ЭВМHISTORY
Статьи. Обзоры. Истории
ЭВМHISTORY: история и развитие процессоров, чипсетов, звуковых систем, оперативной памяти, видеоадаптеров и т.д.

Компоненты ПК | Процессоры: история появления и развития



Процессор AMD Fusion

Любой современный процессор состоит из огромного набора транзисторов, выполняющих функции электронных микроскопических переключателей. В отличие от обычного переключателя транзисторы практически безынерционны и способны переключаться миллиарды и даже триллионы раз в секунду. Однако чтобы обеспечить такую огромную скорость переключения, необходимо уменьшить размеры этих транзисторов. Кроме того, производительность любого процессора в конечном итоге определяется и количеством самих транзисторов. Именно поэтому со времени создания первой интегральной микросхемы в 1959 году развитие отрасли шло в направлении уменьшения размера транзисторов и одновременного увеличения плотности из размещения на микросхеме.

Когда говорят о прогнозах по увеличению плотности размещения и уменьшению геометрических размеров транзисторов, обычно упоминают так называемый закон Мура. Всё началось в 1965 году, за три года до того, как Гордон Мур (Gordon E. Moore) стал одним из основателей корпорации Intel. В то далёкое время технология производства интегральных микросхем позволяла интегрировать в одной микросхеме порядка трёх десятков транзисторов, а группа учёных, возглавляемая Гордоном Муром, завершала разработку новых микросхем, объединяющих в себе уже 60 транзисторов. По просьбе журнала Electronics Гордон Мур написал статью, приуроченную к 35-й годовщине издания. В этой статье Мура попросили сделать прогноз относительно того, как будут совершенствоваться полупроводниковые устройства в течение ближайших десяти лет. Проанализировав темпы развития полупроводниковых устройств и экономические факторы за прошедшие шесть лет, Мур предположил, что к 1975 году количество транзисторов в одной интегральной микросхеме составит 65 тысяч.

Конечно, в 1965 году ни сам Гордон Мур, ни кто либо другой не мог предположить, что опубликованный прогноз на ближайшие десять лет не только в точности сбудется, но и послужит основой для формирования эмпирического правила развития всей полупроводниковой технологии на много лет вперёд. Впрочем, с предсказанием Мура было не всё гладко. К 1975 году рост количества элементов в однйо микросхеме стал немного отставать от прогноза. Тогда Гордон Мур скорректировал период обновления до 24 месяцев, чтобы компенсировать ожидаемое увеличение сложности полупроводниковых компонентов. В конце 1980-х годов одним из руководителей корпорации Intel была внесена ещё одна поправка, и прогноз Мура стал означать удвоение вычислительной производительности каждые 18 месяцев (вычислительная производительность, измеряемая в миллионах команд в секунду (MIPS), увеличивается благодаря росту количества транзисторов).

Зачем уменьшать размеры транзисторов

Одновременно с увеличением количества транзисторов улучшаются почти все параметры микропроцессорной технологии, главные из которых - скорость, производительность и энергопотребление. Так, процессор i486 работал на тактовой частоте 25 МГц. К примеру, тактовые частоты процессоров Pentium 4 – около 4 ГГц.

Если считать, что длина затвора транзистора уменьшается в M раз, то в такое же количество раз уменьшается и рабочее напряжение затвора. Кроме того, в M раз возрастает скорость работы транзистора и квадратично увеличивается плотность размещения транзисторов на кристалле, а рассеиваемая мощность уменьшается в N2 раз.

Фактически, уменьшение размеров транзисторов – это единственный способ увеличения производительности процессоров. Однако это не так легко реализовать на практике.

Когда заходит речь о процессоре, то в качестве его основных характеристик, указывают тактовую частоту, микроархитектуру ядра и количество ядер, технологический процесс производства, частоту системной шины, размер кэша, тепловыделение процессора и поддерживаемые технологии. Все эти характеристики, так или иначе, определяют самую главную характеристику любого процессора – его производительность. До недавнего времени тактовая частота процессора напрямую связывалась с его производительностью, т.е. чем выше тактовая частота процессора, тем он производительнее. Собственно, сама микроархитектура NetBurst, положенная в основу процессоров Intel Pentium 4, изначально была ориентирована на то, что основным средством увеличения производительности процессоров будет рост тактовой частоты. К примеру, за пять лет существования процессоров Intel Pentium 4 их тактовая частота была увеличена почти в три раза. Стартовав с отметки чуть больше 1 ГГц в 2000г., к 2005 году достигла отметки 3,8 ГГц.

