Справочник - Материнские платы и процессоры

         

Ножек, уходящих в прошлое



Новый процессор: вместо ножек — контактные площадки

Не слишком ли хрупкая конструкция получается? Ничуть: по бокам ножки сокета надежно защищены металлической рамкой, а при транспортировке платы на рамку крепится еще и защитная крышка. И если не совать в сокет что ни попадя, ничего с ним не случится. Сравнивая установку процессора в "новой" и "старой" системах, можно с уверенностью сказать: легче повредить ножки процессора Socket 478, чем ножки сокета LGA 775.

Следующее нововведение: на смену DDR1 пришла память DDR2. Правда, здесь "Интел" не стала рубить с плеча и оставила поддержку DDR1 у нескольких представителей семейства 915-х чипсетов. Кроме того, для тех, кто еще не определился, есть комбинированные материнки с поддержкой обоих типов памяти — правда, одновременно работать можно только с одним.

Что касается графического интерфейса, то здесь изменение произведено окончательно и бесповоротно: на место старого AGP8Х пришел более скоростной PCI-Express х16.

DDR2 — еще одна перспектива


DDR2 SDRAM — новый стандарт памяти, пришедший на смену DDR SDRAM. В нем используется все та же технология DDR (Double Data Rate) — передача данных по фронту и спаду синхросигнала, за счет чего скорость передачи данных вдвое больше частоты.

Основная особенность DDR2 — возможность выборки четырех блоков данных за такт по правилу "4n prefetch", в то время как в DDR использовалось правило "2n prefetch" (два блока данных за такт). Если у DDR частота ядра памяти и буферов ввода-вывода была одинаковой (например, у DDR400 она равнялась 200 МГц), то теперь у DDR2 за счет правила "4n prefetch" частота ядра памяти вдвое ниже частоты буферов ввода-вывода.

Ячейки памяти остались те же, что и у DDR, но теперь используются более быстрые буферы ввода-вывода, также увеличилась ширина шины, которая связывает эти буферы с банками памяти. Например, у DDR2-400 частота ядра памяти равна 100 МГц, а буферов ввода-вывода — 200 МГц.

Таким образом, уже сейчас виден потенциал, которым обладает новая память: используя существующие ячейки (как у DDR400), скоро можно будет получить память DDR2-800. Еще одно преимущество: чем ниже частота ядра, тем меньше процент брака готовых модулей.

Однако существует и обратная сторона медали. Сравним DDR400 и DDR2-400 — пропускная способность у них одинаковая, банки памяти работают на разных частотах (200 МГц и 100 МГц соответственно). Вот и получается, что латентность (задержка) DDR2-400 выше, чем у DDR400.

В DDR2 появилась функция внутричипового терминирования сигнала (on-die termination schemes) — резисторы, гасящие отраженные сигналы, располагаются в чипах памяти, а не на материнских платах, как раньше. Это улучшает характеристики прохождения сигналов по шине памяти.

С приходом DDR2 мы получили новый форм-фактор памяти — 240 контактов (вместо 184-х у DDR). Понизилось энергопотребление — 1,8 В (DDR — 2,5 В). Кроме того, стандарт DDR2 предусматривает максимальную емкость модулей памяти до 4 Гб (DDR — до 1 Гб).

Таким образом, DDR2 SDRAM — это новое поколение памяти, основанной на технологии DDR с пониженным энергопотреблением, повышенной пропускной способностью и улучшенным качеством сигнала.
Но на данный момент потенциал этой технологии (как и PCI-Express) еще не используется в полном объеме. Ну, и наконец мы подошли к вопросу цены. Сегодня более привлекательной по стоимости выглядит система со "старым" набором микросхем. Материнские платы на 865-м чипсете дешевле плат на 915-м. Тот же ASUS P4P800 представлен в нашем тестировании делюксовым вариантом — а ведь можно взять и облегченный комплект, который обойдется баксов на двадцать дешевле. Да и MSI, как показали тесты, ни в чем не уступает сопернику. Пожалуй, здесь стоит прислушаться к личным предпочтениям — кому-то нравится один производитель, кому-то другой. Цена на видеокарты с интерфейсом PCI-Express выше, чем на аналогичные устройства, построенные на базе AGP. В итоге получается, что стоимость системы, собранной на основе "Socket LGA775 — PCI-Express — DDR1", на 70-100$ выше аналогичной по производительности системы на основе "Socket PGA478 — AGP — DDR1". А если в первом варианте еще и DDR1 заменить на DDR2, то разница в цене может достичь 200 у.е. Однако есть один нюанс: если вы рассчитываете на апгрейд, то с платформой на основе 478-го сокета могут возникнуть некоторые проблемы. Дело в том, что процессоры под этот сокет остановились на отметке 3,2 ГГц — и выпускаться больше не будут, да и выход новых видеокарт для AGP не предвидится.

Ножки, шины и память


Не так давно Intel презентовала новую платформу — Socket LGA775, в которой изменения коснулись не только сокета. Вместе с ним мы получили новую память, шины, улучшенную поддержку звука, встроенной графики, подсистемы хранения. Расскажем немножко подробнее об этих нововведениях. Начнем с самого заметного (по крайней мере, на первый взгляд) — сокета.

Итак, у нового сокета LGA 775 вместо отверстий появились ножки. Зато у процессора ножки исчезли — вместо них теперь контактные площадки.



PCI-Express — инвестиции в будущее


Шина-старожил — PCI (Peripheral Component Interconnect) — на протяжении более десяти лет оставалась неотъемлемой частью любого компьютера. До недавнего времени ее пропускной способности вполне хватало для большинства устройств. Со временем, когда возможностей PCI стало все же недостаточно для графических карт, появился интерфейс AGP (Accelerated Graphics Port) — модернизированный PCI, работающий только в одном направлении: от системы к видеокарте.

Впоследствии, в процессе развития платформ, AGP претерпел несколько модификаций с ускорениями: AGP2X, 4X, 8X. Но и этот вариант PCI скоро стал для материнских плат "узким местом" — его пропускная способность (132 Мб/с) разделялась между всеми PCI-слотами, а потребности периферийных устройств постоянно возрастали.

Словом, возникла необходимость в новом, более быстром и гибком интерфейсе, который справился бы с этой проблемой. Таким решением стала шина PCI-Express, которая предназначалась для замены как PCI, так и AGP.

Основная особенность PCI-Express в том, что это не традиционная параллельная, а последовательная шина, работающая по принципу "точка-точка".

На физическом уровне шина образована двумя парами проводников: одна для передачи данных, вторая — для приема. Такое построение позволяет всем подключенным устройствам работать на полной скорости, в то время как в параллельной шине PCI пропускная способность распределялась между всеми подключенными устройствами.

Слот PCI-Express состоит из нескольких (одного, двух, четырех, восьми или шестнадцати) независимых каналов передачи данных (физических соединений). Одно последовательное соединение PCI-Express обеспечивает пропускную способность 256 Мб/с. Пропускная способность одинакова в обе стороны, поскольку шина является полнодуплексной, то есть может передавать данные "туда" и "обратно" одновременно, по разным каналам. Таким образом, с учетом полного дуплекса, пропускная способность одного последовательного подключения PCI-Express составляет 512 Мб/с.

Шина PCI-Express разработана с расчетом на широкое масштабирование — увеличение производительности достигается путем увеличения числа подключаемых линий.
На современных материнских платах появились слоты расширения PCI-Express x1. "x1" означает, что слот использует одну линию PCI-Express — то есть его пропускная способность равна 256 Мб/с (512 Мб/с, если учитывать полный дуплекс), что почти вдвое быстрее стандартной PCI (132 Мб/с). К тому же, эти 256 Мб/с не приходится делить с другими устройствами. Нетрудно посчитать, что пропускная способность PCI-Express x16 в одном направлении равна 4 Гб/с, а в обоих — 8 Гб/с. Пропускная способность PCI-Express 16х почти в два раза превышает возможности AGP 8х в одном направлении, и в двадцать — в другом. Напомним, что пропускная способность AGP 8x равна 2,1 Гб/с от системы к ускорителю и около 200 Мб/с в обратном направлении. Итак, теоретически PCI-Express имеет солидное преимущество перед AGP. Однако в тестах разница практически не видна. Причина такой ситуации довольно проста. Игры разрабатываются так, чтобы не передавать графической карте больше информации, чем позволяет шина AGP. Кроме того, объем памяти современных видеокарт таков, что они не нуждаются в частой подкачке данных по шине AGP. Поэтому с внедрением PCI-Express ситуация вряд ли изменится. Запись текстур в оперативную память и их подкачка по AGP или PCI-Express играют в производительности системы не слишком заметную роль. Так зачем же нам нужна шина PCI-Express? Собственно, главное в ней то, что она новая. Не следует ожидать умопомрачительного прироста скорости — сначала он будет мало заметен. Изменится ли ситуация в будущем — зависит от того, насколько быстро PCI-Express получит признание на рынке. Как правило, если у системы есть запас по пропускной способности, разработчики начинают искать способы ее использовать. И, конечно же, находят. В перспективе. Раз уж у нас в руках оказались "комбинированные" платы с поддержкой двух типов памяти, грех было бы этим не воспользоваться и не сравнить DDR1 с DDR2 на практике. Пока что тесты не показали преимущества ни одной из систем. В одном случае система с DDR2 обгоняет оппонента на мизерную величину, в другом — отстает, в третьем оба результата абсолютно одинаковы.Есть только один показатель, по которому DDR2 заметно обгоняет DDR1 — и почти в двое — это цена. Так зачем же платить больше?

Пора менять платформу?




Владимир Барановский, "Комиздат"

На компьютерном рынке сложилась очень интересная ситуация — разнообразие такое, что просто глаза разбегаются. Ну, положим, к тому, что для процессоров AMD и Intel нужны разные сокеты, мы уже привыкли. Но несколько сокетов на каждую платформу — не слишком ли много?

Казалось бы, и так хватало головной боли — выбирать между Intel и AMD — так теперь добавилась новая. А если учесть, что, помимо разнообразных сокетов, у нас есть оперативная память DDR2 и DDR1, да еще графические интерфейсы AGP8X и PCI-Express x16, то выходит, что неискушенному пользователю, как никогда прежде, сложно разобраться в этом множестве "железяк".

Давайте пристальнее присмотримся к платформам для Intel-процессоров и сравним проверенные временем технологии с новыми.

Так какая же платформа является оптимальным приобретением на сегодняшний день — новая, Socket LGA775, или старая, Socket PGA478? Теоретически, конечно, новое должно быть лучше старого — но как оно на практике?

Результаты тестирования


Что же мы видим? Гибрид "нового" сокета LGA775 и "старого" чипсета 865PE (ASUS P5P800) не дает ровным счетом никакого выигрыша в смысле производительности. Чего и следовало ожидать, так как электрически и архитектурно P4 (Prescott) для LGA775 — все равно что P4 (Prescott) для PGA478. Все материнские платы на 865-м чипсете показали идентичные результаты (расхождение в десятые и сотые доли спишем на погрешность тестирования).

Единственное преимущество ASUS P5P800 перед ASUS P4P800-E и MSI 865PE Neo2-P заключается в том, что под Socket LGA775 существуют процессоры с тактовой частотой до 3,8 ГГц, а для Socket PGA478 — всего 3,4 ГГц.

У плат на 915-м чипсете результаты оказались несколько лучшими. Как может показаться на первый взгляд (и что, в принципе, следует из тестовых конфигураций), это преимущество достигается за счет видеокарты. Однако показатель CPUMark в тесте 3DMark03, на который видеокарта не влияет, наводит на мысль, что дело не в видеокарте — или, по крайней мере, не только в ней одной. Причина глубже, а именно — в чипсете.

915-й чипсет с шиной PCI-Express выглядит все-таки более предпочтительно, чем 865-й с AGP. А ведь новая шина в тесте использовалась далеко не на полную мощность!

