Tìm hiểu vi xử lý Intel xeon 6000 báo cáo chi tiết

Intel xeon 6000 báo cáo chi tiết

I. Giới thiệu Xeon là một thương hiệu đa xử lý- đa socket của Tập đoàn Intel nhắm mục tiêu vào người tiêu dùng máy chủ, máy trạm và hệ thống nhúng thị trường. Xeon bắt đầu sự nghiệp của nó khi còn là lớp con của Pentium II. Ngày nay, Intel đã xếp Xeon vào lớp Pentium III. BXL Xeon được thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu của dòng máy chủ cao cấp và tầm trung chuyên cung cấp dịch vụ Internet, lưu trữ dữ liệu, tạo nội dung kĩ thuật số thiết kế tự động. Sử dụng Xeon , hệ thống có thể kết hợp 4 hoặc 8 BXL với nhau. Các Xeon thương hiệu đã được duy trì qua nhiều thế hệ bộ vi xử lý x86 và x86- 64 . Các mô hình cũ thêm Xeon biệt danh cuối của tên của bộ vi xử lý máy tính để bàn tương ứng của họ, nhưng các mô hình gần đây đã sử dụng tên Xeon theo tên riêng của riêng mình. Intel Xeon 6000 : Thiết kế cho khối lượng công việc bộ nhớ hạn chế, 2-way, 64- bit máy chủ đa lõi lý tưởng cho máy tính hiệu suất cao và củng cố dự đoán khối lượng công việc máy chủ. *) Đặc điểm : 1 + Với lên đến 8 core và 16 threads cho mỗi socket với Intel ® Hyper-Threading Technology . Intel Xeon đã tăng hiệu suất xử lý với công nghệ sản xuất 45nm và tăng khoảng không cho các ứng dụng đòi hỏi xử lý đa luồng . + Với vi kiến trúc Nahalem được sản xuất với công nghệ 45nm hi-k cho phép thúc đẩy hiệu suất bộ nhớ cache trên nhiều ứng dụng / môi trường của người sử dụng và dữ liệu đòi hỏi khối lượng công việc lớn, cho phép triển khai dữ liệu với mật độ cao. + Với bộ nhớ cache L3 18 MB làm tăng hiệu quả truyền dữ liệu cache - to – core , tối đa hóa băng thông để xử lý bộ nhớ chính . + Intel ® QuickPath Interconnect (Intel ® QPI) cung cấp tốc độ cao (lên đến 25,6 GB / s), kết nối point – to - point giữa các bộ xử lý, cũng như giữa các bộ vi xử lý và I / O hub. II. Kiến trúc vi xử lý : CPU Intel Xeon 6000 hoạt động dựa trên kiến trúc Nahalem. 1.Sơ đồ khối : 2 Khối thực thi : 3 * IEU : Instruction Execution Unit – Khối thực thi chỉ lệnh là nơi các chỉ lệnh thường được thực thi. Cũng được biết đến trong các sách giới thiệu về cấu trúc máy tính với tên ALU (Khối logic số học Arithmetic and Logic Unit). Các chỉ lệnh thông thường này cũng được hiểu là các chỉ lệnh “integer”. * FPU : Floating - Point Unit. Khối này chịu trách nhiệm cho việc thực thi các biểu thức toán học floating-point và cũng cả các chỉ lệnh MMX và SSE. Trong CPU này, các FPU không “ hoàn thiện” vì một số kiểu chỉ lệnh ( FPmov, FPadd và Fpmul ) chỉ được thực thi trên các FPU nào đó: o Fpadd : Chỉ có FPU này mới có thể xử lý các chỉ lệnh cộng floating - point như ADDPS. o FPmul: Chỉ có FPU này mới có thể xử lý các chỉ lệnh nhân floating - point như MULPS o FPmov:Các chỉ lệnh cho việc nạp hoặc c o py một thanh ghi FPU, như MOVAPS (đượcdùng để truyền tải d ữ liệu đến thanh ghi SSE 128-bit XMM). Kiểu chỉ lệnh này có thể được thực thi trên các FPU, nhưng chỉ trên các FPU thứhai và t hứ ba nếu các chỉ lệnh Fpadd hay Fpmul không có trong Reservation Station. 4 * Load : khối này dùng để xử lý các chỉ lệnh yêu cầu dữ liệu được đọc từ bộ nhớ RAM. * Store Address : Khối xử lý các chỉ lệnh hỏi địa chỉ để được ghi tại bộ nhớ RAM. Khối này cũng có tên gọi là AGU (Address Generator Unit ). Kiểu chỉ lệnh này sử dụng cả hai khối Store Address và Store Data tại cùng một thời điểm. * Store Data: Khối này xử lý các chỉ lệnh yêu cầu dữ liệu được ghi vào bộ nhớ RAM. ). Kiểu chỉ lệnh này sử dụng cả hai khối Store Address và Store Data tại cùng một thời điểm. * Branch Unit : Khối xử lý rẽ nhánh hay còn gọi là JEU (Jump Execution Unit). 2. Đặc điểm phần cứng. * Đặc điểm cache Hệ thống cache trong Xeon 6000 được tăng thêm một mức cache L3 có dung lượng lớn (18MB) và dùng chung cho tất cả các nhân. Mỗi nhân còn sở hữu riêng hai cache L1 (32KB) và L2 (32KB, độ trễ thấp hơn 12 chu kỳ và có 8 đường liên kết). Bộ nhớ đệm L3 trong vi xử lí xeon 6000 hoạt động với tần số độc lập và có hệ thống cấp nguồn riêng biệt với các nhân để đảm bảo độ ổn định và giảm xác suất lỗi. Ưu điểm của thiết kế cache L3 này là giúp việc trao đổi dữ liệu giữa các nhân hiệu quả hơn mà không cần thông qua các cache bên trong của mỗi nhân. Tuy nhiên, cache L3 cũng có ảnh hưởng đến hoạt động của cache riêng trong mỗi nhân. Mỗi dòng lệnh trong cache L3 chứa 4 bit đánh dấu nhân nào có chứa bản sao của dòng lệnh đó trong những cache riêng của mình. Cụ thể, khi một nhân truy vấn L3 và “thấy” bit đánh dấu mang giá trị 0 thì sẽ “hiểu” là trong cache riêng của nó chưa có bản sao dòng lệnh đó, và ngược lại, nếu bit đánh dấu mang giá trị 1 thì có khả năng cache riêng của nó đã có bản sao của dòng lệnh đó. Hơn nữa, giao thức truy xuất dữ liệu trong cache của các nhân cũng có sự chuyển biến thành giao thức MESIF (Modified, Exclusive, Shared, Invalid and Forward). Sự phối hợp của những bit đánh dấu và MESIF giúp giảm bớt tần suất truy cập cache của các nhân nên sẽ giải phóng nhiều băng thông hơn cho những dữ liệu thật sự cần thiết trong các cache. * Bộ phận điều khiển bộ nhớ và Bus ngoài Để tăng tốc độ giao tiếp với RAM trong bộ VXL được tích hợp một chip điều khiển bộ nhớ. Chip điều khiển này sẽ chỉ hỗ trợ cho bộ nhớ hiệu năng cao DDR3, cho phép chạy được chế độ bộ nhớ kênh ba (triple channel) thay vì chỉ chạy kênh đôi như hiện 5 nay. Sau khi “loại bỏ” lượng băng thông dùng cho bộ nhớ, tuyến bus được sử dụng trước đây để BXL giao tiếp với chipset (giờ có tên là Intel QuickPath Interconnect - Intel QPI) sẽ trở thành tuyến bus “độc quyền” cho công việc trao đổi giữa BXL và các thiết bị khác trong hệ thống. Intel QPI sẽ gồm hai tuyến truyền nhận dữ liệu hoàn toàn riêng biệt với băng thông trên mỗi đường rất cao. Tuy nhiên, việc mở rộng tuyến bus nói trên đã góp phần làm tăng số lượng chân (pin) giao tiếp trên BXL. Do đó, việc sử dụng