Tìm hiểu kiến trúc VXL intel core i3 i5 trên nền Nehalem báo cáo chi tiết

Tìm hiểu kiến trúc VXL intel core i3 i5 trên nền Nehalem báo cáo chi tiết

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Báo cáo: Tìm hiểu kiến trúc VXL Intel Core i3/i5 dựa trên vi kiến trúc Nehalem Giáo Viên HD: TS. Hoàng Xuân Dậu. . Tập đoàn Intel (Integrated Electronics) thành lập năm 1968 tại Santa Clara, California, Hoa Kỳ. Intel sản xuất các sản phẩm như chip vi xử lý cho máy tính, bo mạch chủ, ổ nhớ flash, cạc mạng và các thiết bị máy tính khác. Ban đầu, Intel là nhà sản xuất bộ nhớ SRAM và DRAM và đây là sự kiện tiêu biểu đầu tiên cho các nhà sản xuất chip bộ nhớ sau này. Lịch sử phát triển của CPU: Sự ra đời và phát triển của CPU từ năm 1971 cho đến nay với các tên gọi tương ứng với công nghệ và chiến lược phát triển kinh doanh của hãng Intel: CPU 4004, CPU 8088, CPU 80286, CPU 80386, CPU 80486, CPU 80586, . Core i3, i5, i7. Tóm tắt qua sơ đồ mô tả: Lịch sử phát triển của CPU Cấu tạo của CPU CPU được cấu tạo bởi nhiều bộ phận khác nhau và mỗi bộ phận có chức năng chuyên biệt gồm: Control Unit (CU): Điều khiển các hoạt động bên trong CPU. Đơn vị xử lý logic (ALU): Tính toán số nguyên và các phép toán logic (And, Or, Not, X-or). Đơn vị xử lý số học (FPU): Tính toán số thực. Bộ giải mã lệnh (IDU): Chuyển đổi các lệnh của chương trình thành các yêu cầu cụ thể. Bộ nhớ đệm (Cache): Lưu trữ dữ liệu tạm thời trong quá trình xử lý. Thanh ghi (Register): Chứa thông tin trước và sau khi xử lý. Các bus vào - ra (I/O Bus): Hệ thống đường dẫn tín hiệu kết nối các thành phần của CPU với nhau và với bo mạch chủ (MB). I. Giới thiệu khái quát về Vi xử lý - xuất xử và thông số chính. Intel vừa chính thức công bố thiết kế vi kiến trúc mới nhất, tên mã Nehalem tại diễn đàn phát triển công nghệ Intel (IDF) tổ chức vào tháng 8/2008 tại San Francisco, Mĩ. Mặc dù vài chi tiết đã được dự đoán từ trước đó, lễ ra mắt vẫn khẳng định một Intel đang tiến bước mạnh mẽ khi liên tiếp cho ra đời kiến trúc mới 2 năm/lần. Thay đổi đáng chú ý nhất trong thiết kế vi kiến trúc Nehalem là việc Intel chính thức tích hợp bộ điều khiển bộ nhớ - thành phần "chỉ huy" thông tin ra vào giữa vi xử lý và bộ nhớ RAM của máy tính - vào trong con chip thay vì nằm trên chipset của bo mạch chủ như trước kia. Đây là thay đổi quan trọng, do với tốc độ tính toán ngày càng cao của vi xử lý trung tâm, bất kì chậm trễ nào trong quá trình trao đổi thông tin giữa vi xử lý và bộ nhớ RAM đều gây ảnh hưởng tới hiệu suất hoạt động. Nhờ công nghệ trên, cùng vài cải tiến khác, Intel tuyên bố Nehalem sẽ đọc/ghi dữ liệu từ RAM nhah gấp 3 lần thế hệ trước, giảm tối đa hiện tượng "thắt cổ chai" làm giảm hiệu suất các hệ thống cao cấp. Nehalem cũng sẽ mạnh gấp đôi các "đàn anh" trong tác vụ xử lý đồ hoạ 3 chiều, tận dụng tốt hơn nữa sức mạnh "đa nhân". Tick Tock Tick Tock… Trước tiên, một ý tưởng mới của Intel bắt đầu được họ nhắc đến liên tục trong vài năm gần đây, đó là Tick-Tock. Đây là ý tưởng của Intel về cách mà họ nghiên cứu phát triển và công bố sản phẩm CPU của mình. Theo Intel thì quy trình công bố sản phẩm của họ sẽ như những tiếng tick tock tick tock, ứng với mỗi một lần “tock” Intel sẽ giới thiệu một kiến trúc vi xử lý mới và ứng với mỗi một lần “tick” họ sẽ tinh chỉnh, tối ưu kiến trúc đã được giới thiệu ở lần “tock” trước đó. Lần “tock” đầu tiên của họ là thời điểm họ công bố kiến trúc Core. Tất nhiên, Intel không bắt đầu ý