Логотип процессоров Pentium 4
NetBurst (рабочее название — P68) — суперскалярная гиперконвейерная микроархитектура, разработанная компанией
Intel и лежавшая в основе
микропроцессоров Pentium 4,
Pentium D,
Celeron и
Xeon.
Суперскалярной называется архитектура вычислительного ядра, использующая несколько декодеров команд, которые могут загружать работой множество исполнительных блоков. Планирование исполнения потока команд является динамическим и осуществляется самим вычислительным ядром.
Предшественница NetBurst архитектура
Intel P6, нельзя сказать, что она окончательно исчерпала свой потенциал к концу своего жизненного цикла. Вполне возможно, что, внеся определенные изменения, можно было получить более производительные процессоры на ее базе. Но инженеры Intel думали иначе и создали абсолютно новую архитектуру под названием NetBurst, которая в 2000 году заменила P6.
Так же как и
AMD K7, NetBurst разрабатывалась с расчётом на высокие тактовые
частоты. Поэтому в основе архитектуры лежал принцип гиперконвейеризации, которая, грубо говоря, являлась аналогом технологии суперконвейера в K7. Поэтому процессоры NetBurst аналогично имели
конвейер с большим количеством стадий. В первых ревизиях NetBurst — ядрах Willamette и Northwood — он имел глубину в 20 стадий. В более поздних версиях — Prescott и Cedar Mill — мог похвастать уже 31 стадией. Сюда не входили этапы декодирования инструкций, поскольку сам декодер был вынесен за пределы конвейера. И если раньше сложные операции декодировались на лету, то в NetBurst разбиение инструкций происходило на стадии копирования кода в кэш-память 1-го уровня.
К слову, о кэш-памяти. Она в NetBurst была другого типа. Так, на смену традиционной памяти пришел кэш последовательностей микроопераций (кэш трасс, Trace Cache), хранящий декодированные трассы инструкций, что позволяло декодеру не обрабатывать заново недавно выполненные операции. Такой подход позволил увеличить пропускную способность загрузки инструкций, а также снизить тепловыделение процессора. Объем кэша в NetBurst составлял 12 тысяч микроопераций. А сама память работала на уполовиненной (относительно тактовой) частоте.
Помимо всего прочего, была изменена конструкция арифметико-
логических устройств. АЛУ было разделено на 3 блока. Одним из них являлось «медленное АЛУ», работающее с всеми целочисленными операциями. Два остальных — «2X АЛУ», выполняющие лишь элементарные операции (например, сложение). Блок предсказания ветвлений также был доработан. В сравнении с таким же модулем архитектуры P6, количество ошибок при вычислениях сократилось на 33%.
Первое ядро с архитектурой NetBurst, носившее название Willamette, работало на частоте до 2 ГГц с частотой системной шины 400 МГц. Жизненный цикл его был недолгим. В январе 2002 года ему на смену пришли процессоры Northwood. В отличие от 180-нм ядра Willamette, эти кристаллы изготавливались по 130-нм техпроцессу. Также они получили увеличенный до 512 Кбайт объем кэш-памяти 2-го уровня и поддержку технологии мультипоточности Hyper-Threading. Тактовая частота Northwood варьировалась от 1,6 ГГц до 3,4 ГГц.
Процессоры Northwood поддерживали технологию Hyper-Threading
Более существенные изменения получило следующее ядро в линейке — Prescott, выпущенное в 2004 году. Производство процессоров вновь было переведено на более тонкие технологические нормы — 90 нм. Но изменился и сам дизайн архитектуры. Так, объем кэш-памяти возрос до 1 Мбайт (а в ревизии Prescott 2M — до 2 Мбайт), а конвейер получил 31 стадию вместо 20 в Willamette и Northwood. Был улучшен блок предсказания ветвлений, добавилась поддержка инструкций SSE3, а чуть позже — 64-битного расширения набора команд x86. Несмотря на все доработки, процессоры Prescott умудрялись уступать в производительности Northwood в однопоточных приложениях при одинаковой тактовой частоте. Более того, они обладали огромным энергопотреблением и тепловыделением, из-за чего Prescott удостоился заслуженного звания самого горячего x86-процессора.
В 2005 году Intel представила свой первый двухъядерный процессор Pentium D на базе ядра Smithfield. Такой «пень» представлял собой два ядра Prescott, расположенных на одной подложке. Решение получилось не самым удачным, хотя бы потому, что Pentium D обладал всеми недостатками Prescott (в первую очередь высоким тепловыделением). Чтобы уложиться в 130-ваттный TDP, инженерам Intel пришлось ограничить тактовую частоту Smithfield планкой в размере 2,8 ГГц. Так как производительность архитектуры NetBurst сильно зависела от частоты, то скорость первых двухъядерных процессоров Intel оставляла желать лучшего. Свою роль сыграло использование медленной DDR2-памяти, а также неоптимизированность большинства приложений под работу с двумя ядрами.
Pentium D — первый двухъядерный процессор Intel
Последними процессорами с архитектурой NetBurst стали одноядерный Cedar Mill и двухъядерный Presler. Cedar Mill был полным аналогом Prescott 2M, за исключением технологии производства — он изготавливался по 65-нм технологическим нормам. Переход на новые «рельсы» позволил снизить энергопотребление ядра, но увеличить тактовые частоты. Что касается двухъядерной модели Presler, то в плане дизайна она повторяла Smithfield, то есть на одной подложке располагались два ядра, с единственным отличием: вместо Prescott использовались Cedar Mill.
В 2008 году выпуск последних процессоров с архитектурой NetBurst был остановлен. На смену NetBurst пришла более совершенная микроархитектура Core.
© Олег Коленченко
для Www.Ferra.Ru.
В начало
