Кэширование

    Кэширование — это использование дополнительной быстродействующей памяти (кеш-памяти) для хранения копий блоков информации из основной (оперативной) памяти, вероятность обращения к которым в ближайшее время велика.

    Различают кэши 1-, 2- и 3-го уровней (обозначаются L1, L2 и L3 — от Level 1, Level 2 и Level 3). Кэш 1-го уровня имеет наименьшую латентность (время доступа), но малый размер, кроме того, кэши первого уровня часто делаются многопортовыми. Так, процессоры AMD K8 умели производить одновременно 64-битные запись и чтение, либо два 64-битных чтения за такт, AMD K8L может производить два 128-битных чтения или записи в любой комбинации. Процессоры Intel Core 2 могут производить 128-битные запись и чтение за такт. Кэш 2-го уровня обычно имеет значительно большую латентность доступа, но его можно сделать значительно больше по размеру. Кэш 3-го уровня самый большой по объёму и довольно медленный, но всё же он гораздо быстрее, чем оперативная память. 

    Гарвардская архитектура

    Гарвардская архитектура отличается от архитектуры фон Неймана тем, что программный код и данные хранятся в разной памяти. В такой архитектуре невозможны многие методы программирования (например, программа не может во время выполнения менять свой код; невозможно динамически перераспределять память между программным кодом и данными); зато гарвардская архитектура позволяет более эффективно выполнять работу в случае ограниченных ресурсов, поэтому она часто применяется во встраиваемых системах. 
 
 
 

    Параллельная  архитектура

    Архитектура фон Неймана обладает тем недостатком, что она последовательная. Какой бы огромный массив данных ни требовалось обработать, каждый его байт должен будет пройти через центральный процессор, даже если над всеми байтами требуется провести одну и ту же операцию. Этот эффект называется узким горлышком фон Неймана.

    Для преодоления этого недостатка предлагались и предлагаются архитектуры процессоров, которые называются параллельными. Параллельные процессоры используются в суперкомпьютерах.

    Возможными  вариантами параллельной архитектуры  могут служить (по классификации Флинна):

    SISD — один поток команд, один поток данных;

    SIMD — один поток команд, много потоков данных;

    MISD — много потоков команд, один поток данных;

    MIMD — много потоков команд, много потоков данных.  

    Цифровая  обработка сигналов

    Существует  особый класс процессоров, представляющих собой полностью параллельные устройства. Процессоры для ЦОС один раз конфигурируются пользовательской «программой», которая представляет собой описание внутренних соединений ресурсов процессора, к которым относятся регистры, сумматоры, умножители, блоки ОЗУ, иная логика. После этого возможна одновременная обработка большого количества поступающих данных за один такт (однако, задержка получения результата может быть более одного такта).

 

2. Практическая часть

2.1. Процессор от Intel

 

    До  недавнего времени процессоры Intel развивались по проверенной временем системе Tick-Tock (тик-так), то есть по принципу маятника: на каждом "тик" на свет появляется новая, значительно переработанная архитектура, а на каждом "так" имеющаяся архитектура переводится на новый, более прогрессивный техпроцесс. Intel планирует и дальше придерживаться этого подхода, однако маятник колеблется не совсем равномерно, а потому периодически появляются некоторые "промежуточные" решения. Одним из таких продуктов является рассматриваемый нами процессор Intel Core i7 980X, который представляет архитектуру Nehalem, переводимую в рамках очередного "так" на 32-нм техпроцесс. Но в данном случае ход маятника немного отличается от обычного - переход на новый техпроцесс чаще всего дает возможность увеличить рабочую частоту процессора, но Intel выбрала другой путь и увеличила число ядер до шести. Итак, Intel Core i7 980X- первый шестиядерный процессор для настольных компьютеров, попавший в нашу тестовую лабораторию. Рассмотрим подробнее его архитектуру.

    Архитектура

    Процессор Intel Core i7 980X принадлежит к семейству Gulftown и является его первым и пока единственным представителем процессоров  этого семейства. Принципиальных отличий от архитектуры семейства Bloomfield, на которой основаны все остальные процессоры для платформы LGA1366, в архитектуре Intel Gulftown нет. Можно считать, что Core i7 980X представляет собой тот же Bloomfield, работающий на частоте 3,33 ГГц, с увеличенным на 4 Мб кэшем третьего уровня и изготовленный в рамках 32-нм техпроцесса. Однако есть и некоторые существенные отличия.

Рисунок 3. 

    Во-первых, благодаря технологии Intel HyperThreading, данный шестиядерный процессор может обрабатывать до двенадцати потоков данных, что  на целых четыре больше, чем все  остальные процессоры Core i7.

    Во-вторых, Core i7 980X получил новый набор инструкций AES-NI (Advanced Encryption Standart New Instructions), состоящий из двенадцати разных инструкций, призванных ускорить все приложения, активно использующие алгоритм AES. Набор инструкций AES-NI уже используется в процессорах Clarkdale, но это первое решение для платформы LGA1366 с этим набором инструкций. Их добавление позволит значительно увеличить производительность процессора в таких задачах, как шифрование, VoIP, интернет-брандмауэры и других приложениях, активно использующих шифрование. На остальные приложения наличие AES-NI не окажет практически никакого эффекта.