socket LGA775 với 775 chân không còn phù hợp. Vì vậy, trên các bo mạch chủ hỗ trợ các BXL nền Nehalem đều được trang bị socket FCLGA1567. *) Cấu hình của bộ vi xử lí Intel Xeon Processor 6000: Công nghệ vi xử lí: 45nm Băng thông dữ liệu: 64 bit Số nhân: 8 Cache mức 1: + 8 x 32 KB instruction caches + 8 x 32 KB data caches  Cache mức 2: 8 x 256 KB  Cache mức 3: 18MB  Đa xử lí: Lên đến 2 vi xử lí  Các tính năng: O MMX intruction set o SSE o SSE2 o SSE3 o Suppelemental SSE3 o SSE4.1 o SSE4.2 o EM64T technology o Virtualization technology (VT-x and VT-d) o Execute Disable bit (giúp chống lại một số virus và mã độc). o RAS with machine check Architechture recovery (phát hiện và báo lỗi phần cứng ) o Hyper-Threading technology ( siêu phân luồng) o Turbo Boost Technology Tính năng tiết kiệm điện Enhanced SpeedStep technology Điều khiển thiết bị ngoại vi: 6 o 2 bộ điều khiển bộ nhớ DDR3 SDRAM tích hợp với 2 kênh đôi mở rộng giao tiếp bộ nhớ trên mỗi bộ điều khiển o Quick Path Interconnect (4 tuyến) o Giao tiếp PCI Express 2.0 3. Một số đặc điểm. Nehalem là bộ vi xử lý có cấu hình từ 2 lõi (Dual-cores) đến 8 lõi (8-cores), và bộ vi xử lý Nehalem đầu tiên dành cho thị trường sẽ có thiết kế 4 lõi (Quad-cores). Kiến trúc Nehalem có nhiều đặc điểm tương tự như kiến trúc Core (Penryn) nhưng đã được bổ sung thêm việc hỗ trợ xử lý 4 lệnh đồng thời (four simultaneous instructions) và 2 đường đa luồng đồng thời (two-way simultaneous multi- threading) hay còn được biết dưới cái tên siêu phân luồng HyperThreading. Ngoài ra Nehalem còn có những đặc điểm mới khác rất ấn tượng như bộ điều khiển khiển bộ nhớ tích hợp, đường kết nối mới tốc độ cao QuickPath, bộ đệm mới Cache L3 và công nghệ quản lý điện năng cho tất cả các lõi. Thiết kế Nehalem được minh họa ở hình trên : mỗi lõi (Core) xử lý có bộ đệm cache L1 và L2 của riêng nó, nhưng chia sẻ chung bộ đệm cấp 3 cache L3 cho tất cả các lõi. Cụ thể như sau : 7 * Dung lượng bộ đệm cache L1 cho mỗi lõi là 32KB - tương như các bộ vi xử lý dựa trên kiến trúc Core hiện nay. * Dung lượng bộ đệm cache L2 cho mỗi lõi là 256KB (độ trễ thấp) * Dung lượng bộ đệm cache L3 8MB chia sẻ cho tất cả các lõi. Nehalem cũng được chế tạo theo kiểu môđun để phù hợp cho những phân khúc thị trường khác nhau với những mức giá cả khác nhau. Chẳng hạn theo hình minh họa ở trên, Intel giới thiệu bộ xử lý Nehalem 4 lõi (quad-core) với bộ đệm cache L3, bộ điều khiển bộ nhớ tích hợp DDR3 và đường kết nối tốc độ cao QPI kênh đơn. Và trường hợp khác đó là bộ xử lý Nehalem 8 lõi (8-cores) và nhiều đường kết nối tốc độ cao QPI dành cho phân khúc thị trường máy chủ (server). 