Unreal Tournament 2004 1024x768

Unreal Tournament 2004 1600x1200

DOOMIII

3DMark03 и Aquamark3



Выбираем оппонентов


Для тестирования были отобраны следующие материнские платы: ASUS P4P800-E Deluxe; MSI 865PE Neo2-P; ASUS P5P800; ASUS P5GDC-V; MSI 915G Combo.

Мы намеренно отказались от плат, поддерживающих только DDR2. Эта память пока дефицитная и неоправданно дорогая. Все материнки поддерживают DDR1.

Для чистоты эксперимента хорошо было бы еще взять видеокарты с одним и тем же графическим чипом, но в разном исполнении (AGP8X и PCI-Express x16). Однако таких, к сожалению, отыскать не удалось.

Поэтому были отобраны, пусть разные, зато почти идентичные "видяхи": ASUS EAX600XT/TD; ASUS A9600XT/TD.

Материнские платы платформы Socket 478, отобранные для тестирования

Видеокарты, использовавшиеся в тестировании

Графические процессоры (GPU) этих карточек практически одинаковы. Частота GPU и RAMDAC абсолютно идентична. Существенно разнятся только частоты памяти, что, конечно же, внесет некоторую погрешность в результаты.

Процессоры для тестирования были отобраны идентичные — два P4 с ядром Prescott и тактовой частотой 3,0 ГГц, но в разных исполнениях: для Socket PGA478 и Socket LGA775.

Тестовый стенд дополнили: винчестер SATA Maxtor 250 Гб; оперативная память 2 х 512 Мб Samsung DDR-400 и 2 х 512 Мб Micron DDR2-533.

Все это работало под управлением операционной системы Windows XP Pro ENG + SP2 с видеодрайвером ATI Catalyst 4.8 (при стандартных настройках).

В качестве тестовых программ использовались две игры: Doom III; Unreal Tournament 2004;

и два бенчмарка: 3DMark03; Aquamark 3.

В настройках игр ничего, кроме разрешения, не изменялось; в бенчмарках использовались стандартные настройки + 2х Anti Aliasing. Результаты тестирования приведены в таблицах ниже.

В общем смена сокета, затеянная


В общем смена сокета, затеянная Intel, выглядит достаточно революционно, с явным прицелом на будущее. В последнее время мы привыкли к более спокойным переменам. А тут заменили практически всю "основу" — процессор, память, системную шину, видеокарту. Все три компонента базовой платформы "Socket PGA478 — AGP — DDR1" уже можно назвать вчерашним днем. Потенциал AGP и DDR1 практически полностью исчерпан, в то время как технологии PCI-Express и DDR2 еще не раскрыли всех своих возможностей и проявят себя в будущем, по мере развития информационных технологий. Однако пока что, пожалуй, не стоит спешить переходить на новый сокет — явного прироста производительности еще не наблюдается. Но если вы заходите собрать топ-решение, без 775-й платформы вам не обойтись. Оборудование для тестирования предоставлено компании MTI, Спин-В, K-Trade.

Старые песни о главном


Рольф Ричардсон
&laquoЭкспресс-Электроника&raquo, #2/2004

Прошедший год оказался необычайно богатым на новые разработки в области полупроводников. Подтвердила это и традиционная декабрьская конференция International Electron Devices Meeting (IEDM), проводимая Институтом инженеров по электротехнике и электронике в Вашингтоне, которая является своеобразным смотром наиболее значительных достижений в этой сфере. Им мы и посвятим свой рассказ.

О существовании эмпирического закона Гордона Мура (Gordon Moore) сегодня знают многие. Но далеко не всем известно об условии, которое делает возможным его выполнение. Последнее является открытием Роберта Деннарда (Robert Dennard) из IBM и называется условием масштабирования MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor). Идея состоит в том, что если удерживать постоянное значение напряженности электрического поля при уменьшении размеров MOSFET, то параметры производительности улучшаются. Это значит, что если, например, сократить длину затвора в n раз и одновременно во столько же раз понизить рабочее напряжение (значение напряженности при этом не изменится), время задержки логического элемента также уменьшится в n раз. Отсюда и жесткая зависимость размеров элементов интегральных микросхем от их производительности.

Впрочем, для минимизации размеров транзисторов необходимо также соответственно масштабировать и другие элементы прибора. Уменьшение длины затвора требует более тонких боковых стенок, менее глубоких истоковых и стоковых переходов и, что в данном случае является самым важным, - более тонкого диэлектрика затвора (двуокиси кремния). При технологических нормах 90 нм его толщина достигает 1,2 нм, что составляет всего 5 атомных слоев. Если и дальше уменьшать толщину слоя диэлектрика, его изоляционные свойства значительно ухудшаются и ток утечки, которым можно пренебречь при больших габаритах элементов транзистора, становится недопустимо большим. Поэтому дальнейшая миниатюризация элементов микроэлектроники превращается в трудоемкую задачу.

С точки зрения физики это вызвано прямой зависимостью электрической емкости пленки диэлектрика затвора от диэлектрической постоянной k материала, из которого он выполнен.
Поэтому высокое значение k - столь желанный показатель для материалов. Судите сами: если значение диэлектрической постоянной для двуокиси кремния составляет 3,9, то, используя другой материал с более высоким значением этого параметра, той же емкости на единицу площади можно достичь при более толстой пленке, и тем самым снизить ток утечки. Именно в этом направлении сегодня двигаются большинство исследователей, и надо сказать небезрезультатно, так как существует немалое количество пленок со значениями k выше, чем у двуокиси кремния (вплоть до 1400!). Однако большая часть из них при соединении с кремнием, к сожалению, теряет термодинамическую устойчивость, а также ряд свойств, необходимых для производства транзисторов. Поэтому для изготовления затвора нужно использовать отличный от поликристаллического кремния материал. По многим причинам более эффективным оказывается сочетание диэлектрической пленки с высоким значением k и металлического затвора (high-k/metal-gate). Именно такой подход недавно удалось успешно реализовать исследователям из Intel. Применив новый сплав для изготовления затвора, они продемонстрировали высокопроизводительные КМОП-транзисторы со стеками high-k/metal-gate. Последние имеют физическую длину затвора 80 нм и толщину изолятора около 1,4 нм. По мнению разработчиков, эта технология позволит осуществить переход на технологические нормы 45 нм. Что касается других реализаций пленок с высоким показателем k, к примеру, Texas Instruments уже более пяти лет работает с силикатами гафния и, по словам специалистов компании, смогла добиться весьма низких значений тока утечки. Как отмечают, такие изоляторы помогут удержать величину токов утечки в допустимых пределах при уменьшении размеров транзисторов в микросхемах. В Texas Instruments заявляют, что кремниевый оксинитрид гафния (HfSiON) обеспечивает необходимый уровень тепловой и электрической совместимости со стандартным КМОП-процессом, а также гарантирует приемлемый уровень подвижности носителей заряда (примерно 90% от аналогичного показателя для диоксида кремния) и стабильность порогового напряжения.


В принципе, потенциал диэлектриков на основе гафния известен давно, однако сложность заключалась в подборе оптимального компонентного состава соединений, и на решение именно этой задачи были направлены усилия Texas Instruments. На фоне оптимизма относительно перспектив материалов с высоким показателем k, нельзя не отметить, что их использование все же порождает ряд проблем. Например, считается, что это приводит к возможному снижению подвижности носителей заряда и смещению порогового напряжения. На один из возможных механизмов снижения подвижности носителей заряда, вызванного генерацией "мягких" фононов, связанных с электронами в канале проводимости, указал в прошлом году Макс Фишетти (Max Fischetti), сотрудник IBM T.J. Watson Research Center, предсказав также значительное снижение тока утечки при использовании его методики. Эффективность данной методики была подтверждена компанией Intel, - ее специалистам удалось снизить обнаруженное IBM рассеяние фононов использованием затвора, состоящего из слоя нитрида титана поверх оксида гафния. Кроме того, частично бороться со снижением подвижности носителей заряда, из-за которой транзисторы срабатывают значительно медленнее, помогает методика "напряженного кремния" (strained silicon). Пожалуй, на этой технологии стоит остановиться подробнее, ведь Intel планирует использовать ее уже при производстве микросхем с проектной нормой 90 нм, то есть совсем скоро. Нельзя не отметить, что идея напряженного кремния предельно проста. Для того чтобы обеспечить удовлетворительный уровень прохождения носителей заряда, специалисты корпорации Intel в буквальном смысле решили растянуть кристаллическую решетку транзистора, тем самым увеличить расстояние между атомами, а значит, и облегчить прохождение тока. При этом инженеры подразделения Logic Technology Development Division разработали два независимых способа "растяжения" кремния для разных типов транзисторов. Напомним, существует два типа CMOS-транзисторов (CMOS, complimentary metal oxide semiconductor - полупроводниковая технология, применяемая при изготовлении всех логических микросхем, включая микропроцессоры и чипсеты): n-типа, обладающие электронной проводимостью, и p-типа - с дырочной проводимостью.


Так вот, в NMOS-устройствах поверх транзистора в направлении движения электрического тока наносится слой нитрида кремния (Si3N4), в результате чего кремниевая кристаллическая решетка "растягивается". В PMOS-устройствах "растяжение" достигается за счет нанесения слоя SiGe в зоне образования переносчиков тока - здесь решетка "сжимается" в направлении движения электрического тока, и потому "дырочный" ток течет свободнее. В обоих случаях прохождение тока значительно облегчается: в первом случае - на 10%, во втором - на 25%. Сочетание же обеих технологий дает 20-30%-ное ускорение протекания тока. Не менее интересна идея перехода к 45-нм технологическому процессу, предложенная компанией AMD. В Токио, на конференции по твердотельным устройствам и материалам (SDDM'2003), AMD продемонстрировала собственные методы борьбы с токами утечки. Ранее в AMD уже сообщали о создании двухзатворного транзистора, а около года назад компания Intel продемонстрировала транзистор с тремя затворами. Теперь свою версию трехзатворного транзистора представили и в AMD. В новой разработке компании объединены сразу несколько перспективных технологий. Во-первых, для создания токопроводящего канала транзистора используется технология полностью обедненного кремния на изоляторе (Fully Depleted SOI - FDSOI). Во-вторых, новые транзисторы будут использовать металлические затворы (изготовленные из силицида никеля, вместо поликристаллического кремния) и иметь "локально напряженный" канал. Такой канал с трех сторон окружен затворами, выполненными из силицида никеля (NiSi). Этот металлосодержащий материал обеспечивает лучшие характеристики по сравнению с традиционным кремнием. Отмечается также, что подобный подход сам по себе обеспечивает более чем двукратное увеличение быстродействия. Стоит сказать, что особенностью SOI-технологий AMD является малая диэлектрическая проницаемость изолирующих пленок, в то время как многие производители работают с пленками с высокой диэлектрической проницаемостью. Использование силицида никеля для создания затворов приводит к возникновению дефектов в кристаллической решетке кремния в токопроводящем канале.


Наличие таких дефектов позволяет электронам быстрее перемещаться по каналу, повышая быстродействие транзистора. Таким образом, технология напряженного кремния компании AMD основана на использовании дефектов кристаллической решетки, которые и применяются для ускорения движения электронов. Сочетание вышеперечисленных технологий позволяет значительно улучшить характеристики транзистора: увеличить ток в открытом состоянии и уменьшить - в закрытом; повысить скорость переключения транзистора и, в конечном итоге, увеличить производительность всей интегральной схемы. В AMD подчеркивают, что по своим характеристикам новая технология превосходит требования Международного плана развития полупроводниковых технологий на 2009 год. Однако в компании полагают, что производство схем на базе новой технологии можно будет развернуть уже в 2007-м. Весьма любопытные результаты в области внедрения техпроцесса с уровнем детализации 45 нм достигнуты Toshiba. На IEDM'2003 японская компания опубликовала данные о результатах тестирования PMOSFET-транзисторов и раскрыла принципы собственного виденья технологии создания напряженного кремния. По данным Toshiba, прирост тока возбуждения в PMOSFET на напряженном кремнии убывает пропорционально уменьшению длины стока, для чего пришлось придумывать достаточно оригинальную технологию изготовления транзисторов, чтобы продолжать получать пользу от напряженного кремния при уменьшении размеров. Речь идет о том, как максимизировать прирост тока возбуждения в NMOSFET- и PMOSFET-транзисторах, чтобы работоспособность КМОП-устройств оставалась на высоком уровне при малом размере. Для исследования свойств были изготовлены CMOSFET-транзисторы с длиной затвора около 40 нм на основе кремний-германиевой технологии (SiGe) с нормами 65 нм. Было также изготовлено устройство на основе обычного, не напряженного кремния. По экспериментальным данным, подвижность носителей положительного разряда в напряженном кремнии повысилась на 33%, электронов - на 107%. Однако при уменьшении длины стока и истока эта разница уменьшалась и достигала примерно 10% при 2 мкм, а при 240 нм в подвижности носителей между напряженным и обычным полупроводником уже не наблюдалось никакой разницы.


Этот эффект исследователи объяснили тем, что "упругое" напряжение, созданное в полупроводнике внешней структурой, которой он обязан своим названием (напряженный кремний) компенсируется напряжением, созданным изоляторами STI (shallow trench isolations), чье влияние становится значимым при уменьшении длины истока и стока. Именно поэтому Toshiba была вынуждена использовать метод напряженного кремния и, не называя точные детали модификаций, сообщила на IEDM'2003 о достижении рекордного показателя тока на уровне 380 мкА/мкм (19%-ное улучшение подвижности носителей по сравнению с обычной технологией) для 2-мкм каналов и 390 мкА/мкм (11%-ное улучшение подвижности носителей по сравнению с обычной технологией) для 240-нм каналов. В Toshiba надеются, что подобный подход поможет улучшить характеристики и следующего поколения полупроводниковых чипов, выпускаемых с соблюдением 45-нм норм. Весьма интересных результатов добились специалисты Института микроэлектроники и информатики Российской академии наук, совместно с британской компанией Sceptre Electronic разработавшие новую архитектуру транзисторов, которая позволяет значительно увеличить их производительность без применения технологии напряженного кремния и дальнейшей миниатюризации. Суть новинки в добавлении примесей с периодически меняющейся концентрацией, благодаря чему значительно повышается подвижность носителей заряда. Российские ученые и их английские коллеги, вместо обычного добавления в кремний атомов примесей равномерно по длине каждой из областей транзистора, решили вносить примесь так, чтобы ее концентрация периодически (с шагом 20-100 нм) изменялась. Для этого была разработана оригинальная модификация ионной камеры, в которой бомбардируемая кремниевыми ионами примесь формирует волнообразную структуру на мишени таким образом, будто бы их пропустили сквозь наномаску. По словам авторов изобретения, данная молекулярная самоорганизация ионов позволяет формировать периодические структуры с малодоступным для современной литографии шагом всего 8 нм.


Напомним, рекорд классической литографической технологии в настоящее время принадлежит компании IBM и составляет 6 нм для длины затвора транзистора и толщины кремниевого канала 4-8 нм. Оказывается, в полупроводнике с периодически меняющейся концентрацией примесей электроны способны двигаться значительно быстрее. Новая технология недорога, легко встраивается в обычный процесс полупроводникового производства и, как рассчитывают ее создатели, сможет составить конкуренцию напряженному кремнию. Хотя до внедрения данной технологии, очевидно, должно пройти немало времени, разработкой российских ученых заинтересовалась компания IQE, представители которой убеждены: технология позволит обрабатывать до 36-38 пластин в час, что почти не уступает литографическому методу. Пожалуй, наиболее интересные результаты исследований на IEDM'2003 представило IBM Research, подразделение компании IBM. Его сотрудники рассказали о разработанной ими технологии получения наноструктур, использующей механизм молекулярной самосборки, "совместимой" с традиционными методами изготовления полупроводниковых компонентов. Ученым IBM удалось получить нанокристаллический массив из полимерных молекул, который, по их заявлению, может служить основой, например, для обычной флэш-памяти. В эксперименте применялись стандартные 200-миллиметровые кремниевые заготовки. По мнению компании, новая разработка позволит существенно упростить изготовление полупроводниковых устройств. Как полагают в IBM, пилотное промышленное внедрение технологии наноструктурной самосборки может начаться уже через три-пять лет. Впрочем, это не единственное громкое достижение компании IBM в ушедшем году - можно вспомнить еще как минимум две передовых разработки в области полупроводников. Необходимо отдать должное специалистам IBM - все они заслуживают пристального внимания. Для начала стоит упомянуть о создании первого транзистора, в котором используется напряженный кремний, размещенный непосредственно на изоляторе (strained silicon directly on insulator - SSDOI) - это, по их утверждению, позволяет добиться повышения быстродействия с одновременным устранением проблем, связанных с массовым производством. Структура SSDOI создана при помощи переноса напряженного кремния, выращенного посредством эпитаксиального метода (слой за слоем) на ненапряженном SiGe, на слой оксида (кремния).


Перед окончательным изготовлением микросхемы слой SiGe был удален. Напряженное состояние слоя кремния сохранялось после выполнения циклов переноса слоев и термической обработки. Увеличение подвижности электронов и "дырок" подтверждено при помощи тестирования MOSFET-транзисторов (полевые МОП-транзисторы), изготовленных по технологии SSDOI. Кроме того, были продемонстрированы полевые транзисторы, изготовленные по технологии SSDOI, размер которых менее 60 нм. По мнению представителей компании, новая технология позволит добиться 80%-ного снижения энергопотребления или 4-кратного прироста быстродействия в сравнении с наиболее передовыми существующими решениями. Кроме того, новая разработка может способствовать значительному прогрессу в такой сфере, как полупроводниковые компоненты для мобильных устройств. К примеру, она способна обеспечить реализацию функций обработки потокового видео в сотовых телефонах. Промышленное внедрение новой технологии IBM начнется, как предполагают, через пять лет. Помимо этого в IBM Research впервые получены транзисторы для КМОП-устройств, в которых применяется гибридная подложка с разной ориентацией кристалла (hybrid-orientation Technology) - это, опять же, обеспечивает увеличение производительности на 40-65% (при уровне детализации 90 нм). Вообще идея постепенной модернизации существующих технологий производства микросхем является наиболее популярной - похоже, что разработчики просто боятся революций. Но изменений не избежать так или иначе и, если говорить о транзисторах, работающих в режиме простого ключа, есть все основания полагать, что в скором времени они будут вытеснены с арены полупроводниковых технологий. Их место могут занять туннельные диоды. Последние были еще изобретены в 1950-х годах, но по сей день практически не применяются из-за сложности интеграции в привычные микросхемы. Ранее казалось, будто эти трудности обусловлены тем, что эффект туннелирования может быть инициирован лишь в случае использования активных зон с одним уровнем потенциального барьера, то есть на границе контакта двух полупроводников (как правило, редких).


Не изменилось ничего и после того, как Лео Есаки (Leo Esaki) продемонстрировал возможность одновременного туннелирования на разных уровнях и создал первый диод методом эпитаксиального роста, за что получил в 1973 году Нобелевскую премию. О туннельных диодах вновь заговорили совсем недавно, когда исследователям университета штата Огайо удалось создать технологию, совместимую с современными КМОП-процессами. Это позволит заменить дорогостоящие высокочастотные узлы на основе арсенида галлия, превращая гетерогенный полупроводниковый чип в гомогенный. В результате использование туннельных диодов, а точнее, нелинейности их вольт-амперной характеристики, позволит создавать логические элементы, содержащие меньшее число транзисторов, а следовательно, занимающие меньше места. В принципе, исследователи уже научились интегрировать туннельные диоды в полупроводниковые чипы, используя технологию низкотемпературного эпитаксиального роста в потоке молекул. Прототипы интегральных туннельных диодов обеспечивают ток, втрое больший, чем у стандартных полупроводниковых диодов, отношение величины пикового тока к стационарному более двух и скорость изменения потенциала около 34 мВ/пс (милливольт на пикосекунду). Наибольшие перспективы относительно туннельных диодов связывают с использованием их вместо шеститранзисторной ячейки SRAM, которая могла бы быть заменена во много раз более эффективной, содержащей один или два управляющих транзистора и туннельный диод. Следует понимать, что о замене транзисторной технологии речь в данном случае все-таки не идет - туннельные диоды, по словам Поля Бергера (Paul R. Berger), профессора из университета штата Огайо, будут лишь дополнять обычные транзисторы. Подразумевается совместное использование туннельных диодов и кремниевых транзисторов в производстве микросхем, что разработчики позиционируют как дешевую альтернативу 90-нм техпроцессу, предполагающую интеграцию туннельных диодов в чип на последних стадиях производства, точно так же, как на микросхему впаиваются медные контакты.


Однако пока инженеры говорят лишь о возможностях новой технологии, а это может косвенно свидетельствовать о достаточно отдаленном ее выходе на массовый рынок. В заключение упомянем о последних рекордах в области полупроводникового производства. На сей раз пальма первенства досталась корпорации NEC, чьи инженеры спроектировали транзистор, длина затвора которого составляет 5 нм - это самый маленький транзистор в мире. Указанная длина затвора примерно вдесятеро меньше, чем допускает наиболее передовая из ныне применяемых технологий серийного производства микросхем. Транзисторы, спроектированные NEC, пока весьма далеки от того, чтобы их можно было применять в составе серийно выпускаемых микросхем. Коммерческие продукты с 6-нм транзисторами появятся не раньше 2020 года. Подводя итог этому повествованию, в который раз убеждаешься в силе инженерной мысли, способной справиться, казалось бы, с непреодолимыми трудностями. Еще года три-четыре назад существовало мнение, будто полупроводниковая технология исчерпала свои возможности и дальнейшая миниатюризация приборов невозможна, однако индустрия здравствует и поныне, и есть все основания полагать, что полупроводниковые интегральные схемы останутся "на коне" как минимум до 2007 года.

Wireless во всех своих проявлениях


Наш рассказ был бы не полным, если бы мы не привели хотя бы несколько примеров беспроводных устройств нового типа. Взять хотя бы продукт компании D-Link - видеотелефон i2eye, снабженный адаптером стандартов 802.11b/g, который предназначен для проведения видеоконференций. Видеотелефон i2eye DVC1100 совместим с другими устройствами, поддерживающими стандарты видеотелефонии Н.323, H.263 и G.711 и может передавать видеопоток с разрешением 352х288 или 176х144 и качеством до 30 кадров в секунду. При этом изображение может выводиться на любой телевизор стандарта PAL/NTSC. Все управление устройством производится с помощью пульта ДУ. Для подключения к локальной сети или высокоскоростному модему имеется Ethernet-порт. Среди других особенностей устройства - система подавления эха, спикерфон и АОН. В России стоимость i2eye DVC1000 составляет $300.

Не менее интересное устройство предлагает компания Hitachi. Это система локального позиционирования, использующая беспроводную сеть передаи данных. Принцип действия данной системы схож с GPS: пользовательское устройство измеряет скорость задержки сигнала. Минимальное количество узлов - три, и они должны быть расположены на расстоянии 100-200 м друг от друга (идеально - в виде сетки). Точность позиционирования составляет 1-3 м. В Hitachi считают, что, несмотря на обилие альтернативных способов позиционирования (GPS, сотовые сети), на рынке существует потребность в системах, обеспечивающих большую точность, и здесь беспроводные сети на порядок опережает конкурентов. Основные области применения системы: контроль за перемещением оборудования и продукции на заводах и складах.

Сингапурская компания iDetect разработала беспроводной сканер Sniffer WFS-1. Это миниатюрное устройство величиной с кредитную карточку позволяет обнаруживать работу беспроводного оборудования и с помощью трех светоиндикаторов отображает уровень сигнала. Питается WFS-1 от двук батареек мощностью 1,5 В. По замыслу разработчиков пользователями Wi-Fi Sniffer станут системные администраторы, которые с его помощью смогут составить точную карту покрытия своей беспроводной сети. Такое решение намного удобнее, чем ноутбук или карманный ПК.

Время собирать камни


Рольф Ричардсон
&laquoЭкспресс-Электроника&raquo, #2/2004

О беспроводных сетях сегодня сказано уже столько, что удивить чем-то действительно новым, пожалуй, не возможно. И все же об одном аспекте сетей говорят реже всего - элементной базе для их построения. Попробуем восполнить этот пробел.

Не секрет, что наиболее распространенными стандартами беспроводных сетей сейчас являются IEEE 802.11b и 802.11g. Оборудование по этим стандартам работает в диапазоне 2,4 ГГц и способно передавать данные с максимальной скоростью 11 и 54 Мбит/с соответственно. Кроме того, именно поддержка 802.11b реализована в платформе Intel Centrino, а поддержка 802.11g войдет в новую версию данной платформы в начале текущего года. Именно это мы будем учитывать при обзоре беспроводных устройств.

Несмотря на одно и то же назначение беспроводного и проводного сетевого оборудования, разница в их установке, монтаже и настройке немалая. Вызвана она различиями в свойствах физических сред, используемых для передачи информации. И если в случае с проводным оборудованием основополагающим законом, описывающим процессы внутри физической среды, является пресловутый закон Ома, то в случае с беспроводным в силу вступают на порядок более сложные законы распространения радиоволн. Отсюда и зависимость между расстоянием от антенны приемника до антенны передатчика от величины сигнала, которая приобретает квадратичный характер. В результате двойное удаление антенны принимающего устройства от беспроводной точки доступа без использования промежуточного усилителя сигнала выливается в четырехкратное падение его величины.

Не стоит также забывать и о том, что радиоэфир значительно более "чувствителен" к различного рода помехам. На скорости передачи данных беспроводных устройств могут сказываться и наличие перегородок, стен и железобетонных перекрытий. Все эти преграды, так или иначе, ухудшают условия приема и передачи радиосигнала.

Также дополнительные помехи на беспроводное оборудование наводят радиотелефоны, Bluetooth-устройства, микроволновые печи и прочие радиоизлучающие приборы.

Самое распространенное беспроводное устройство - клиентский адаптер, который состоит из приемопередатчика и интерфейсного чипа.
Последний может организовать работу адаптера как по средствам стандартного компьютерного интерфейса (PCI, USB, и т. д.), так и соединяясь напрямую с чипсетом системы через собственный канал или будучи интегрированным в него. Вне зависимости от внутренней топологии, клиентские адаптеры беспроводных сетей могут выполняться в оригинальных конструктивах. Наиболее распространены адаптеры внешнего исполнения. Что касается главного - технических характеристик, необходимо отметить: современные беспроводные адаптеры способны обеспечить скорость передачи данных 11 или 54 Мбит/с, этого вполне достаточно для передачи любых данных. Интересно, что на рынке широко представлены адаптеры, позволяющие организовать беспроводный канал со скоростью 22 Мбит/с. Они используют технологию разработки компании Texas Instruments, в которой применяется бинарное кодирование (Packet Binary Convolutional Coding) к протоколу 802.11b, чем и достигается увеличенная вдвое скорость передачи данных. Наиболее распространенный компонент для мобильных ПК, имеющих возможность беспроводной связи, - адаптер Intel PRO/Wireless 2100, компонент платформы Intel Centrino, который отвечает спецификациям стандарта IEEE 802.11b. Он оснащен встроенными средствами безопасности, включая технологии WEP и VPN, с возможностью программного обновления до WPA. Кроме того, платформа Centrino поддерживает технологию Cisco LEAP с возможностью программного обновления до Cisco Compatible Extensions. Устройства, выполненные на базе интерфейса USB, принято считать наиболее компактными беспроводными адаптерами внешнего типа. Нередко они выполняются в виде брелков. Так, например, компания Benq предлагает миниатюрный внешний адаптер AWL400 с интерфейсом USB 1.1. Данное устройство отвечает стандарту 802.11b и обеспечивает передачу данных со скоростью до 11 Мбит/с. Согласно информации Benq, адаптер поддерживает соединение на расстоянии до 100 м в помещении и до 400 м - на открытых пространствах, что, по заявлению изготовителя, намного превосходит характеристики аналогичной продукции других производителей.


Конструкция устройства позволяет поворачивать его на 180° в вертикальной плоскости, что может способствовать повышению качества связи. В качестве криптозащиты в AWL400 используется протокол WEP с длиной ключа 64 или 128 бит. На корпусе имеется светодиодный индикатор работы. Размеры устройства составляют 122х27х13 мм, вес - 30 г. В комплекте с адаптером поставляются драйверы для операционных систем Windows 98SE/Me/2000/XP. На европейском рынке адаптер Benq AWL400 продается по цене $80. Схожее устройство предлагает компания MSI. Брелок UB11B (MS-6823) подключается к USB-порту и обладает теми же скоростными характеристиками. На устройстве есть светодиодный индикатор, отображающий как наличие напряжения, так и сетевую активность. Дальность работы устройства на открытом пространстве 50-300 м, в помещении от 10 до 100 м. Длина ключа WEP-шифрования стандартная - 64/128 бит. Не менее интересны устройства, подключаемые по интерфейсу PCMCIA и предназначенные для применения в составе ноутбука. По размерам они способны составить конкуренцию предыдущему классу адаптеров. Так, например, адаптер компании JAHT - WN-4054P - имеет размеры 118x54x7,5 мм, а его вес составляет 45 г. Впрочем, это типичное решение с интерфейсом PCMCIA. JAHT WN-4054P поддерживает стандарт 802.11g. Карта может работать в следующих режимах связи: Ad-Hoc, Peer-to-Peer и Infrastructure и способна определять стандарт вещания соседей по эфиру (802.11b или 802.11g), чтобы обеспечить требуемую скорость передачи данных и совместимость с адаптерами используемого стандарта. Защита данных осуществляется методом WPA (Wi-Fi Protected Access) и 64/128-разрядным шифрованием по алгоритму WEP. Кроме того, в адаптере реализованы технологии энергосбережения, позволяющие продлить время автономной работы ноутбука. При этом мощность излучения встроенной антенны составляет 15 дБмВт. В комплекте с картой поставляются драйверы для ОС Windows 98SE/Mе/2000/XP. Аналогичный продукт есть в ассортименте фирмы Linksys. Двухдиапазонный адаптер WPC54G выполнен в формате PC-карты и отвечает спецификациям 802.11b и 802.11g.


В карте реализована поддержка системы 64- и 128-разрядного шифрования WEP. Устройство поддерживает работу с операционными системами Microsoft Windows 98, Me, 2000 и XP. Габаритные размеры карты составляют 115х54х7,5 мм, вес - 47 г. Адаптер компании D-Link, DWL-650+, также представляет собой устройство формата PCMCIA, поддерживающий стандарт 802.11b. Максимальная длина ключа для WEP-шифрования составляет 256 бит. Особенностью D-Link DWL-650+ является реализация режима горячей замены. На корпусе устройства имеются два светодиодных индикатора - питания и сетевой активности. Несколько более простое устройство выпускает компания Planet. Адаптер WL-3555 представляет собой типичный адаптер стандарта 802.11b со скоростью передачи 11 Мбит/с. Он выполнен в формате PCMCIA, оснащен одним сигнальным светодиодом напряжения. Индикатор сетевой активности отсутствует. Аналогичные продукты есть и в соответствующей линейке продукции одного из лидеров рынка беспроводного оборудования, компании Cisco. Адаптер Cisco AIR-PCM350 поддерживает стандарт 802.11b. Длина ключа WEP-шифрования - 128 бит. Карта оснащена индикаторами сетевой активности и питания. Интересно, что на основе модели PCM350 выпускается вариант, рассчитанный на установку в PCI-слот, который представляет собой, по сути, эту же карту, но инсталлированную на переходник PCI с возможностью подключения внешней антенны. Существуют и "дальнобойные" адаптеры для сетей стандарта 802.11b с интерфейсом PCMCIA. Такой продукт выпускает компания SMC Networks. Адаптер EliteConnect High Power SMC2532W-B, работает в диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 22 Мбит/с. Мощность излучения в новой карточке повышена до 200 мВт. Согласно информации производителя, это позволяет увеличить дистанцию работы до 810 м, что втрое больше, чем у аналогичных устройств, в том числе и производства самой SMC Networks. Данный показатель можно увеличить, подключив к карточке специальную антенну, для чего предусмотрены два коаксиальных микроразъема MMXI.


Защита данных обеспечивается протоколом WEP со стандартной длиной ключа. Особый интерес представляют продукты, комбинирующие ряд функций. Например, SanDisk предлагает устройство, способное не только связывать КПК в беспроводные сети, но и хранить данные. Карточка SanDisk Connect Plus сочетает CompactFlash-носитель емкостью до 128 Мбайт и беспроводной интерфейс. Конфиденциальность связи обеспечивается WEP-шифрованием. Использование одного слота для двух устройств - флэш-носителя и беспроводного адаптера - обеспечивает максимальное удобство для пользователей КПК с ограниченными возможностями подключения периферии. Пользователи ноутбуков без интегрированных карт-ридеров также могут подключить это устройство - в комплекте с SanDisk Connect Plus поставляется адаптер PCMCIA. Устройство работает под управлением ОС Windows ME/2000/XP или PocketPC (WinCE 3.0 и более новых). Наиболее важный элемент беспроводных сетей - точка доступа (Access Point). Это устройство во многом аналогично клиентскому адаптеру. Как и последний, оно состоит из приемопередатчика и интегрированного интерфейсного чипа, но наделено большим количеством интеллектуальных функций и более сложной электроникой. Точки доступа призваны выполнять самые разнообразные функции, в том числе функции моста между беспроводными и кабельными участками сети. Конструктивно точки доступа могут быть выполнены как для наружного (защищенный вариант), так и для внутреннего офисного использования. Что касается функциональности, у различных точек доступа она может существенно разниться, иногда предоставляя средства диагностики и контроля сети, удаленной настройки и устранения неисправностей. Кроме того, в последнее время появились точки доступа, позволяющие производить многопользовательский обмен файлами (их трансляцию), минуя сервер. Также постоянно растет популярность устройств, интегрирующих в себе функции маршрутизатора. На российском рынке широко представлены беспроводные точки доступа производства Cisco Systems. Точка доступа Cisco AIR-AP1120B относится к хорошо знакомой любому специалисту серии Aironet 1100.


Это точка доступа стандарта 802. 11b имеет только один порт Ethernet 10/100. Применяемая в нем антенна встроенная, несъемная. Оригинально решен способ подключения питания через Ethernet-кабель с помощью идущего в комплекте адаптера, что избавляет от необходимости протягивать дополнительный силовой кабель при установке точки доступа. Точка доступа Aironet 350 Series Rugged Access Point предназначена для работы в неблагоприятных условиях (устойчиво работает при температуре от - 20 до 55 oC. По заявлению производителя, она идеально подходит также и для работы в условиях, когда требуется подключение дополнительных антенн для повышения мощности передаваемого сигнала. Основные характеристики Aironet 350 Series Rugged AP следующие. Используемый стандарт - 802.11b. Поддерживается протокол Extensible Authentication Protocol (централизованная пользовательская аутентификация и 128-битовое шифрование данных с индивидуальными ключами), автоматический выбор канала, протоколы CDP, DHCP, BOOTP, опции фильтрации (Ethernet и Radio) для специфичных приложений и др. На металлическом корпусе (сертифицирован по UL 2043) устройства имеется два антенных коннектора RP-TNC для подключения дополнительных антенн. Кроме того, точки доступа серии Cisco Aironet 350 поддерживают подачу питания через порт Ethernet, что упрощает и сокращает общую стоимость инсталляции и эксплуатации. Многофункциональное устройство производится компанией LinkSys, входящей ныне в состав Cisco Systems. Ее точка доступа Wireless-G VPN Router способна также выполнять функции коммутатора/маршрутизатора для беспроводных сетей стандартов 802.11b/g. Новинка ориентирована на сектор SOHO и имеет стандартную для своего класса конфигурацию: точка доступа для работы с устройствами, оснащенными адаптерами, и четыре порта Ethernet 10/100 для проводных подключений. В основе устройства - процессор для сетевых приложений Intel IXP425, а в качестве операционной системы используется Linux. Wireless-G VPN Router поддерживает шифрование данных по протоколу WEP, работу в режиме VPN и может осуществлять контроль пакетов (Stateful Packet Inspection).


Это позволяет использовать его как брандмауэр для локальной сети. Цена Linksys Wireless-G VPN Router (WRV54G) около $230. Беспроводная точка доступа SMC Networks SMC2670W предназначена для подключения устройств с Ethernet-интерфейсами к беспроводным сетям. SMC2670W поддерживает стандарт 802.11b (2,4 ГГц, 11 Мбит/с, до 250 м), устанавливается и работает без драйверов в системах под управлением Windows 98/Me/NT/2000/XP, поэтому позволяет подключить к беспроводной сети практически любое Ethernet-устройство в режиме Plug-and-Play, без установки программного обеспечения. Помимо этого, новый адаптер поддерживает режим дополнительной настройки через веб-браузер или программную утилиту для Windows, обеспечивает 64- или 128-битное шифрование по протоколу WEP. Присутствует на рынке беспроводных точек доступа и компания Gigabyte Technology. Ее продукт Gigabyte GN-B49G тоже дополнен функциями маршрутизатора и предназначен для обеспечения доступа в Интернет с любого компьютера, входящего в состав беспроводной сети стандарта 802.11g. По утверждению разработчиков, GN-B49G позволяет удвоить производительность беспроводной сети и повысить скорость передачи данных с 54 до 108 Мбит/с. Кроме того, новинка имеет упрощенную систему настройки и конфигурации: функция Smart Detection автоматически определяет тип интернет-соединения, а функция Smart Setup присваивает каждому компьютеру IP-адреса, не конфликтующие друг с другом. Также в маршрутизаторе GN-B49G реализована фирменная технология Gigabyte Extended Distribution Wireless System (EDWS), расширяющая возможности топологии Wireless Distribution System (WDS), предназначенной для распределения "обязанностей" между точками доступа. Если при использовании системы WDS, занятые точки доступа могут лишь передавать информацию, то благодаря EDWS эти точки доступа сохраняют способность подключать (соединять) клиентов беспроводных сетей. Точка доступа GN-B49G поддерживает системы шифрования WEP с 64-, 128- и 152-разрядными ключами, а также технологию WPA.


К тому же устройство имеет встроенный брандмауэр. Заботливым родителям и строгим работодателям понравится реализованная в GN-B49G функция блокирования доступа к некоторым сайтам в Интернете или к данным определенного содержания. Точка доступа производства D-Link, DWL-900AP, работает на частоте 2,4 ГГц и способна организовать передачу данных со скоростью 11 Мбит/с. В режиме моста DWL-900AP она может подключаться к другому такому же устройству для расширения зоны охвата беспроводной сети. Из нескольких точек доступа DWL-900AP можно создать радиосеть с несколькими ячейками для расширения зоны покрытия (более 100 м внутри помещения и свыше 300 м вне помещения для каждой точки). Съемная антенна с разъемом SMA позволяет подключать внешнюю антенну для увеличения радиуса действия и улучшения качества связи. Несколько более продвинутая точка доступа - DWL-900AP+ поддерживает помимо вышеперечисленных функций вдвое большую скорость передачи данных (до 22 Мбит/с) и 256-разрядное шифрование данных. Есть в линейке D-Link и точка доступа, совместимая со стандартом 802.11g. Этот маршрутизатор/коммутатор AirPlus Xtreme G DI-624 оснащен четырьмя портами Ethernet 10/100 и совместим со стандартом 802.11b. Маршрутизатор построен на основе чипсета Prism GT производства Intersil и имеет встроенный брандмауэр с поддержкой аутентификации по аппаратному MAC-адресу клиента, поддержку Stateful Packet Inspection (мониторинга входящих пакетов), фильтрацию контента, а также базовыми функциями блокировки по адресами IP и URL и т. д. В качестве криптозащиты используется механизм WEP с ключом длиной 64 или 128 бит. Другой маршрутизатор компании D-Link - AirPlus DI-714P+, предназначен для работы в сетях стандарта 802.11b и 802.11a. Он содержит в себе точку доступа, Ethernet-коммутатор и принт-сервер. Максимальная скорость передачи данных составляет 22 Мбит/с на расстояние до 100 м. При этом устройство может задействовать до 11 радиоканалов при работе в диапазоне 2,4 ГГц и 8 - при работе на 5 ГГц. Также устройство имеет четыре порта Ethernet 10/100, один LPT-порт, антенны дипольного типа, поддерживает протокол защиты WEP с 64/128/256-битным ключом.


Мощность приемопередатчика D-Link DI-714P+ составляет 15 +/-2 дБ/м, а размеры - 91,2х54х36, 4 мм при весе 907 г. Примерная цена устройства - $190. Внешняя точка доступа для сетей 802.11g от компании Netgear - WG602 -обеспечивает максимальную скорость 54 Мбит/с. К компьютеру устройство подключается через порт Ethernet 10/100 (сетевой кабель прилагается в комплекте). Антенна - съемная, чувствительностью 2 dBi (децибел относительно изотропного излучения). Для защиты данных в WG602 использованы алгоритм WEP с стандартной длиной ключа и аутенфикация клиентов по MAC-адресу. Питание осуществляется от внешнего 12-вольтного адаптера. Размеры устройства составляют 28x175x118 мм, вес - 300 г. Новый продукт компании ASUS - WL-330 - имеет весьма компактные размеры и совмещает функции трех устройств: точки доступа, беспроводного моста/повторителя и адаптера Ethernet. Он оснащен двумя интегрированными антеннами. Еще одно достоинство данного устройства - упрощенная процедура установки и настройки, не требующая знания TCP/IP. Для работы в режиме точки доступа не требуется никаких дополнительных драйверов и конфигурирование происходит автоматически при подключении WL-330 к сети Ethernet. В режиме адаптера Ethernet WL-330 по умолчанию ищет все доступные маршрутизаторы и подключается к имеющему самый сильный сигнал (нажатием на кнопку Reset можно переключиться на другой маршрутизатор). Поддержка Wireless Distribution System позволяет использовать WL-330 для прямого соединения нескольких сетей. Настройка сетевых параметров и WDS может также выполняться удаленно. Следующий ключевой тип беспроводных устройств - беспроводный мост (Wireless Bridge). Его основное назначение - сочленение географически разделенных участков беспроводных сетей. Обычно беспроводные мосты способны надежно удерживать связь на расстояниях до 300 м в условиях прямой видимости. При этом такие устройства весьма просты в использовании. Необходимо отметить, что в настоящее время количество устройств данного типа на рынке сильно уменьшилось.


Дело в том, что функциями беспроводных мостов в полной мере обладают все современные точки доступа. Впрочем, компания Linksys Group до сих пор производит мост, который позволяет подключать любые устройства, оснащенные портами Ethernet, к сетям стандарта 802.11b. Данный беспроводный мост предоставляет возможность создания домашних беспроводных сетей и может выполнять роль адаптера 802.11b для компьютеров всех видов (драйверы устройству не требуются) в корпоративных сетях. Возможно применение моста для создания временного беспроводного соединения между различными Ethernet-устройствами, например между маршрутизаторами. Подключив мост к концентратору, можно соединить с беспроводной сетью до 30 клиентов. Не последнее место среди оборудования для беспроводных сетей занимают антенны и прочие аксессуары. Если учесть, что беспроводные клиентские адаптеры поставляются со стандартными антеннами, которые поддерживают относительно небольшую дальность передачи данных, важность использования всенаправленных антенн, кабелей с малыми потерями, молниеразрядников и других устройств весьма актуальна. Имеющиеся сегодня на рынке специализированные антенны бывают двух типов. Одни созданы для организации сетей с топологией "точка-точка" - однонаправленные, другие - "точка-многоточка" - всенаправленные. Как следствие, антенны разного назначения имеют разный коэффициент усиления. Наиболее эффективными антеннами на сегодня принято считать те, которые называют интеллектуальными. Они используют фазированную антенную решетку, с помощью которой можно не только обеспечить большое число контактов с клиентскими станциями, при высокой их плотности, но и наоборот - максимально ограничить зону работы приемопередатчика точки доступа, во избежание возможности внешних атак. Нужно отметить, что стоимость таких антенн весьма высока, в основном они используются операторскими компаниями для строительства крупных сетей. Наконец, еще один элемент беспроводных сетей, без которого в ряде случаев не возможно организовать полноценного удаленного доступа, это устройства для соединения антенны и точки доступа при их взаимном удалении.Представить себе случаи, в которых антенная колонка и точка доступа могут быть разнесены не сложно - это и способы избежания влияния климатических условий на электрическую часть приемопередающего устройства, и желание обеспечить физическую безопасность точки доступа. Антенные усилители диапазона 2,4 ГГц предназначены для компенсации потерь в кабеле между антенной и приемопередатчиком, увеличения выходной мощности передатчика и повышения стабильности работы приемника. Наибольшее применение в настоящее время получили усилители с выходной мощностью 500 мВт в совокупности с параболическими антеннами (усиление 24 dBi), что позволяет практически любой точке доступа увеличить дальность действия до 50 км.

AMD Turion 64 - новый этап конкуренции


Александр Лось
"Экспресс-электроника", #06/2005

Успех платформы Intel Centrino подвигнул производителей мобильных платформ на более активную деятельность в данном сегменте: сначала компания AMD представила серию мобильных чипов Turion 64, а за ней последовала и VIA, выпустившая процессор C7-M. Похоже, мы становимся свидетелями очередного этапа борьбы между компаниями на мобильном рынке.

Для начала стоит рассказать о грандиозных планах AMD относительно рынка мобильных процессоров. Они представляются еще более интересными, если учесть, что сегодня на рынке мобильных компьютеров фактически царит монополия Intel. К примеру, отчеты аналитиков свидетельствуют о том, что продукты на базе Pentium M в прошлом году занимали на некоторых рынках 90-95%!

Тем не менее с выходом мобильного процессора Turion 64 компания AMD планирует увеличить свою долю на рынке чипов для ноутбуков с 5-8% до минимум 12-15%. Причем бороться с конкурентами компания будет не в одиночку, а в коалиции со многими ведущими поставщиками ПК. В частности, по предварительной информации, только HP в 2005 году может увеличить долю лэптопов на базе процессоров AMD с 20-30% от общего объема выпускаемых ею мобильных ПК до 50%. Первым шагом Hewlett-Packard на этом пути стало серьезное обновление линейки ноутбуков, к которой добавились сразу девять моделей на базе процессоров AMD, в том числе 64-битного Turion. Причем обновления коснулись и такой перспективной с точки зрения объемов продаж категории мобильных ПК, как легкие и тонкие, а также затронули и бюджетные («замена десктопу») и мультимедианоутбуки: Pavilion dv1000, ze2000, zv6000, dv4000, zd8000, Presario M2000, R4000, V4000, V2000. Ожидается, что все они появятся в продаже в июне-июле. Компания Acer тоже планирует увеличить поставки ноутбуков с чипами AMD на 20-30%. Впрочем, и в 2004 году она выпустила до 1,2 млн таких ноутбуков, тогда как весь объем проданных ею ноутбуков, по данным IDC, составил 3,9 млн. ASUSTek представит в этом году шесть новых моделей на мобильных чипах AMD (в 2004 году на долю AMD приходилось 5% поставок ноутбуков этого производителя).
О планах использования процессоров AMD в своих линейках объявили Fujitsu Siemens Computers, Averatec, BenQ, MSI и Packard Bell. Давайте перейдем к описанию платформы Turion 64. Сразу скажем, что ничего революционного новый процессор в себе не несет. По совокупности основных технических характеристик это все тот же хорошо известный чип AMD K8 - Athlon 64, но с меньшими показателями тепловыделения. Как этого удалось добиться при неизменности основных характеристик процессора (табл.1) по сравнению с настольной версией? По некоторым данным - благодаря использованию модернизированных особым образом транзисторов и внедрению дополнительного энергосберегающего режима, оптимизированного для мобильных компьютеров. Не густо, конечно, но надо ли больше пользователю, если учесть, что короткоконвейерные процессоры Athlon 64 в плане расхода электроэнергии гораздо экономичнее чипов Pentium 4? Кроме того, зачем изобретать велосипед, если главная цель в конкурентной борьбе с Pentium M (по крайней мере на уровне технических характеристик) достигнута. Расчетное тепловыделение энергоэкономичной линейки процессоров Turion 64 составляет 25 Вт, тогда как TDP новых процессоров Pentium M на ядре Dothan достигает 27 Вт. Сравнивать энергетические характеристики Pentium M и Turion 64 не совсем уместно, ведь компании берут за основу разные методики расчета тепловыделений, но, так сказать, на глазок наблюдается определенный паритет. Если же сравнить прочие характеристики, то Turion 64 смотрится даже более привлекательно, чем конкурент. У него интегрированный на кристалл контроллер памяти, вдвое больший, чем у Pentium M, объем кэш-памяти первого уровня, соизмеримая полоса пропускания шины памяти (2,1-3,2 Гбит/с против 2,7-8,5 Гбит/с у Pentium M), более гибкая межкомпонентная архитектура HyperTransport 800, плюс поддержка большего числа набора SIMD-инструкций (в дополнение имеются 3DNow! Professional, SSE3) и, конечно, разрядность 64 бит (Pentium M - 32-битный). На рынок выпущены две модификации Turion 64 - производительная с тепловыделением 35 Вт, способная стать хорошим решением для ноутбуков класса «замена настольного ПК», и менее мощная, с показателем тепловыделения 25 Вт.


Соответственно, для чипов новой линейки применяется новая система индексации, которая предусматривает наличие двух букв и цифр. Первая буква (M) означает, что чип мобильный. Вторая буква в названии модели указывает на класс энергопотребления - чем ближе она к концу алфавита, тем экономичнее чип. Число является сравнительной характеристикой производительности процессора. Сегодня на рынке имеются следующие версии Turion 64: ML-37, ML-34, ML-32, ML-30, MT-34, MT-32 и MT-30, стоимостью $354, $263, $220, $184, $268, $225 и $189 соответственно (в партиях по 1 тыс. шт.).

64-битный Turion 64 имеет интегрированный на кристалл контроллер памяти и вдвое больший, чем у Pentium M, объем кэш-памяти первого уровня

Характеристика AMD Turion 64 Intel Pentium M (Dothan)
Техпроцесс, нм 90 90
L1-кэш, кбайт 128 (64+64) 64 (32+32)
L2-кэш, Мбайт 1/0,5 (эксклюзивный) 2 (инклюзивный)
Процессорная шина, МГц/полоса пропускания, Гбайт/с HyperTransport 800/6,4 AGTL+ 533/4,3
Контроллер памяти Интегрированный, 64-бит, DDR400, ECC Внешний (915pm), 64/128-бит, DDR333/DDR2-533
Полоса пропускания памяти, Гбайт/с 2,1–3,2 2,7–8,5
Расчетное тепловыделение (max), Вт 25 (MT), 35 (ML) 27
Таблица 1. Характеристики Turion 64 и Pentium M (Dothan)

Индекс модели Заявленное тепловыделение, Вт Тактовая частота, ГГц Объем кэш-памяти 2-го уровня
ML-40 35 2,2 1
ML-37 35 2 1
ML-34 35 1,8 1
ML-32 35 1,8 0,5
ML-30 35 1,6 1
MT-34 25 1,8 1
MT-32 25 1,8 0,5
MT-30 25 1,8 1
Таблица 2. Модельный ряд линейки Turion 64 Обращает на себя внимание и ценовая политика компании AMD на новые процессоры. Согласно ей, цены на Turion 64 примерно на 13% ниже, чем на Intel Pentium M (Dothan). Однако, по мнению ряда наблюдателей, чтобы заметно потеснить Intel, от AMD требуется гораздо более агрессивное удешевление мобильных продуктов - разница должна составлять не менее 25%. Очевидно, это дело времени. Отрадно, что к выходу Turion 64 было приурочено немало анонсов чипсетов для него.


Ведь, согласитесь, разработать хороший процессор недостаточно. Куда важнее создать предпосылки для его применения в готовых продуктах. Впрочем, даже несмотря на то, что AMD не разрабатывала для Turion 64 специальных мобильных чипсетов и уж тем более, по аналогии с Intel Centrino, не собирается продвигать его как платформу, ограничений в плане наличия качественной «обвязки» для него не будет. На сегодня для Turion 64 разработаны четыре чипсета - от VIA Technologies и Silicon Integrated Systems. Рассмотрим их поближе. VIA K8N800A - интегрированный набор системной логики для ноутбуков, поддерживающий, помимо Turion 64, процессоры Mobile Athlon 64 и Sempron. Чипсет использует 128-разрядное графическое ядро S3 Graphics UniChrome Pro с поддержкой разделяемой памяти DDR и технологией Chromotion CE Video Display Engine, со средствами аппаратного декодирования MPEG-2. Кроме того, VIA K8N800A позволяет снабжать мобильный ПК внешним портом AGP 8x для установки отдельной видеокарты. SiS выпустила три чипсета под процессоры Turion 64: SiSM760, SiSM761GX и SiSM770. Новые чипсеты построены на основе фирменной технологии HyperStreaming, включающей в себя поддержку шины HyperTransport; имеют встроенные графические контроллеры SiS Mirage, а также поддерживают использование более мощных видеокарт через интерфейс AGP 8х (модель SiSM760) или PCI Express x16 (SiSM761GX и SiSM770). В качестве южного моста к чипсетам SiSM760 и SiSM761GX предлагается микросхема SiS966L, имеющая встроенный контроллер Ethernet 10/100, кодек Intel High Definition Audio, четырехпортовый контроллер Serial ATA и двухканальный контроллер ATA133. Поддерживаются до восьми портов USB 2.0, до двух слотов PCI Express x1, а также дисковые RAID-массивы уровней 0, 1, 0+1, JBOD. Связь между северным и южным мостами обеспечивает шина SiS MuTIOL. Чипсет SiSM770 работает с южным мостом SiS966, снабженным контроллером Gigabit Ethernet, кодеком High Definition Audio, четырехпортовым контроллером Serial ATA и двухканальным контроллером ATA133.


Поддерживаются два слота PCI Express x1 и до восьми портов USB 2.0. Впрочем, попавший в нашу тестовую лабораторию ноутбук ASUS A6K, к сожалению, не использует ни один из описанных чипсетов, ведь, помимо специально ориентированных на Turion 64 решений, этот процессор может применяться и с любыми другими чипсетами для платформы Athlon 64 (Socket 754), например с SiS 755FX. Более того, данная модель использует версию Turion 64 (ML-40, 2,2 ГГц, 1 Мбайт), предназначенную для достижения максимальной производительности, то есть обладающую достаточно высоким тепловыделением, 35 Вт. Насколько правомочен выбор конкурентной системы, мы предложим решить читателю самому, но учитывая отсутствие сегодня на рынке каких-либо других продуктов на базе Turion 64, предположим, что принятые нами допущения вполне оправданы. Несколько слов о самом ноутбуке. Модель обладает 15,4-дюймовым широкоэкранным дисплеем (1280х800, доступен вариант с разрешением 1680x1050), используется память DDR 333 МГц (в нашем случае ее объем составляет 1 Гбайт, но для тестов один модуль памяти был изъят - для приведения тестовых систем в равные условия), жесткий диск с частотой вращения 5200 об/мин объемом 80 Гбайт. Видеокарта - NVIDIA GeForce Go6200 с объемом памяти 256 Мбайт. В ноутбук встроена цифровая камера с разрешением 1,3 мегапикселя. Есть адаптер Wi-Fi (802.11b/g), а также стандартный набор портов. Размеры ASUS A6K: 354x284x23 мм при весе 2,8 кг. Этот ноутбук - типичный представитель систем класса «замена настольного ПК». Конфигурация конкурента (Fujitsu Siemens Lifebook E8020) такова: процессор Pentium M с частотой 2,13, чипсет 915PM, графический контроллер ATi X600 (сравнимый по уровню производительности с NVIDIA GeForce Go6200), а также оперативная память стандарта DDRII объемом 512 Мбайт (в двухканальном режиме). Для наглядности мы привели результаты и некоторых других тестовых систем из прошлого тестирования ноутбуков.

Diag1.shtml






Диаграмма 1. WinRAR 3.21 — время архивирования, мин:с (меньше — лучше).


Diag2.shtml








Диаграмма 2. Производительность в комплексных тестах, баллы.


Diag3.shtml








Диаграмма 3. MobileMark 2002, время работы от батареи, часы:мин.


Какой ценой?


Первое, что приходит на ум, когда смотришь на результаты тестирования, это, конечно же, понимание мотивов выпуска компанией Intel новой версии платформы Centrino под кодовым названием Sonoma. Если учесть, что конфигурация на базе Turion 64 в большинстве проведенных нами тестов уверенно опережает Pentium M 2,0 ГГц на базе «старого» чипсета i815, становится понятно, что появление на свет Sonoma было продиктовано вовсе не желанием пользователей повысить функциональность своих ноутбуков. Очевидно: не выйди на рынок платформа Sonoma, скорое появление конкурентного чипа от AMD (о выходе которого, кстати, было объявлено еще до появления на рынке новой мобильной платформы Intel) могло бы существенно повлиять на расстановку сил на рынке мобильных компьютеров. Видимо, учитывая это, маркетологи Intel решили форсировать эволюцию мобильных платформ, внедрив в ноутбуки память нового поколения (DDR-2) и интерфейс SATA, необходимость которых в сегменте мобильной техники не очевидна. В итоге сегодня мы имеем превосходство процессоров Pentium M по части производительности, вопрос только - какой ценой? Уменьшенное время автономной работы по сравнению со «старыми» ноутбуками, сюда же можно добавить малозаметный прирост быстродействия, а иногда еще и неоптимизированное охлаждение новых ноутбуков. Конечно, мы наблюдаем победу ноутбука на базе процессора Intel, но стоит ли овчинка выделки? Предлагаем вам ответить на него самим.

Что же до нового процессора Turion 64, видно, что продукт этот получился удачным. Безусловно, без ознакомления с энергоэкономичной версией Turion 64 окончательных выводов мы делать не станем. Пока же скажем, что это новый виток конкуренции, от которой в конечном итоге выиграет любой пользователь.

Результаты тестирования


Итоги первого теста предопределили итог всего тестирования. Как видно по результатам архивирования в WinRAR 3.21, больший объем кэша второго уровня, а также более скоростная память DDR2-533 дают процессорам Pentium M значительное преимущество. Впрочем, более высокая частота Turion 64 ML-40 (2,2 ГГц), по сравнению с другой конфигурацией - на базе Pentium M 2,0 ГГц и «старого» чипсета i855, работающего в одноканальном режиме с памятью DDR333, все-таки позволяет вырваться ему вперед.

В комплексных тестах ситуация повторяется. Хотя здесь надо сделать оговорку, что из-за использования в тестовых системах разных графических акселераторов к результатам данного тестирования нельзя относиться как к вполне закономерным. Мы постарались минимизировать влияние производительности графических акселераторов на общий результат, установив небольшое разрешение экрана и переложив тем самым основную нагрузку по прорисовке тестовых сцен на процессор. В тестовом пакете 3DMark03 ноутбук на базе Turion 64 уверенно обгоняет мобильный ПК на базе Pentium M 2,0 ГГц с интегрированным графическим контроллером. А вот в тесте MobileMark 2002 процессор Turion 64 показал себя неплохо, хотя конкурентные системы на платформе Sonoma все же не догнал.

Переходя к результату тестирования в MobileMark 2002 на время автономной работы, отметим, что тестируемый ноутбук использует процессор, в котором основной упор сделан на уровень производительности, вследствие чего выдающихся показателей времени автономной работы ждать от него не приходится. Собственно, так и получилось - время работы ноутбука на базе Turion 64 оказалось непродолжительным. Но выводов по итогам тестирования мы делать не станем, отложим их до появления в нашем распоряжении ноутбука на базе энергоэкономичной версии Turion 64.

Архитектура


Как можно понять по названию, Turion X2 представляет собой мобильный двуядерный процессор. А как не сложно догадаться по сроку выхода, ближайшая и наиболее похожая настольная платформа – AMD AM2. Действительно, Turion X2 – адаптированная для мобильных нужд версия AM2. Правда, здесь используется другой сокет – Socket S1. От AM2 он отличается изрядно.

Справа на иллюстрации изображён Socket AM2, слева – Socket S1

В результате корпус процессора получился более компактным, хотя сам кристалл, наоборот, заметно вырос в размерах.


Увеличить
Кристалл Turion X2 выглядит весьма внушительно

Разобравшись с внешним видом процессора и сокетом, в который он устанавливается, самое время поговорить о его архитектуре. Глобальных изменений не произошло (впрочем, они и не ожидались) – по большому счёту, это всё та же старая добрая платформа K8. Впрочем, с каждой новой версией она всё-таки приобретает дополнительную функциональность, что не может не радовать. Для большей наглядности приведём эволюцию мобильных процессоров AMD.

Процессор Mobile Athlon 64 Turion Turion X2
Количество ядер 1 1 2
Технология виртуализации Нет Нет Есть
Кэш L1 инструкций 64 кбайт 64 кбайт 2 x 64 кбайт
Кэш L1 данных 64 кбайт 64 кбайт 2 x 64 кбайт
Кэш L2 512 или 1024 кбайт 512 или 1024 кбайт 2 x 256 или 2 x 512 кбайт
Интегрированный контроллер памяти DDR-200, DDR-266, DDR-333, DDR-400
только одноканальный режим
DDR2-400, DDR2-533, DDR2-667
поддержка двухканального режима
Наборы инструкций 3DNow!, SSE, SSE2 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3 3DNow!, SSE, SSE2, SSE3
Сокет Socket 754 Socket S1
Техпроцесс 0,13/0,09 SOI 0,09 SOI 0,09 SOI

Имеет смысл выделить несколько ключевых моментов, отличающих новый Turion X2: Первое и, конечно же, главное – наличие двух ядер. Как вы могли заметить, двуядерность здесь реализована по классической для AMD схеме: каждое ядро располагает собственным кэшем второго уровня, а между собой ядра «общаются» через внутреннюю шину.
Такой подход выгодно отличается от используемого в Pentium D (там ядра могут передавать друг другу информацию только через FSB), но Core Duo обладает более прогрессивной архитектурой (общий кэш второго уровня, через который процессоры и связаны между собой). Digital Media Xpress. Под этими словами подразумевается поддержка самого широкого набора инструкций: MMX, 3DNow!, SSE, SSE2 и SSE3. Впрочем, прямой конкурент Turion X2, коим является Intel Core Duo, также располагает поддержкой большинства этих наборов – за исключением лишь 3DNow!, фирменного набора инструкций AMD. Наконец-то компания AMD как следует поработала над контроллером памяти. Помимо того, что теперь он работает с памятью DDR2 с тактовыми частотами от 400 до 667 МГц, появилась поддержка двухканального режима. Как результат, это даёт до 10,7 Гбайт/с пропускной способности.

Характеристики во многом похожи на Athlon 64 X2 для Socket AM2, но есть и существенные отличия
Что касается энергопотребления, то здесь изменений не так много. Остаётся в строю технология PowerNow!, позволяющая «на лету» изменять тактовую частоту в зависимости от текущей нагрузки на систему. То же самое касается и режима Deeper Sleep – он также никуда не пропал. Так же, как и Core Duo, Turion X2 поддерживает независимое управление состоянием ядер, эта технология в версии AMD называется Multi-core Power Management. А вот отключать кэш поблочно, в зависимости от требующегося в данный момент объёма, как это умеет Core Duo, Turion X2 так и не научился. А жаль, ведь это позволяет изрядно экономить энергию в режиме невысокой нагрузки...

Чипсеты


Как известно, процессоры AMD K8 «общаются» с чипсетом по шине HyperTransport. Посему каких-то специфических чипсетов новая двуядерная архитектура не требует – вполне подойдут старые наборы микросхем. Однако наиболее проворный из мобильных чипмейкеров, компания ATI, уже успела представить новый чипсет, приуроченный к анонсу AMD Turion X2. Памятуя о высочайшей популярности предыдущего набора микросхем для ноутбуков ATI – Radeon Xpress 200M – вряд ли мы ошибёмся, если скажем, что это будет один из самых распространённых чипсетов для Turion X2.

От своего предшественника ATI Radeon Xpress 1100 отличается новым интегрированным графическим ядром – судя по информации на сайте ATI, в северный мост интегрирован практически полноценный Radeon X300 с частотой работы 300 или даже 400 МГц, что довольно неплохо по «интегрированным» меркам.

Поддержку Turion X2 заявила и компания NVIDIA в своём семействе чипсетов NVIDIA nForce Go 430, также оснащённом интегрированной графикой GeForce Go 6100/6150.

В принципе, всё готово к выходу новых ноутбуков на базе процессора Turion X2. А компания MSI уже даже успела анонсировать первую модель – Megabook S271.

Первой с ноутбуком на базе AMD Turion X2 успела компания MSI

Ноутбук продолжает традиции элегантной компактной модели Megabook S270, что достаточно интересно – кто бы мог подумать, что «первой ласточкой» на базе двуядерной платформы AMD станет 12-дюймовый ноутбук.

Предлагаем вашему вниманию теоретический обзор


Алексей Дрожжин
Тестовая лаборатория Ferra Предлагаем вашему вниманию теоретический обзор новейшей мобильной платформы AMD, использующей двуядерный процессор Turion X2. Новая архитектура, новые возможности, новые типы поддерживаемой памяти, новый модельный ряд и новые цены – обо всём этом нам предстоит поговорить в данной статье. С момента выхода первой двуядерной мобильной платформы – Intel Centrino Duo – прошло уже почти полгода. Всё это время поклонники продукции AMD с нетерпением ожидали ответного удара. Конечно, уже давно было известно, что выход двуядерного процессора Turion запланирован на май, но ведь всегда остаётся надежда, что производителю удастся перевыполнить план. И вот, наконец, настал долгожданный май, который в этом году не слишком-то балует нас хорошей погодой, и состоялось событие, которого мы все так долго ждали – выход новых настольной и мобильной платформ AMD.
Изменения по сравнению с предыдущими платформами пусть и не столь кардинальные, как те, что происходят сейчас с модельным рядом процессоров компании Intel, однако весьма немаловажные. Давайте посмотрим, какие сюрпризы приготовила AMD для покупателей поративных компьютеров.


Помимо процессоров Turion X2, были представлены и несколько новых моделей Sempron под Socket S1, о чём мы вам уже сообщали в новостях Ferra. Эти процессоры представляют собой «ополовиненный» Turion X2 – урезанный до 128 или 256 кбайт объём кэш-памяти, естественно, лишь одно ядро, но, в то же время, поддержка памяти DDR2, технологии PowerNow! и прочих «радостей жизни», которые предлагает платформа AMD K8. На замечательно информативном сайте компании AMD какая-либо полезная информация об этих «камнях» отсутствует. Зато есть подробные характеристики Sempron для Socket AM2, которые мы и приводим – вряд ли версии для Socket S1 будут сильно отличаться. Модель Частота Кэш L2 TDP Цена
Sempron 3500+ 2000 МГц 128 кбайт 35 Вт $142
Sempron 3400+ 1800 МГц 256 кбайт 35 Вт $134
Sempron 3200+ 1801 МГц 128 кбайт 35 Вт $107
Поддержка памяти DDR2 автоматически прибавила пару сотен к рейтингу моделей: к примеру, новыйSempron 3500+ по характеристикам полностью соответствует Sempron 3300+ для Socket 754. Рейтинг – штука тонкая. Весьма противоречивый CPU (если не сказать «нелепый»), учитывая, что Sempron без поддержки DDR2, а в остальном полностью аналогичные, обойдутся примерно на $30 дешевле. Что, согласитесь, не так уж мало для откровенно бюджетных моделей. В общем, путаница, которую развела компания AMD вокруг Sempron, достигла апогея. Так что советуем вам быть предельно аккуратными при покупке ноутбука на базе этого замечательного процессора, потому как под именем «Sempron» нынче можно получить абсолютно что угодно, а ориентироваться на PR-рейтинг – дело совершенно гиблое.

Модельный ряд


Теперь посмотрим на представленный модельный ряд. Всего пока представлены четыре модели:

Модель Частота Кэш L2 Техпроцесс TDP
Turion X2 TL-60 2000 МГц 2 x 512 кбайт 90nm SOI 35 Вт
Turion X2 TL-56 1800 МГц 2 x 512 кбайт 90nm SOI 33 Вт
Turion X2 TL-52 1600 МГц 2 x 512 кбайт 90nm SOI 31 Вт
Turion X2 TL-50 1600 МГц 2 x 256 кбайт 90nm SOI 31 Вт

Система нумерации моделей, как видите, практически не изменилась. Буква «T» в номере означает двуядерность, в остальном всё осталось без изменений: цифры рейтинга (грубо говоря, те же, что и в Athlon, но без двух нулей), буквенное обозначение теплопакета (в нашем случае «L», что означает «не более 35 Вт»).

К сожалению, моделей с более низким энергопотреблением пока не анонсировано. Так что в сегменте ультрапортативных ноутбуков Intel продолжает играть в одиночестве.

Сравниваем


Естественно, не последнюю роль в популярности того или иного процессора играет цена. Поэтому теперь посчитаем «наши пиастры», сравним частоты и прочее. Итак, для начала небольшая (благо, моделей Turion X2 пока немного) табличка с расценками. Как обычно, приведены оптовые цены на один процессор при условии партии от 1000 штук.

Модель Цена
Turion 64 X2 TL-60 $354
Turion 64 X2 TL-56 $263
Turion 64 X2 TL-52 $220
Turion 64 X2 TL-50 $184

Теперь займёмся сравнением. Перво-наперво – со «старыми» процессорами Turion. Как обычно, у AMD всё крайне запутано, так что таблица получается довольно большая и сложная.

Модель Цена
Turion 64 X2 TL-60 (2,0; 2x512) $354
Turion ML-44 (2,4; 1024) $354
Turion 64 X2 TL-56 (1,8; 2x512) $263
Turion ML-42 (2,4; 512) $263
Turion 64 X2 TL-52 (1,6; 2x512) $220
Turion MT-40/ML-40 (2,2; 1024) $225/220
Turion 64 X2 TL-50 (1,6; 2x256) $184
Turion MT-37/ML-37 (2,0; 1024) $189/184
Turion MT-34/ML-34 (1,8; 1024) $159/154
Turion MT-32/ML-32 (1,8; 512) $150/145
Turion MT-30/ML-30 (1,6; 1024) $150/145
Turion MT-28/ML-28 (1,6; 512) $150/145

Таким образом, можно сделать следующие выводы: Очень «вкусно» выглядит младшая модель – Turion 64 X2 TL-50 (этакий Dual-Sempron). Для пользователей, не особо вдающихся в подробности, двуядерная конфигурация будет лишь на $35-40 дороже близкой одноядерной, что не существенно на фоне общей стоимости ноутбука. Другое дело, что характеристики откровенно слабые, хотя далеко не все это поймут. В нижней части модельного ряда переход на двуядерную архитектуру обойдётся в $75 при сохранении тактовой частоты (Turion ML-30 vs. Turion X2 TL-52) либо в 600 МГц частоты при сохранении равной стоимости (Turion MT-40 vs. Turion X2 TL-52). В верхней части ценовая разница изрядно выше: при равной частоте Turion ML-40 стоит почти в два раза (на $170) дешевле своего двуядерного аналога Turion 64 X2 TL-60. С другой стороны, топовый Turion ML-44 лишь на 400 МГц «частотнее», чем последний, если говорить о равных ценах. В любом случае, мы получим систему с большим заявленным теплопакетом.
Процессоров Turion X2 серии TT пока не существует, и неизвестно, появятся ли они. С «противостоянием» Turion против Turion X2 мы разобрались, теперь посмотрим, как всё это сочетается с прайс-листом «любимого конкурента» AMD – компании Intel. Сразу оговоримся, что сравнивать в лоб здесь не слишком корректно, слишком уж велики различия архитектур.

