi xử lý 180nm - Pentium M Là phần nhãn hiệu Centrino dành cho chủng loại máy tính xách tay, Pentium M có phiên bản: “Banias” “Dothan” Banias tên mã Pentium M giới thiệu năm 2003 với tốc độ 1,6MHz - tương đương với hiệu suất Pentium IV “Northwood” 2,4MHz Trong đó, “Dothan” hệ thứ hai Pentium M, giới thiệu năm 2004 với nhiều phiên bản: Pentium M 715 (1,5 GHz), 725 (1,6 GHz), 735 (1,7 GHz), 745 (1,8 GHz), 755 (2 GHz), and 765 (2,1 GHz) “Dothan” chế tạo công nghệ vi xử lý 90nm, hỗ trợ chuẩn PCI Express, Serial ATA Gigabit Ethernet - Pentium D Pentium D series gồm nhiều xử lý với phiên (tên mã “Smithfield”) Intel giới thiệu hồi cuối tháng 5/2005 vừa qua Pentium D tích hợp chip Pentium IV Prescott silicon đơn (hay gọi với tên “chip lõi kép”) Pentium D dòng chip “lõi kép” dành cho máy tính để bàn có tốc độ: 2,8GHz, 3GHz, 3,2GHz Dịng chip khơng hỗ trợ cơng nghệ siêu phân luồng (HT), hay giai đoạn 14 - Pentium Extreme Edition Pentium Extreme Edition (EE)cũng chip lõi kép lại xây dựng lõi “Smithfield” (phiên đầu Pentium D) Pentium EE hỗ trợ công nghệ HT, có xử lý logic Tốc độ Pentium EE 3,8GHz, 3.2 CÔNG NGHỆ VI KIẾN TRÚC NETBURST VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC DÒNG CHIP CỦA INTEL 3.2.1 Giới thiệu công nghệ vi kiến trúc NetBurst Intel Công nghệ vi kiến trúc NetBurst Intel ứng dụng rộng rãi dòng Chip Intel, xuất lần 11 năm 2000 xử lý Pentium IV Và cơng nghệ hoàn toàn so với Chip xử lý cũ (Pentium II, Pentium III Celeron sử dụng vi kiến trúc P6) Đặc điểm đáng kể vi kiến trúc NetBurst áp dụng số công nghệ bật như: - Hyper Pipelined Technology (HPT): mở rộng số hàng lệnh xử lý - Execution Trace Cache (ETC): tránh tình trạng lệnh bị chậm trễ chuyển từ nhớ đến CPU, - Rapid Execution Engine tăng tốc đồng xử lý toán học, bus hệ thống (system bus) 400 MHz 533 MHz Các công nghệ Advanced Transfer Cache, Advanced Dynamic Execution, Enhanced Floating point Multimedia Unit, Streaming SIMD Extensions (SSE2), cải tiến nhằm tạo xử lý tốc độ cao hơn, khả tính tốn mạnh hơn, xử lý đa phương tiện tốt 3.2.2 Ứng dụng công nghệ vi kiến trúc NetBurst vào dòng Chip Intel 3.2.2.1 Pentium IV Pentium IV (tên mã Willamette) xuất cuối năm 2000 đặt dấu chấm hết cho "triều đại" Pentium III Willamette sản xuất công nghệ 180 nm, có 42 triệu transistor (gấp đơi so với Pentium III), bus hệ thống (system bus) 400 MHz, nhớ đệm tích hợp L2 256 KB, socket 423 478 Pentium IV Willamette có số tốc độ 1,3GHz;1,4GHz;1,5GHz;1,6GHz;1,7GHz; 1,8GHz; 1,9GHz; 2,0 GHz 15 Ghi chú: - Socket 423 xuất khoảng thời gian ngắn, từ tháng 11 năm 2000 đến tháng năm 2001 bị thay socket 478 - Xung thực (FSB) Pentium IV 100 MHz với công nghệ Quad Data Rate cho phép xử lý truyền bit liệu chu kỳ, nên bus hệ thống xử lý 400 MHz 3.2.2.2 Pentium Northwood Xuất vào tháng năm 2002, sản xuất cơng nghệ 0,13 µm, có khoảng 55 triệu transistor, nhớ đệm tích hợp