Рисунок 4 

    В-третьих, увеличенный до 12 Мб кэш третьего уровня может положительно сказаться  на производительности в играх и  других приложениях, использующих большие  объемы кэш-памяти. При этом остальные  приложения могут несколько и потерять в производительности, так как увеличение объема кэш-памяти также привело к увеличению задержек - частота шины Uncore в новом процессоре снижена с 3,2 ГГц до 2,6 ГГц.

Рисунок 5 

    Наконец, в-четвертых, перевод процессора на 32-нм техпроцесс с применением транзисторов с металлическим затвором положительно сказался на его физических размерах: кристалл Gulftown имеет площадь 248 мм², в то время как кристалл четырехъядерных Bloomfield характеризуется площадью 263 мм², а кристалл Lynnfield - и вовсе 296 мм². Уменьшение норм техпроцесса должно положительно сказаться на тепловыделении процессора и его разгонном потенциале. Число транзисторов в Core i7 980X составляет 1,17 миллиарда - это первый процессор для домашних компьютеров, в котором число транзисторов преодолело планку в один миллиард.

Рисунок 6 

    В остальном, Core i7 980X похож на Core i7 975: одинаковая частота шины QPI, составляющая 6,4 ГТ/с, то есть 25,6 Гб/с, аналогичный встроенный контроллер памяти, позволяющий работать с памятью DDR3 1333 в трехканальном режиме. Оба процессора работают на одинаковой частоте и обладают разблокированным  множителем, значение которого может меняться в интервале от 12 до 60 (в номинале - 25, в режиме Turbo Boost - 27).

    Температура и энергопотребление

    Перейдем  к тестам производительности процессора и сравним его результаты с  результатами других процессоров Intel последнего поколения, но для начала оценим энергопотребление  системы.

 

 

Таблица 1

Диаграмма 1 

    На  штатных частотах наш тестовый стенд  вместе с процессором Core i7 980X потреблял  всего 185 Вт, что совсем неплохо для  компьютера с самым мощным десктопным процессором и двухчиповой видеокартой. Под нагрузкой при помощи утилиты OCCT энергопотребление системы значительно возросло и составило 297 Вт - это только за счет процессора, ведь тест OCCT LinPack не нагружает видеокарту.

    Разгон  с повышением напряжения на процессоре до 1,35 В не сильно влияет на энергопотребление системы в простое - оно составляет 192 Вт, а вот под нагрузкой энергопотребление вырастает до 344 Вт - почти на 50 Вт больше, чем без разгона

    ВЫВОДЫ

    Рекомендованная цена на этот шестиядерный процессор составляет 999 долларов США. Столько же стоит и процессор Intel Core i7 975, основанный на менее прогрессивном 45-нм техпроцессе, работающий на той же частоте, но наделенный всего четырьмя ядрами и меньшим объемом кэш-памяти третьего уровня.

    Но  результаты тестов Intel Core i7 980X говорят сами за себя: в синтетических приложениях прирост от дополнительных ядер, увеличенного объема кэш-памяти третьего уровня и нового набора инструкций - огромен. При этом в реальных приложениях, не столь хорошо оптимизированных под многопоточность, преимущества нового процессора не так ярко выражены, но все равно достаточно велики. В плюсы Intel Core i7 980X также можно записать то, что он комплектуется неплохим кулером, способным обеспечивать стабильную работу процессора даже при существенном разгоне

    Конкурентов у Intel Core i7 980x просто нет, и тем, кто  планирует собирать действительно  мощную систему на ближайшие два-три  года, стоит обратить на новинку  самое пристальное внимание.

3.2. Процессор от AMD

 

    Мода  на многоядерность прочно вошла в нашу жизнь, и теперь не то чтобы двухъядерным, уже и четырехъядерным процессором в домашнем компьютере кого-то удивить сложно. Но прогресс не стоит на месте, и буквально вслед за компанией Intel, неделю назад представившей свой шестиядерный процессор для настольных компьютеров, компания AMD выпустила свой шестиядерник, который мы сегодня и рассмотрим.

    Процессор AMD Phenom II X6 1090T

Рисунок 7 

    Внешне  процессор AMD Phenom II X6 1090T ничем не отличается от своих собратьев для платформы Socket AM3, кроме как маркировкой. А  внутри он выглядит следующим образом:

Рисунок 8

    На  фото кристалла четко различимы  шесть вычислительных ядер с выделенной кэш-памятью у каждого, а также общий разделяемый кэш, занимающий нижнюю четверть площади кристалла.

    Давайте посмотрим, что скажет утилита CPU-Z о  характеристиках процессора AMD Phenom II X6 1090T и тестовой системы.

Рисунок 9

    AMD Phenom II X6 1090T выполнен по техпроцессу  45 нм, содержит шесть вычислительных  ядер, по 128 Кб и 512 Кб кэш-памяти  первого и второго уровня на  каждое ядро, соотвественно. Также  имеется общая для всех ядер кэш-память третьего уровня объемом 6 Мб, как и у четырехъядерных предшественников.