tưởng “tick-tock” của mình bằng một tiếng “tock”. Lần đầu tiên họ “tick” với Presler, Yonah và Dempsey, nhưng vì đây là lần đầu tiên nhắc đến ý tưởng này, cùng với việc các sản phẩm được giới thiệu không mang ý nghĩa đột phá nhiều lắm về mặt công nghệ, khá nhiều người không rõ về ý tưởng “tick-tock” của Intel bắt đầu từ thời điểm này. Tick-tock-tick-tock… tháng 11 này, Intel sẽ chính thức công bố cung cấp đại trà bộ vi xử lý mới, dựa trên kiến trúc hoàn toàn mới Nehalem và là lần “tock” thứ hai của ý tưởng “tick-tock” này. Và… Nehalem là nhân vật chính của chúng ta trong bài viết này. Mô hình tick tock tương ứng với roadmap của Intel cho tới năm 2010. Tiếp theo Nehalem vào năm 2009 sẽ là Westmere dựa trên công nghệ chế tạo 32nm với những tinh chỉnh kiến trúc dựa trên Nehalem. Sandy Bridge sẽ có mặt vào năm 2010 và là một kiến trúc hoàn toàn mới với công nghệ chế tạo 32nm đã được ứng dụng với Westmere. Nhìn vào hình minh họa trên, bạn có thể thấy Nehalem là một kiến trúc vi xử lý hoàn toàn mới của Intel, dựa trên công nghệ chế tạo 45nm. Thành thực mà nói mô hình này không phải là xa lạ gì đối với ngành công nghiệp chế tạo vi xử lý, nhưng Intel là tập đoàn đầu tiên nhấn mạnh đến nó và thực hiện nó một cách nhiệt tình đến như vậy. Cứ hai năm một lần, vòng quay này của Intel thực sự là chóng mặt. Bằng cách áp dụng mô hình này, Intel tại một thời điểm chỉ cần quan tâm một công tác duy nhất: công tác phát triển kiến trúc mới trong thời điểm này, và thời điểm sau đó thì chỉ quan tâm đến việc tinh chỉnh và sửa lỗi quy trình sản xuất, và vòng quay như vậy cứ thế diễn tiến 2 năm 1 lần. Nhờ đó, Intel giảm thiểu được sự phát sinh những vấn đề tiềm ẩn khi cùng một lúc đưa ra cả kiến trúc xử lý mới hoàn toàn. Khi Nehalem được giới thiệu, Intel có thể yên tâm với công nghệ chế tạo 45nm của mình qua hơn 1 năm ứng dụng để chế tạo Penryn, và lúc đó họ sẽ chỉ cần phải tập trung nghiên cứu và tối ưu Nehalem để sẵn sàng cho lần tick tiếp theo với Westmere. Rất tuyệt phải không? - Một số thông tin về Bộ vi xử lý Intel Core i3 và i5 dựa trên nền tảng kiến trúc Nehalem. Bộ vi xử lý Intel Core i3 + Core i3 là phân khúc thứ 3 của Intel trong kiến trúc Nehalem. Dòng sản phẩm này bao gồm 2 kiểu socket LGA1156 (cho desktop) và PGA988 (cho laptop). Core i3 hỗ trợ DDR3 chạy kênh đôi, tích hợp PCI Express 2.0, sử dụng bus DMI. Tuy nhiên, core i3 không được trang bị tính năng Turbo Boost như trên i5 và i7 trước đó. Một số thông số kỹ thuật chính dành cho Core i3 : • Dựa trên kiến trúc Nehalem của Intel • Sử dụng 64 KB bộ nhớ Cache L1 cho mỗi core • Sử dụng 256 KB bộ nhớ cache L2 cho mỗi core • Dòng sản phẩm dành cho desktop dùng chung 4 MB bộ nhớ chia sẽ cache L3 cho các Core • Dòng sản phẩm dành cho laptop dùng chung 3 MB bộ nhớ chia sẽ cache L3 cho các Core • Là vi xử lý 2 nhân. • Socket 1156 cho desktop và 988 cho laptop • Công nghệ siêu phân luồng Hyper-Threading (HT) • Sử dụng Bus DMI • Tích hợp điều khiển bộ nhớ, chạy Ram đôi, hỗ trợ DDR3-1.066MHz và DDR3-1.333MHz • Tích hợp PCI Express 2.0 • Tích hợp chuyển đổi đồ họa (500MHz cho thiết bị di động và 733MHz cho desktop) • Sử dụng tập lệnh SSE4.2 • Sản xuất trên công nghệ 45 nm Bộ vi xử lý Intel Core i5 + Core i5 là dòng sản phẩm vi xử lý thứ 2 dựa trên kiến trúc Nehalem của Intel được sản xuất trên công nghệ 45nm. Dòng sản phẩm dành cho desktop có socket LGA156, dòng sản phẩm dành cho laptop có socket PGA988. Core i5 hỗ trợ kênh đôi DDR3. Cũng giống như Core i7 trước đó, Core i5 được trang bị hệ thống điều khiển bộ nhớ, kỹ thuật siêu phân luồng, kỹ thuật Turbo Boost và bộ điều khiển đồ họa PCI Express 2.0. Sử dụng hệ thống bus DMI (2GB/s) để liên kết chip cầu bắc đến chip cầu nam. Một số thông số kỹ thuật chính dành cho Core i5 : • Dựa trên kiến trúc Nehalem của Intel • Sử dụng 64 KB bộ nhớ Cache L1 cho mỗi core • Sử dụng 256 KB bộ nhớ cache L2 cho mỗi core • Dùng chung 3-8 MB bộ nhớ chia sẽ cache L3 cho các Core • Có 2 hoặc 4 nhân trong 1 vi xử lý • Công nghệ siêu phân luồng Hyper-Threading (HT) • Sử dụng Bus DMI • Tích hợp điều khiển bộ nhớ, hỗ trợ DDR3 chạy Ram đôi • Tích hợp PCI Express 2.0 • Tích hợp chuyển đổi đồ họa trên 1 số sản phẩm thuộc dòng thiết bị di động • Kỹ thuật Turbo Boost tự động tăng xung khi cần thiết. • Sử dụng tập lệnh SSE4.2 • Sản xuất trên công nghệ 45 nm Các thông số của Core I3, I5 và I7 Ý nghĩa của ký hiệu bằng chữ cái trong Core I đời 1: II. Kiến trúc vi xử lý. Hiện tại, Intel có khá nhiều dòng BXL Core i khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu từ phổ thông đến cao cấp.Kể từ khi kiến trúc Nehalem thay thế kiến trúc Core 2, Intel đã liên tục cho ra đời nhiều dòng bộ xử lý (BXL) dựa trên nền tảng này với những cách đặt tên hoàn toàn mới.Cấu trúc Nehalem cũng được xây dựng trên quy trình 45nm tương tự như Penryn (Penryn là CPU dual core dành cho mobile, support SSE4. Với công nghệ 45nm, Intel có thể tăng xung clock, tăng dung lượng cache, giảm điện năng tiêu thụ và giảm giá thành sản xuất, được thiết kế để có chất lượng đồ họa tốt hơn, hiệu năng ứng dụng cao hơn, có các khả năng ảo hóa đa dạng. Ngoài ra Penryn là những BXL đầu tiên sử dụng transistor “high-k metal-gate”, không chứa chì và không có cả halogen nữa khiến chúng thân thiện môi trường hơn). 2.1. Sơ đồ khối Nehalem và các thành phần chính. Trong đó : - Quickpath interconmect :Tuyến bus giao tiếp với chipset. - DDR3 Memory controller :Bộ điều khiển bộ nhớ. - Common L3 cache :Cache chung L3. - Private L2 cache :Cache riêng L2. - Quadruple associative instruction cache 32k byte,128 entry TLB-4K, 7 TLB-2/4M per thread : Cache lệnh 32k byte ,128 đường vào TLB,7 TLB-2/4M mỗi chủ đề. - Prefetch Buffer(16 bytes) : Bộ đệm tiền nạp của CPU(16 bytes). - Predecode & instruction queue 18x86 instruction length decoder: Mạch logic và lệnh hàng đợi 18x86 lệnh giải mã. - Branch Prediction global bimodal loop,indirect jmp : dự đoán rẽ nhánh vòng lặp và lệnh nhảy. - Loop steam decoder : Bộ lặp giải mã. - Retirement register file : Thanh ghi lưu trữ hoạt động bộ nhớ đệm. - Decoder instruction queue : Giải mã lệnh hàng đợi. - MicroOp fusion : Vi lệnh liên hợp. - Register allocation table : Thanh ghi bảng phân bổ. - Reorder buffer (128 entry) fused : Sắp xếp lại bộ đệm (128 lối vào) hợp nhất. - Micro instruction sequencer : Vi lệnh tuần tự. - Store Address Unit : Đơn vị lưu trữ địa chỉ. - Load Address Unit : Đơn vị nạp địa chỉ. - Store data Unit : Lưu trữ dữ liệu. - Memmory Order Bufer : Bộ đếm sắp xếp thứ tự bộ nhớ lưu trữ. Chức năng của từng khối : 256K bytes,8 way,64 Bytes cacheline private L2 cache: . NGHỆ THÔNG TIN Báo cáo: Tìm hiểu kiến trúc VXL Intel Core i3/ i5 dựa trên vi kiến trúc Nehalem Giáo Viên HD: TS. Hoàng Xuân Dậu. . Tập đoàn Intel (Integrated. i3 và i5 dựa trên nền tảng kiến trúc Nehalem. Bộ vi xử lý Intel Core i3 + Core i3 là phân khúc thứ 3 của Intel trong kiến trúc Nehalem. Dòng sản phẩm này