L2 512 KB, socket 478 Northwood có dịng gồm Northwood A (system bus 400 MHz), tốc độ 1,6GHz, 1,8GHz, 2,0GHz, 2,2GHz, 2,4GHz, 2,5GHz, 2,6GHz 2,8 GHz Northwood B (system bus 533 MHz), tốc độ 2,26 GHz, 2,4 GHz, 2,53 GHz, 2,66 GHz, 2,8 GHz 3,06 GHz (riêng 3,06 GHz có hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading - HT) Northwood C (system bus 800 MHz, tất hỗ trợ HT), gồm 2,4 GHz, 2,6 GHz, 2,8 GHz, 3,0 GHz, 3,2 GHz, 3,4 GHz 3.2.2.3 Bộ xử lý Celeron Bộ xử lý Celeron thiết kế với mục tiêu dung hịa cơng nghệ giá cả, đáp ứng yêu cầu phổ thông truy cập Internet, Email, chat, xử lý ứng dụng văn phòng - Celeron Willamette 128: sản xuất 2002, "rút gọn" từ Pentium IV Willamette, sản xuất công nghệ 180 nm, nhớ đệm L2 128 KB, bus hệ thống 400 MHz, socket 478 Celeron Willamette 128 hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2 Một số xử lý thuộc dòng Celeron 1.7 (1,7 GHz) Celeron 1.8 (1,8 GHz) - Celeron NorthWood 128: "rút gọn" từ Pentium IV Northwood, cơng nghệ 130 nm, nhớ đệm tích hợp L2 128 KB, bus hệ thống 400 MHz, socket 478 Celeron NorthWood 128 hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, gồm Celeron 1.8A, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 tương ứng với tốc độ từ 1,8 GHz đến 2,8 GHz 16 - Celeron D (Presscott 256): xây dựng từ tảng Pentium IV Prescott, sản xuất cơng nghệ 90nm, nhớ đệm tích hợp L2 256 KB (gấp đơi dịng Celeron NorthWood), bus hệ thống 533 MHz, socket 478 775LGA Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, Celeron D hỗ trợ tập lệnh SSE3, số phiên sau có hỗ trợ tính tốn 64 bit Celeron D gồm 310, 315, 320, 325, 325J, 326, 330, 330J, 331, 335, 335J, 336, 340, 340J, 341, 345, 345J, 346, 350, 351, 355 với tốc độ tương ứng từ 2,13 GHz đến 3,33 GHz 3.2.2.4 Pentium IV Extreme Edition Pentium IV Extreme Edition (P4EE) xuất vào tháng năm 2003, xử lý Intel "ưu ái" dành cho game thủ người dùng cao cấp P4EE xây dựng từ xử lý Xeon dành cho máy chủ trạm làm việc Ngồi cơng nghệ HT "đình đám" thời giờ, điểm bật P4EE bổ sung nhớ đệm L3 MB Phiên P4 EE (nhân Gallatin) sản xuất công nghệ 130 nm, nhớ đệm L2 512 KB, L3 MB, bus hệ thống 800 MHz, sử dụng socket 478 775LGA, gồm P4 EE 3.2 (3,2 GHz), P4 EE 3.4 (3,4 GHz) 3.2.2.5 Pentium Prescott Xuất năm 2004 Pentium Prescott Là xử lý Chip Intel sản xuất theo công nghệ 90 nm, sử dụng vi kiến trúc NetBurst 64 bit (Extended Memory 64 Technology - EM64T) kích thước vi mạch giảm 50% so với Pentium IV Willamette Điều cho phép tích hợp nhiều transistor kích thước (125 triệu transistor so với 55 triệu transistor Pentium IV Northwood), tốc độ chuyển đổi transistor nhanh hơn, tăng khả xử lý, tính tốn Dung lượng nhớ đệm tích hợp L2 2M Pentium IV Prescott gấp đôi so với Pentium Northwood Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, Prescott bổ sung tập lệnh SSE3 giúp ứng dụng xử lý video game chạy nhanh hơn, công nghệ siêu phân luồng HT khả tính tốn 64 bit, Prescott 2M (trừ BXL 620) có hỗ trợ cơng nghệ Enhanced SpeedStep để tối ưu tốc độ làm việc nhằm tiết kiệm điện Các xử lý 6x2 có thêm cơng nghệ ảo hóa (Virtualization Technology) Prescott 2M có số tốc độ Pentium IV HT 620 (2,8 GHz), 630 (3,0 GHz), 640 (3,2 GHz), 650 (3,4 GHz), 660, 662 (3,6 GHz) 17 670, 672 (3,8 GHz) Đây giai đoạn "giao thời" socket 478 - 775LGA, system bus 533 MHz - 800 MHz - Pentium Prescott A: tốc độ xung nhịp (FSB) 533 MHz có tốc độ 2,2GHz, 2,4GHz, 2,66GHz, 2,8GHz ( cho socket 478), Prescott 505 (2,66 GHz), 505J (2,66 GHz), 506 (2,66 GHz), 511 (2,8 GHz), 515 (2,93 GHz), 515J (2,93 GHz), 516 (2,93 GHz), 519J (3,06 GHz), 519K (3,06 GHz) sử dụng socket 775LGA - Pentium Prescott E, F: Xuất xưởng năm 2004, có nhớ đệm L2 MB (các phiên sau mở rộng MB), bus hệ thống 800 MHz Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3 tích hợp, Prescott E, F cịn hỗ trợ cơng nghệ siêu phân luồng, số phiên sau có hỗ trợ tính tốn 64 bit - Dịng sử dụng socket 478 gồm Pentium IV HT 2.8E (2,8 GHz), 3.0E (3,0 GHz), 3.2E (3,2 GHz), 3.4E (3,4 GHz) Dòng sử dụng socket 775LGA gồm Pentium HT 3.2F, 3.4F, 3.6F, 3.8F với tốc độ tương ứng từ 3,2 GHz đến 3,8 GHz, Pentium IV HT 517, 520, 520J, 521, 524, 530, 530J, 531, 540, 540J, 541, 550, 550J, 551, 560, 560J, 561, 570J, 571 với tốc độ từ 2,8 GHz đến 3,8 GHz 3.2.2.6 Pentium D Pentium D (tên mã Smithfield, 8xx) xuất năm 2005 dùng xử lý lõi kép (dual core) Intel, cải tiến từ P4 Prescott nên gặp số hạn chế tượng thắt cổ chai băng thông xử lý mức 800 MHz (400 MHz cho lõi), điện tiêu thụ cao, tỏa nhiều nhiệt Smithfield sản xuất cơng nghệ 90nm, có 230 triệu transistor, nhớ đệm L2 MB (2x1 MB, không chia sẻ), bus hệ thống 533 MHz (805) 800 MHz, socket 775LGA Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, Smithfield trang bị tập lệnh mở rộng EMT64 hỗ trợ đánh địa nhớ 64 bit, công nghệ Enhanced SpeedStep (830, 840) Một số BXL thuộc dòng Pentium D 805 (2,66 GHz), 820 (2,8 GHz), 830 (3,0 GHz), 840 (3,2 GHz) Cùng sử dụng vi kiến trúc NetBurst, Pentium D (mã Presler, 9xx) Intel thiết kế công nghệ 65nm, 376 triệu transistor, nhớ đệm L2 MB (2x2 MB), hiệu cao hơn, nhiều tính tốn điện Smithfield 18 Pentium D 915 920 tốc độ 2,8 GHz, 925 930 (3,0GHz), 935 940 (3,2 GHz), 945 950 (3,4 GHz), 960 (3,6GHz) Presler dịng 9x0 có hỗ trợ Virtualization Technology 3.2.2.7 Pentium Extreme Edition Pentium Extreme Edition (PEE) dùng xử lý lõi kép dành cho game thủ người dùng cao cấp Pentium EE sử dụng nhân Smithfield, Presler Pentium D Smithfield sử dụng cơng nghệ 90nm, nhớ đệm L2 mở rộng đến MB (2x1 MB), hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, công nghệ HT, Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST) EM64T Pentium 840 EE (3,20 GHz, bus hệ thống 800 MHz, socket 775LGA) BXL thuộc dòng Pentium EE Presler sử dụng công nghệ 65 nm, nhớ đệm L2 mở rộng đến MB (2x2 MB), hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, công nghệ HT, Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST), EM64T Virtualization Technology Một số BXL thuộc dòng Pentium EE 955 (3,46GHz) Pentium EE 965 (3,73GHz) có bus hệ thống 1066 MHz, socket 775 3.3 CÔNG NGHỆ VI KIẾN TRÚC INTEL CORE CỦA INTEL 3.3.1 Đặc điểm công nghệ vi kiến trúc Intel Core Tại diễn đàn IDF đầu năm 2006, Intel giới thiệu vi kiến trúc Intel Core có đặc điểm trội so với vi kiến trúc Intel hai nhân tại, năm cải tiến quan trọng vi kiến trúc Core Mở Rộng Thực Thi Động (Wide Dynamic Execution), Quản Lý Điện Năng Thông Minh (Intelligent Power Capability), Đệm Thông Minh Tiên Tiến (Advanced Smart Cache), Truy Xuất Bộ Nhớ Thông Minh (Smart Memory Access) Tăng Tốc Phương Tiện Số Tiên Tiến (Advanced Digital Media Boost) Những cải tiến tạo BXL mạnh hơn, khả tính tốn nhanh giảm mức tiêu thụ điện năng, tỏa nhiệt so với kiến trúc NetBurst Sau ta xét đặc điểm để làm rõ điều 3.3.1.1 Wide Dynamic Execution - Mở rộng thực thi động Thực thi động kết hợp nhiều kỹ thuật (phân tích luồng liệu, thực thi suy đoán, thực thi phi thứ tự, ) Intel thực vi kiến trúc P6 gồm 19 xử lý Pentium Pro, Pentium II, Pentium III Trong vi kiến trúc NetBurst sau đó, Intel đưa chế Thực Thi Động Tiên Tiến (Advanced Dynamic Execution) thiết kế sâu hơn, tiên đoán xa cải tiến giải thuật tiên đoán nhánh lệnh để giảm bớt trường hợp tiên đoán sai Trong kiến trúc Core, hàng lệnh thực thi thiết kế dài (14 khâu) giúp tiên đốn nhánh lệnh xác có đến hàng lệnh thực thi lúc (Intel Mobile NetBurst trước thực thi lúc ba hàng lệnh) Một tính khác góp phần rút ngắn thời gian thực thi lệnh macrofusion Trong trình giải mã lệnh, số cặp vi lệnh thông dụng (như lệnh compare (so sánh) kèm lệnh jump (nhảy) có điều kiện) macrofusion ghép thành vi lệnh Bộ Luận Lý Tóan Học (Arithmetic Logic Unit-ALU) vi kiến trúc Core thiết kế để thực thi lệnh kết hợp theo chế macrofusion xung nhịp, giúp rút ngắn đáng kể thời gian thực thi (so với chưa kết hợp) đồng nghĩa giảm lượng Trong Intel Core, bạn bắt gặp lại kỹ thuật tiết kiệm lượng thời gian micro-op fusion dùng xử lý Pentium M Thông thường, lệnh thực thi (macro-op) thường chẻ nhỏ thành nhiều vi lệnh (micro-op) trước chuyển vào hàng lệnh thực thi vi xử lý Kỹ thuật micro-op giúp tối giản số vi lệnh hàng chờ Trong vi kiến trúc Core, số trường hợp tinh giản vi lệnh mở rộng nhờ hàng lệnh thiết kế 14 khâu (dài trước) Hình 3.1: Quy trình thực lệnh nhân ( nhân xử lý đồng thời hàng lệnh) 20 3.1.2 Intelligent Power Capability - Quản lý điện thông minh Một yếu tố đánh giá hiệu hệ thống điện toán số hiệu năng/điện tiêu thụ Điều có nghĩa cần giảm lượng điện tiêu thụ tăng độ hiệu hệ thống Bên cạnh cải tiến nâng cao hiệu xử lý, Intel Core đồng thời thiết kế Intel Intelligent Power Capability để tiết kiệm điện Công nghệ cho phép Intel thiết kế chế tắt mở cổng luận lý theo yêu cầu Nhờ vậy, vi kiến trúc Core có khả tắt hệ thống vi xử lý không cần dùng đến để tiết kiệm điện năng; đảm bảo kích hoạt cần để khơng ảnh hưởng đến tốc độ chung vi xử lý Bên cạnh đó, nhiều tuyến bus vùng liệu thiết kế tách biệt để đảm bảo truyền tải liệu mức điện áp thấp số trạng thái 3.3.1.3 Advanced Smart Cache – Đệm thông minh tiên tiến Khác với cách thực thông thường, Intel thiết kế vi kiến trúc Core đệm L2 dùng chung cho hai nhân vi xử lý để nâng cao hiệu năng, tăng phần hiệu truy xuất liệu Đơn giản điều, hai nhân thực thi cần sử dụng liệu giống lưu nơi vùng đệm L2 dùng chung không cần phải lưu thành hai hai vùng đệm L2 riêng trước Điều giúp tiết kiệm tài nguyên, rút ngắn thời gian chuyển liệu qua lại hai đệm Cơng nghệ cịn cho phép phân chia động dung lượng vùng đệm theo nhu cầu nhân Khi nhân thứ không cần dùng đến đệm tồn vùng đệm L2 dùng chung chia hết cho nhân thứ hai; ngược lại Điều giúp tăng hiệu sử dụng đệm, tránh trường hợp thiếu đệm, đồng thời tận dụng hiệu tốc độ đáp ứng cao đệm L2 3.3.1.4 Smart Memory Access – Truy xuất nhớ thơng minh Cơng nghệ Intel Smart Memory Access có hai kỹ thuật quan trọng nạp trước liệu (memory disambiguation) nạp lệnh tiên tiến (advanced prefetcher) Kỹ thuật nạp trước liệu có giải thuật đặc biệt để định giá lệnh load (nạp liệu) khơng lệ thuộc thực thi vượt trước lệnh store (lưu liệu) Điều 21 thực thi tinh thần xử lý song song đạt đến mức độ lệnh thực thi vi lệnh nên hỗ trợ đắc lực cho môi trường đa nhiệm, xử lý song song Trong số trường hợp phép nạp "vượt đèn" khơng đúng, Intel tích hợp chế cho phép phát điểm tranh chấp, nhanh chóng nạp lại liệu thực thi lại lệnh Bên cạnh, Intel Smart Memory Access có nạp lệnh (prefetcher) tiên tiến không làm nhiệm vụ nạp liệu vào nhớ mà chuyển liệu sẵn sàng vùng đệm để tận dụng tốc độ truy xuất cao vùng đệm Vi kiến trúc Core tích hợp hai cấp L1 hai cấp L2 với nhiệm vụ đặt liệu lệnh thực thi chưa tức thời lên vùng đệm L1 chuẩn bị sẵn sàng liệu thực thi tức thời vùng đệm L2 3.3.1.5 Advanced Digital Media Boost – Tăng tốc phương tiện số tiên tiến Tăng tốc thực thi lệnh Streaming SIMD Extension (SSE), vi kiến trúc Core trang bị công nghệ Intel Advanced Digital Media Boost hỗ trợ xử lý phép toán SIMD 128bit Trước đây, vi xử lý hỗ trợ phép toán độ dài 64bit nên lệnh SIMD 128bit buộc phải chia đôi xử lý hai xung Công nghệ Intel Advanced Digital Media Boost vi kiến trúc Core xử lý xung nên rút ngắn gấp đôi thời gian xử lý liệu ứng dụng video, âm thanh, đồ họa, dạng liệu dùng tập lệnh SSE, SSE2 SSE3 Khả tính tốn dấu chấm động số nguyên 128 bit giúp nâng độ xác ứng dụng đặc thù xử lý hình ảnh, video, giọng nói, mã hóa, tài chính, kỹ thuật khoa học 3.3.2 Một số xử lý sử dụng công nghệ vi kiến trúc Intel Core 3.3.2.1 Intel Core Duo Intel Core Duo xử lý lõi kép sản xuất công nghệ 65 nm, hỗ trợ SIMD Instructions, công nghệ Virtualization Technology cho phép chạy lúc nhiều hệ điều hành, tăng cường bảo vệ hệ thống trước công virus (Execute Disable Bit), tối ưu tốc độ xử lý nhằm tiết kiệm điện ( Enhanced Intel SpeedStep Technology ), quản lý máy tính từ xa ( Intel Active Management Technology) Ngồi cịn hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3 22 Core Duo (tên mã Conroe) có 291 triệu transistor, nhớ đệm L2 MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA Một số BXL thuộc dòng này: E6600 (2,4 GHz), E6700 (2,66 GHz) Core Duo (tên mã Allendale) E6300 (1,86 GHz), E6400 (2,13 GHz) có 167 triệu transistor, nhớ đệm L2 2MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA E4300 (1,8 GHz) xuất năm 2007 có nhớ đệm L2 MB, bus 800 MHz, không hỗ trợ Virtualization Technology 3.3.2.2 Intel Core Extreme Intel Core Extreme xử lý lõi kép dành cho game thủ sử dụng vi kiến trúc Core, có nhiều điểm giống với xử lý Core Duo công nghệ sản xuất 65 nm, hỗ trợ công nghệ Enhanced Intel SpeedStep Technology, Intel x86-64, Execute Disable Bit, Intel Active Management, Virtualization Technology, Intel Trusted Execution Technology tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSSE3 Core Extreme (tên mã Conroe XE) (tháng năm 2006) với đại diện X6800 2,93 Ghz, nhớ đệm L2 đến MB, bus hệ thống 1066 MHz, socket 775LGA Cuối năm 2006, đường phía trước xử lý tiếp tục rộng mở Intel giới thiệu xử lý nhân (Quad Core) Core Extreme QX6700, Core Quad Q6300, Q6400, Q6600 xử lý nhân vài năm tới Chắc chắn xử lý thỏa mãn nhu cầu người dùng đam mê công nghệ tốc độ 23 CHƯƠNG NỀN TẢNG CHIP SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI CỦA INTEL 4.1 CENTRINO ATOM Centrino Atom tên thay cho dịng Chip Menlow, bao gồm vi xử lý với đồ họa tích hợp, radio khơng dây thiết kế mỏng, nhẹ Centrino Atom đánh dấu mở chip Intel nhằm đáp ứng trào lưu sản xuất máy tính siêu di động Các thiết bị internet di động ( mobile Internet Device – MID) hình cảm ứng hay bàn phím trượt chạy hệ điều hành Linux thay Windows Những xử lý sử dụng quy trình sản xuất công nghệ 45nm Intel, tốc độ xung nhịp 1.8GHz Bộ vi xử lý có kích thước 25mm vuông với lượng nhiệt toả lớn khoảng 0.6 watt đến 2.5 watt Kích thước Atom nói lên điều 2.500 sản phẩm sản xuất Silicon Wafer 300mm Centrino Atom bao gồm vi xử lý đơn nhân Atom, trước gọi Silverthorno Pulsbo chip kết nối khơng dây Pulsbo đóng gói chung chip cầu bắc chip cầu nam nhằm giảm kích thước lượng điện tiêu thụ Không phải tất vi xử lý Atom kèm với Poulsbo mà vài số (được biết đến với tên mã Diamondville) sử dụng chipset “two-chip” Những vi xử lý gồm phiên lõi đơn lõi kép nhắm tới dòng máy tính xách tay giá rẻ Eee PC Asustek 4.2 NỀN TẢNG CHIP MOORESTOWN Nền tảng Moorestown bao gồm hệ thống tích hợp chip (SOC) có tên mã Lincroft nhân chip vi xử lý Atom Hệ thống gồm