Процессор A7

В 2005 году появились многоядерные процессоры. Pentium D — серия двухъядерных процессоров семейства Pentium 4. Разработаны центром исследований и разработок Intel Хайфа (Израиль), впервые продемонстрированы 25 мая 2005 года на весеннем форуме для разработчиков Intel (IDF). Как и все модели Pentium 4, Pentium D тоже имеет микроархитектуру NetBurst (буква «D», в названии, расшифровывается как Dual — двойной, указывает на наличие двух ядер). Pentium D стал первым двухъядерным процессором архитектуры x86-64, предназначенным для ПК, хотя в апреле 2005 года AMD выпустила двухъядерные процессоры серии Opteron, предназначенные для серверов. Двухъядерные процессоры других архитектур существовали и ранее, например IBMPowerPC-970MP (G5). На самом деле, AMD заявила о разработке двухъядерных процессоров раньше Intel, но, вскоре обнаружились проблемы с повышенным тепловыделением у процессоров Pentium 4. Это заставило Intel сменить политику, и, чтобы первой выпустить двухъядерные процессоры, Intel начала разработку ядра под кодовым названием Smithfield. Smithfield разрабатывался в спешке, поэтому процессоры на этом ядре получились не очень удачными. Ядро представляет собой два кристалла Prescott, размещенных на одной подложке. Smithfield, как и Prescott, производился по 90 нм технологии и имел все недостатки ядра Prescott. Для того чтобы процессор соответствовал требованиям TDP 130 Вт, было решено ограничить максимальную частоту значением 3,2 ГГц, а младшая модель имела частоту 2,6 ГГц. Архитектура Prescott, ввиду наличия длинного конвейера, очень зависима от частоты, поэтому снижение частоты сильно уменьшило производительность. Несмотря на пониженную частоту, наличие двух ядер приводило к большому тепловыделению. Из-за того что мало программ использовали возможность распределять свои функции на несколько потоков, то выгоды от использования двух ядер практически не было. По производительности последние модели на ядре Smithfield значительно отставали от последних моделей на ядре Prescott. Для установки новых процессоров требовалось покупать новую материнскую плату, так как Smithfield имел другие требования к VRM, нежели Prescott. Первые материнские платы для Smithfield работали только с памятью типа DDR2, которая зачастую была медленнее обычной DDR. Конкурентные процессоры AMD Athlon 64 X2 были практически лишены всех этих минусов. Всё это привело к тому, что процессоры Pentium D не были популярны, в отличие от AMD Athlon 64 X2 , даже несмотря на то, что они были дешевле процессоров AMD Athlon 64 X2. Smithfield, как и Athlon 64 X2 обладает разделенным кэшем L2 (то есть каждое ядро обладает своим кэшем L2), это значительно упростило разработку, но немного уменьшает производительность процессора, в отличие от общего для обоих ядер кэша L3.

Во второй половине января 2006 года были анонсированы процессоры на ядре Presler. Ядро Presler производилось по 65 нм технологии, это позволило поднять частоту процессоров. Процессор на ядре Presler стал последним в линейке Pentium D. Следующим процессором, построенным на ядре Conroe и на данный момент являющийся одной из наиболее популярных в среднем ценовом сегменте модификацией, стал Intel Core 2 Duo. В 2007 году линейка Pentium D полностью снята с производства, что вызвано отказом Intel от микроархитектуры NetBurst.

© tomat

Использованы материалы:
В.И. Юров. Assembler. Учебник для вызов. 2-е издание. -СПб.: Питер, 2008. - 637 с.: ил.

В начало


Компоненты ПК | Процессоры: история появления и развития



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика