Архитектура микропроцессоров семейства Intel

 Р6 поддерживает те же возможности по контролю при помощи функциональной избыточности (FRC) , что и Pentium. Это означает, что в P6 предусмотрена возможность построения систем с параллельным выполнением одних и тех же операций двумя процессорами с взаимным контролем результатов и сообщением об ошибке в случае расхождения. При этом, к сожалению, P6 по-прежнему не сообщает о причине ошибки.

 В модели Р54С процессора  Pentium "Intel" предложила простой и недорогой способ организации двухпроцессорной работы: ведущий и ведомый процессоры используют общий кэш и невидимо для приложений разделяют программу на потоки. Однако использовать такую организацию работы могут лишь многопоточные операционные системы.

 Р6 переводит организацию многопроцессорной работы на новый уровень, соответствующий определенной "Intel" мультипроцессорной спецификации MPS 1.1. Одним из наиболее сложных аспектов симметричной многопроцессорной работы является поддержание кэш-соответствия для всех подсоединенных к отдельным процессорам кэшей.

 Р6 поддерживает кэш-соответствие для вторичного кэша на внутреннем уровне, а внешняя шина P6 выступает как симметричная мультипроцессорная шина.

 Раньше проектировщики  мультипроцессорных систем должны  были создавать собственные шины  для связи процессоров, либо  приобретать лицензию на уже  существующие решения, например  Corollary C-bus II. Теперь средства, реализованные "Intel" в Р6, позволяют объединить четыре процессора в мультипроцессорную систему. Четыре - это предел, обуславливаемый принятой в Р6 логикой арбитража.

 Еще одна проблема  для производителей многопроцессорных  систем на базе Р6 состоит в том, что для эффективной работы таких систем к каждому процессору подключается выделенный кэш, размер которого должен быть больше, чем 256 кб - размер кэша в корпусе Р6. Таким образом, проектировщики высокопроизводительных серверов будут вынуждены использовать внешние контроллеры кэша и дополнительные микросхемы статической памяти.

 Эта проблема будет  разрешена, если "Intel" увеличит размер кэша второго уровня в корпусе Р6, что достижимо либо за счет увеличения размера кристалла, либо за счет перехода к более миниатюрной технологии производства. Сегодня производители, которые хотят строить системы с более чем четырьмя процессорами, должны объединять две или более четырехпроцессорных системы с помощью высокоскоростного последовательного соединения память-память. Реализации таких соединений для PCI ожидаются в этом году.

 Системы на основе  Р6

 Можно предположить, что  компьютеры на базе P6 первоначально  будут напоминать сегодняшние  наиболее мощные Pentium-компьютеры: по меньшей мере 1 Гб жесткий диск, 32 Мб оперативной памяти, мощные графические контроллеры. Появятся первые многопроцессорные серверы на Р6.

 Улучшенная диагностика  и средства обработки ошибок  в Р6 позволяют проектировать на базе Р6 надежные серверы уровня предприятия. Улучшенная поддержка симметричной многопроцессорной работы в сочетании с поддерживающими такую работу версиями OS/2 и NetWare приведет к построению на Р6 еще более мощных серверов.

"Intel" предполагает, что первыми Р6-системами будут серверы, однако настольные компьютеры на P6 появятся почти одновременно с ними. Цена первых настольных Р6-компьютеров будет начинаться с 4000 долларов и расти с ростом мощности конфигурации. С учетом размера корпуса Р6, его потребления энергии и рассеиваемого тепла (требуется активное охлаждение) , не следует ожидать быстрого появления портативных компьютеров на Р6.

 Как обычно, первыми  пользователями настольных компьютеров  на процессоре нового поколения  будут разработчики программного  обеспечения и пользователи из  таких областей, как САПР, настольные  издательские системы, научное  моделирование и визуализация  его результатов, статистика, одним  словом, те области, которым всегда  недоставало и будет недоставать существующих скоростей.

 Что касается серверов, то первыми кандидатами на  переход к Р6 являются серверы приложений, осуществляющие такие работы, как рассылку сообщений, доступ к базам данных и хранилищам документов. Системные серверы и серверы печати не привязаны к конкретному типу процессоров и поэтому не испытывают таких потребностей в увеличении мощности.

Вполне вероятно, что первыми  покупателями Р6- систем будут сравнительно небольшие организации, где на эти системы будет возложено выполнение самостоятельно разработанных критичных для деятельности организации приложений. Большие предприятия будут приобретать такие системы несколько позднее, после тщательной оценки- 14 и подготовки. Дело в том, что большие организации эксплуатируют значительно большее число разработанных на заказ программ и стандартного программного обеспечения, и требуется провести проверку на его совместимость с новыми системами.

 Типичная Р6-система  будет включать процессор Р6 с тактовой частотой 133 МГц, внешнюю шину, работающую на половине, одной третьей или одной четверти от этой частоты, набор чипов Intel Р6/PCI по имени Orion, поддерживающий версию 2.1 32-битовой шины PCI с частотой 33 МГц, но не поддерживающий 64-битовые расширения PCI.

 Вследствие наличия  встроенного кэша второго уровня, в большинстве Р6-систем будет  отсутствовать внешний кэш и  контроллер кэша. Для построения  основной памяти будут использоваться  обычные 60-наносекундные DRAM или,  в некоторых случаях, поддерживаемые  в наборе чипов Intel Triton для Pentium более скоростные EDO DRAM.

 Стандартной будет  конфигурация с 16 Мб оперативной  памяти при все возрастающем числе систем с 32 Мб.

 Первоначально Р6-системы  будут включать как шину PCI, так  и шины EISA/ISA. Однако по мере  роста поддержки PCI необходимость  в EISA и ISA будет уменьшаться.  Особенно важным для этого  является появление предусмотренных  в PCI 2.1 мостов PCI-PCI. Главной проблемой  при использовании PCI сегодня  является ограничения на степень  ее нагрузки. Мосты между шинами  позволяют работать с большим  числом устройств в пределах одного логического адресного пространства.

 Включение в систему  нескольких шин PCI, соединенных  мостами, позволит как избежать  использования других шин, так  и подключать помимо памяти  и графики высокоскоростные сетевые  интерфейсы (например, 100 Мбит/сек Ethernet, FDDI и ATM) и высокоскоростной последовательный ввод-вывод.

 Емкость памяти на  жестком диске будет по меньшей мере 730 Мб с использованием интерфейса IDE или SCSI. Большая часть систем будет включать 2-скоростные или более быстрые CDROM. Графика будет обеспечивать разрешение 1024 на 768 пикселов и управляться картами-акселераторами с 2-4 Мб памяти.

 Более необычные конфигурации  могут включать слоты PCMCIA, 4-скоростные CD-ROM, поддержку 40 Мб/сек Ultra SCSI, встроенные 10-100 Мбит/сек сетевые порты и встроенные возможности мультимедиа, реализованные с помощью цифровых сигнальных процессоров или специальных чипов для обработки звука, ввода/вывода видеоизображений, компрессии/декомпрессии. Некоторые производители, возможно, прибегнут к использованию новых типов памяти, 128-битовых графических акселераторов, 64-битовых расширений шины и других новшеств, допускаемых спецификацией PCI.

 Следующее поколение  процессоров Технология Р6 является логическим развитием технологии Pentium. Ожидается что в процессоре Р7 будет реализована существенно отличная от Р6 технология, обеспечивающая прорыв в производительности при сохранении совместимости с семейством x86.

 В прошлом году "Intel" и "Hewlett-Packard" договорились о- 15 совместной разработке нового микропроцессора, появление которого планируется на 1997 или 1998 год. О внутреннем устройстве нового микропроцессора пока известно лишь то, что он будет использовать RISC-технологию и обеспечивать выполнение всего существующего для процессоров Intel х86 и Hewlett-Packard PA-RISC программного обеспечения. Кроме поддержки существующих наборов команд этих семейств, по всей видимости, в Р7 будет введена собственная система команд.

 Согласно преобладающей  точке зрения, "Intel" и "Hewlett-Packard" ведут эксперименты с технологией VLIW ("very long instruction word" - очень длинное командное слово) . Можно сказать, что VLIW в определенном смысле прямо противоположна технологии, используемой в Р6. В Р6 изощренно построенный декодер транслирует сложные команды х86 в более короткие и простые RISC-микрокоманды.

VLIW-процессор основывается  на компиляторе нового типа, который,  наоборот, упаковывает несколько  простых операций в одну "очень  длинную" команду. Каждая "очень  длинная" команда содержит  независимые друг от друга  операции, которые выполняются параллельно. 

 Иными словами, во VLIW-процессоре  ответственность за планирование  выполнения команд переносится  с аппаратуры на программное  обеспечение. Планирование осуществляет  компилятор, и получающийся в  результате компиляции код прикладной  программы содержит всю информацию  о порядке выполнения команд.

 Однако пока VLIW-технология  весьма несовершенна. Во-первых, не  разработаны эффективные методы  проектирования VLIW-компиляторов. Во-вторых, вполне вероятно, что программное  обеспечение, разработанное для VLIW-процессора, придется перекомпилировать при появлении процессора нового поколения.

 По этим причинам, а  также учитывая и другие обстоятельства, многие обозреватели сомневаются  в том, что Intel и Hewlett-Packard смогут выпустить жизнеспособный с точки зрения конкуренции на рынке VLIW-процессор. Рынок процессоров х86 слишком важен для Intel, и вряд ли Intel может полностью положиться на неопробованную технологию. Поэтому вполне вероятно, что Intel работает над параллельным проектом Р7, основанным на более традиционной технологии, чтобы застраховаться на случай неудачи VLIW-проекта.

 Дело в том, что  возможности усовершенствования  архитектуры х86 не исчерпаны.  Естественное направление ее  развития включает усиление суперскалярности до шести одновременно выполняемых команд, увеличение размера первичных кэшей, размещение вторичного кэша на кристалле процессора, большее число исполнительных устройств, увеличение размера буферов и поддержка более длинных цепочек выполняемых с опережением команд.

 Конкуренты "Intel" также не собираются сидеть, сложа руки.

"NexGen" планирует выпуск процессора Nx686 в конце 1995 года и утверждает, что его производительность будет в 2-4 раза превосходить производительность Nx586. "Cyrix" также работает над процессором-преемником М1, но подробностей пока не сообщает.

 Наиболее подробно  сообщает о своих планах AMD. Следующий  за К5 процессор К6 появится в 1996 году, а его массовое производство начнется в 1997 году. К6 будет изготавливаться по технологии 0,35 мкм и будет содержать около 6,5 миллионов транзисторов. Предполагаемая производитель К6 - 300 SPECint92. В 1997 году AMD планирует выпуск процессора К7, с началом его массового производства в 1998 году. К7 будет изготавливаться по технологии 0,18 мкм; число транзисторов - 10-15 миллионов. Предполагается, что при тактовой частоте 400 МГц он достигнет производительности 700 SPECint92.

 Наконец, в 2001 году AMD планирует выпуск процессора K8, содержащего 20 миллионов транзисторов  и обеспечивающего производительность 1000 SPECint92 на тактовой частоте 600 МГц. 

 Возможно и появление  новых конкурентов. Процессоры 386 и 486 производят IBM Microelectronics, "Texas Instruments", SGS-Thompson и ряд азиатских фирм. Однако до сих пор никто из них не пытался выйти на передовые позиции и не брался за разработку современного процессора семейства х86, который мог бы конкурировать с новейшими процессорами "Intel", AMD, "Cyrix" и NexGen.

 

 Заключение 

 Процессоры Р6 фирмы Intel выбраны в качестве элементной базы для первого в мире компьютера производительностью свыше триллиона операций в секунду. Уникальная машина предназначена главным образом для расчетов по ядерной тематике Министерства энергетики США.

 Министерство остановило  свой выбор на Intel Corporation, поручив ей изготовление нового компьютера, производительность которого в десять раз превысит аналогичную характеристику самых быстрых современных суперкомпьютеров. Новая вычислительная система будет установлена в Sandia National Laboratories - многоцелевой лаборатории Министерства энергетики США в городе Альбукерк (штат Нью-Мексико) . В составе машины Intel/Sandia будет работать свыше 9000 микропроцессоров компании Intel следующего поколения, получивших кодовое название Р6.

 Замечательно, что машина  Intel/Sandia строится из тех же компьютерных "строительных кирпичиков", которые Intel представляет производителям компьютерной техники для использования в крупномасштабных параллельных системах, высокопроизводительных серверах, рабочих станциях и настольных компьютерах.

 Новая система будет  иметь пиковую производительность 1.8 триллионов операций в секунду  и в десять раз повысит быстродействие  при работе с важными прикладными  программами Министерства энергетики. Машина оснащается системной  памятью в 262 Гбайт и будет  сдана в эксплуатацию к концу  1996 года.

 Недавно фирма Intel объявила новое название своего процессора P6. Теперь он будет называться Pentium Pro.

 Литература 

1. Монитор N 3 1995г. Д.  Бройтман "Микроархитектура процессора P6" с. 6-11.

2. Монитор N 5 1995г. Д.  Бройтман "Процессор P6: общий обзор" с. 8-12.

 3. Hard 'n' Soft N 10 1995г.