8 Kiến trúc Nehalem được xây dựng dựa trên kiến trúc Core hiện tại trong bộ vi xử lý Core 2 Duo. Kiến trúc mới tăng cường số phép tính trong mỗi xung từ 3 đường (3-way) thành 4 đường (4-way), nó cũng tăng khả năng tính toán song song mạnh hơn kiến trúc Core 33%. Công nghệ Simultaneous Multi-Threading ( SMT) Nehalem cũng sẽ quay về với khái niệm xử lý đa luồng đồng thời (Simultaneous Multi-Threading - SMT). SMT của Nehalem sẽ hiệu quả hơn so với công nghệ siêu phân luồng (HyperThreading) của kiến trúc NetBurst trước đây, để đạt được điều 9 này là do bộ đệm cache lớn hơn và độ trễ thấp của hệ thống bộ nhớ trong kiến trúc mới. Công nghệ Simultaneous Multi-Threading cũng giống như HyperThreading của Pentinum 4 nhưng công nghệ này cho phép một nhân xử lý có thể thực sự xử lý song song các thread do các ứng dụng tạo ra, bằng cách trang bị thêm một số thành phần của nhân xử lý, khiến hệ điều hành nghĩ rằng nó đang làm việc với nhiều nhân xử lý. Như vậy, với một hệ điều hành tương thích bộ xử lý nhiều nhân, nó sẽ sắp xếp để nhiều thread cùng được gửi đến các bộ xử lý “ảo” đó. Về mặt lý thuyết, khi chúng ta chỉ có một nhân xử lý thì nó có xử lý song song được bao nhiêu thread cũng không thể tăng tốc độ xử lý chúng lên được. Tuy nhiên trong thực tế, không phải bất kỳ lúc nào mọi thành phần của nhân xử lý cũng được sử dụng đến, và những thành phần không được sử dụng đến này có thể dùng để xử lý thread thứ hai (hoặc thứ ba, thứ tư…). Công nghệ SMT còn giúp bộ xử lý làm việc hiệu quả hơn bằng cách giảm bớt số lần nhân xử lý phải chuyển qua chuyển lại giữa các thread ‘’song song”. BUS ngoài mới QPI ( QuickPath Interconnect ) QPI thay thế cho FSB cũ của những bộ vi xử lí Intel với tốc độ kết nối cực kì cao . FSB cũ của Intel có tốc độ truyền dữ liệu cao nhất là 1Gtps ( Giga Transfer per second), giao diện băng thông rộng , truyền dữ liệu theo hai hướng ( Bi-Direction ). QPI có tốc độ truyền dữ liệu vài Gtps , giao diện băng thông hẹp , hệ thống truyền tín hiệu theo nhiều hướng khác nhau liên kết kiểu Point – to – Point Thực ra AMD đã sử dụng công nghệ này từ trước, nên chúng ta có thể hiểu tại sao những máy cùng cấu hình thì AMD lại xữ lý nhanh hơn INTEL. Bởi vì AMD đã tích hợp mạch điều khiển Ram,VGA(có dòng không tích hợp VGA) vào trong CPU nên việc truyền tải dữ liệu trực tiếp tới cpu mà không cần phải thông qua chip cầu bắc như INTEL. Tuy nhiên cái giá phải trả cho AMD là rất nóng dẫn đến tuổi thọ CPU thấp hơn của INTEL. Nhìn thấy được khuyết điểm này của AMD, INTEL đã dựa vào đó mà đã cho ra đời công nghệ QPI. INTEL đã bỏ hẳn chíp cầu bắc như AMD nhưng họ dùng cache L2 với dung lượng thấp hơn AMD nhằm khắc phục vấn đề về nhiệt lượng tỏa ra như AMD. Vì thế hiện nay tuy đã cải thiện tốc độ xử lý nhờ công nghệ QPI nhưng với những máy cùng cấu hình thì xử lý về game và đồ họa AMD vẫn nhanh hơn INTEL nhưng AMD vẫn nóng hơn INTEL. 10 . thiệu Xeon là một thương hiệu đa xử lý- đa socket của Tập đoàn Intel nhắm mục tiêu vào người tiêu dùng máy chủ, máy trạm và hệ thống nhúng thị trường. Xeon. nghiệp của nó khi còn là lớp con của Pentium II. Ngày nay, Intel đã xếp Xeon vào lớp Pentium III. BXL Xeon được thiết kế nhằm đáp ứng yêu cầu của dòng máy chủ