vi xử lý 45nm, đồ họa, hệ thống điều khiển nhớ hệ thống mã hóa/giải mã video chip hệ thống xuất nhập I/O Hub có tên mã Langwell hỗ trợ nhiều cổng xuất nhập I/O để kết nối với thành phần không dây, lưu trữ hiển thị…Nói cách khác Moorestown hệ dong chip Atom – dòng chip thiết kế riêng cho thiết bị nhỏ gọn giá rẻ phục vụ mục đích trình duyệt Web 24 Hình 4.1: Nền tảng Moorestown gồm thành phần tích hợp chip Nền tảng đánh giá giảm điện nhàn rỗi xuống 10 lần so với MID (Mobile Internet Device - Thiết bị Internet di động) hệ sử dụng vi xử lý Intel Atom Nền tảng Moorestown mở rộng khả kết nối Internet điện thoại thơng minh với thiết bị MID có khả truyền thơng liên lạc Đặc biệt, cịn hỗ trợ hỗ trợ loạt công nghệ không dây 3G, WiMAX, WiFi, GPS, Bluetooth TV di động Intel nhiệt tình hậu thuẫn cho phát triển ứng dụng WiMAX coi lựa chọn tốt cho hệ thống mạng dịch vụ băng rộng không dây tương lai Nhưng WiMAX chưa phổ biến phải nhiều thời gian có triển khai ứng dụng thương mại mở rộng diện phủ sóng Việc bổ sung thêm HSPA chứng cho thấy Intel nhận WiMAX chưa thể triển khai rộng rãi sớm chiều người dùng cần có 25 giải pháp kết nối mạng thay giúp họ trì kết nối ngồi vùng phủ sóng WiFi Hotspot Tại Diễn đàn nhà phát triển Intel tổ chức San Francisco (Mỹ) hồi tháng 8-2008 vừa qua, nhà sản xuất Option NV trình diễn mơ-đun HSPA sản xuất riêng cho dòng thiết bị Internet di động tảng Intel Atom 26 KẾT LUẬN Bài báo cáo đây, sau trình tìm hiểu em trình bày số nét lịch sử công nghệ Chip tích hợp vi điên tử, khái niệm hệ thống Chip tích hợp vi mạch phát triển từ hệ thống thành mạng vi mạch tích hợp Cơng nghệ sử dụng Chip hãng sản xuất Chip hàng đầu giới Intel cơng nghệ chế tạo chip sử dụng vi kiến trúc NetBurst Intel Core dòng Chip máy tính Các đặc điểm hai vi kiến trúc NetBurst Intel Core trình bày báo cáo Do thời gian hiểu biết em có hạn vấn đề nên em trình bày nét vấn đề chưa thể sâu phân tích đặc điểm, tính năng, ứng dụng cơng nghệ áp dụng, chưa hiểu rõ số vấn đề nêu báo cáo như: kết nối điểm - điểm, kết nối bus chung, kết nối bus phân tầng mơ hình hệ thống SoC có đặc điểm nào….vv Đến em mong thầy giáo bạn bảo cho em để em hiểu rõ vấn đề Để làm tốt đồ án tốt nghiệp tới Em xin cám ơn!!! 27 ... Trong báo cáo em tập trung tìm hiểu lịch sử, cơng nghệ NetBurst, cơng nghệ Intel Core ứng dụng chúng dòng Chip Intel công nghệ sử tích hợp Chip Nội dung báo cáo chia phần: Phần I CƠNG NGHỆ CHIP. .. tảng Chip sử dụng công nghệ Intel Trình bày số tảng chip tích hợp sử dụng công nghệ Intel PHẦN I CHƯƠNG CƠNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ CỦA CHIP- VI MẠCH TÍCH HỢP 1.1 Khái niệm Chip- vi... chip hệ thống tích hợp Phần II TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ CHIP CỦA INTEL Chia làm chương Chương Khái qt dịng Chip cơng nghệ tích hợp Chip Intel Trình bày sơ lược lịch sử dịng Chip cơng nghệ chế tạo Chip