Модель Цена
Core Duo T2600 (2,16; 2048) $637
Core Duo T2500 (2,0; 2048) $423
Turion 64 X2 TL-60 (2,0; 2x512) $354
Core Duo T2400 (1,83; 2048) $294
Turion 64 X2 TL-56 (1,8; 2x512) $263
Core Duo T2300 (1,66; 2048) $241
Turion 64 X2 TL-52 (1,6; 2x512) $220
Turion 64 X2 TL-50 (1,6; 2x256) $184
Здесь также напрашиваются сразу несколько выводов: Turion 64 X2 TL-50 является самым доступным мобильным двуядерным процессором (и самым доступным двуядерным процессором вообще). Так что, несмотря на прозаические характеристики, скорее всего, он будет весьма активно использоваться в бюджетных «двуядерных» ноутбуках. Благо, в конец запутанная система нумерации моделей (камень в огород обоих чипмейкеров) позволяет легко продать не слишком дотошному покупателю что угодно – лишь бы звучало красиво. Если не считать вышеупомянутый TL-50 (мы же люди грамотные, не так ли?), мобильный двуядерный процессор от AMD обойдётся на $20-70 дешевле, чем аналогичный по частоте «двуядерник» от Intel. Лидерство по тактовой частоте снова за Intel. К этому мы, впрочем, давно привыкли. До перехода AMD на новый техпроцесс ожидать каких-либо изменений в этом плане не приходится. Теперь самое время перейти к выводам...

На данный момент всё зависит


На данный момент всё зависит даже не столько от того, насколько лучше или хуже на практике будет Turion X2. На наш взгляд, большую роль играет то, насколько быстро компания AMD успеет «раскрутить» новую платформу, а её партнеры – представить новые модели ноутбуков на базе Turion X2. Не будем забывать, что Intel опередила AMD почти на полгода, и «живые» портативные ПК уже далеко не редкость в розничной продаже. На стороне Intel время, а также совершенно новая архитектура, более тонкий техпроцесс и, как следствие, возможность поднятия частот в ближайшей перспективе. На стороне AMD – более низкие цены и поддержка 64-битных вычислений, которая у Intel появится в мобильных процессорах только в следующем поколении. Не будем забывать и о Turion 64 X2 TL-50 – потенциальном хите продаж, самом доступном двуядерном процессоре не только на рынке ноутбуков, но и на рынке вообще. Что ж, теперь нам осталось подождать «живых» ноутбуков и посмотреть, насколько хороша новая технология на практике и насколько интересные цены сумеют обеспечить партнёры AMD. Будем надеяться, ждать осталось недолго... Оригинал статьи на "www.ferra.ru"

VIA Eden — платформа-многоборец


Евгений Патий
"Экспресс Электроника"

Существует ли на рынке x86 свободная ниша? Затяжная война между AMD и Intel вряд ли оставила другим игрокам хоть какую-то надежду ее найти, но при здравом подходе возможно все. Ведь если вспомнить, добрый десяток лет назад имелось три крупных игрока, по крайней мере, два крупных, и один — существенный, компания Cyrix Technologies. Со временем стало ясно, что процессорам от Cyrix/IBM не под силу тягаться с разработками Intel и AMD, поэтому компании оставался небольшой выбор: быть растоптанной тяжеловесами либо слиться с кем-то, кто предоставит возможность развивать имеющиеся наработки. Таким благотворителем для Cyrix стала тайваньская фирма VIA Technologies, обладающая немалым весом на рынке наборов логики.

VIA всегда выступала в роли эдакого спасителя утопающих: помимо Cyrix, а заодно и IDT, компания приютила некогда уверенно смотревшую вперед фирму S3 с ее графическими решениями. В результате VIA, помимо собственных чипсетов, получила в свое распоряжение хорошие процессоры и видеокарты. А это уже набор ингредиентов для приготовления чего-то очень востребованного на нынешнем рынке — законченной платформы.

Необходимо отдать должное стратегам и маркетологам VIA Technologies — они трезво оценили потенциал собственных и приобретенных технологий. Вряд ли сегодня можно угнаться за производительностью продуктов AMD и Intel в секторе процессоров и за NVIDIA и ATI на рынке графических решений, поэтому VIA разыграла единственно верный вариант, сделав ставку на компактность и малое энергопотребление своих изделий.

Для чего в свое время пришлось приложить определенные усилия: многие помнят, что процессоры от Cyrix и IDT не отличались особой энергетической экономичностью и нагревались как утюги. Но сейчас ситуация принципиально иная, и чипы VIA зачастую способны обходиться даже без активных средств охлаждения, используя пассивный радиатор, что в наш век дорогого стоит.

Производительность же — дело наживное. Сегодня, пожалуй, нет таких утилитарных задач, которые не под силу даже самому слабому серийному процессору.
Принимая во внимание, что платформа VIA, получившая название Eden, представляет собой законченный набор из процессора и системной платы, в размерах не превышающей карманную книгу, причем налицо достаточная производительность и энергетическая неприхотливость, компания-изготовитель имеет отличные шансы на успех.

Сегодня применений такому мини-компьютеру — множество, но в основном это встраиваемые решения и различные медиа- и сетевые приложения.

Из последних новинок, относящихся к сектору VIA Eden, необходимо выделить Epia CN и Epia EN — это системные платы форм-фактора mini-ITX. Обновление серии EPIA состоит из двух продуктов с индексами CN13000 (1,3 ГГц) и CN1000E (1,0 ГГц).

Отличием новинки от аналогичных решений является чрезвычайно низкий уровень энергопотребления, составляющий лишь 16 Вт, что делает серию EPIA CN очень привлекательным выбором в сфере встраиваемых решений. Кроме того, северный мост VIA CN700, на основе которого построены обе материнские платы, содержит интегрированный графический адаптер VIA UniChrome Pro с интерфейсом AGP, с поддержкой аппаратного декодирования видео формата MPEG-2 и вывода изображения на два монитора посредством фирменной технологии DuoView+. Южный мост — хотя в официальных спецификациях и указывается поддержка SATA2, — представлен набором VIA VT8237R, не поддерживающим данный интерфейс.

Северный мост CN700 содержит интегрированный адаптер UniChrome Pro с поддержкой аппаратного декодирования видео и вывода изображения на два монитора На плате присутствует один PCI-слот, выход S-Video, композитный видеовыход, S/PDIF, разъемы для аудиоустройств, параллельный и последовательный порты, LAN-контроллер (10/100), несколько портов USB 2.0, два коннектора PATA и два SATA с возможностью организации массивов RAID 0 и 1. Максимальный объем памяти DDR2 400/533 МГц ограничен 1 Гбайт, так как имеется всего один 240-контактный слот DIMM, — но для той ниши, на которую нацелена платформа от VIA, этого хватает с лихвой.

Весьма интересен процессор VIA C7, на который компания возлагает большие надежды.


Чип основан на технологии Cyrix и IDT, из чего сразу же можно предположить, что жизненное кредо C7 — «неторопливость» вкупе с низким энергопотреблением.

Актуальное поколение процессоров VIA C7/C7-M было представлено еще в середине 2005 года. По ряду причин в составе готовых решений эти процессоры стали доступны гораздо позже. Чипы C7/C7-M, которые отличаются друг от друга лишь названием и максимальными тактовыми частотами, базируются на основе ядра с кодовым именем Esther, выполненного с учетом тенденций архитектуры VIA CoolStream.

Данная архитектура базируется на трех китах: низком энергопотреблении, аппаратной поддержке функций безопасности и разумной производительности. Приемлемый уровень безопасности достигается при помощи встроенного в ядро традиционного для VIA аппаратного блока VIA PadLock, который был усовершенствован в этих процессорах путем добавления хэширования по алгоритмам SHA-1 и SHA-256 и аппаратной поддержки умножителя Montgomery, применяемого в алгоритме шифрования RSA, а также реализацией технологии NX (No Execute) bit, без которой не обходится ни один современный процессор.

Низкое энергопотребление, один из важнейших аспектов концепции CoolStream, достигается использованием техпроцесса 90 нм от IBM с применением технологии SOI. Это дало ощутимые результаты: энергопотребление C7/C7-M находится в интервале 12–20 Вт (при тактовой частоте 1,5–2,0 ГГц соответственно).

Важный, но в данном случае не главный фактор — производительность — имеет в основе использование технологии VIA StepAhead. Это совокупность системной шины VIA V4 (полный аналог QuadPumped Bus от Intel) с тактовой частотой до 200 МГц (800 МГц quad-pumped), 16-стадийного конвейера, кэш-памяти второго уровня объемом 128 кбайт, работающей на частоте ядра, и ставшего характерным для чипов VIA модернизированного предсказателя ветвлений. Итого имеем эдакий Pentium 4 в миниатюре.

Ключевым компонентом, обеспечивающим должный уровень производительности, является технология VIA TwinTurbo, предоставляющая возможность переключать процессор между режимами полной производительности и энергосберегающим режимом всего за один машинный такт — благодаря наличию в процессоре двух блоков PLL.


Это решение выглядит более прогрессивно, нежели, например, механизм балансировки Intel Enhanced Intel SpeedStep.

В начале 2006 года VIA Technologies сообщила об отгрузках двух x86-совместимых процессоров Eden, изготавливаемых по нормам 90 нм. В основе новинок — ядро Esther, используемое также в серии C7, но для процессоров Eden, и особенно Eden ULV, характерно чрезвычайно низкое энергопотребление. Первый из них, работая на частотах от 400 МГц до 1,2 ГГц, потребляет 2,5–7 Вт, второй — 3,5 Вт при частоте 1 ГГц и 7,5 Вт — на 1,5 ГГц соответственно.

В целом процессорное ядро Esther («Эсфирь») процессоров VIA C7/C7-M в архитектурном плане крайне трудно назвать инновационным. Во многом оно выглядит усовершенствованием предыдущего ядра VIA — Nehemiah, — которое использовалось в процессорах C3 и Antaur. Принципиальные различия между Esther и Nehemiah выражаются в поддержке мультимедийных наборов инструкций SSE2 и SSE3 и увеличении объема кэшпамяти второго уровня до 128 кбайт. К сожалению, VIA C7/C7-M по-прежнему имеют достаточно посредственный декодер, не способный быстро и эффективно обрабатывать инструкции с префиксами, а к ним, в частности, относятся SIMD-инструкции. Кроме того, даже примитивные целочисленные операции, как и ранее, выполняются со скоростью одна операция за машинный такт.

От C7/C7-M не стоит ожидать выдающейся производительности — и, к чести VIA, она на этом не особо настаивает, по праву ставя во главу угла энергопотребление. Если принять за чистую монету заявления компании о том, что ее чипы характеризуются наилучшим соотношением производительности на ватт мощности по сравнению с процессорами AMD и Intel, становится понятно, что данное соотношение достигается не за счет увеличения числителя (производительности), а в силу колоссальных усилий, направленных на уменьшение знаменателя (энергопотребления).

В свое время производители ПК встретили идею Mini-ITX рукоплесканием. Собрать недорогую систему с хорошим оснащением, достойной производительностью, низким энергопотреблением и при этом очень компактную — перспектива достаточно заманчивая.А областей применения продукта с подобными характеристиками не так мало: «тонкие» клиенты, веб-планшеты, кассовые терминалы, используемые спецслужбами «ПК в чемоданах», да и просто миниатюрные офисные компьютеры. Нельзя не вспомнить и идеи Поднебесной о создании собственной Сети, собственного дешевого компьютера с применением собственных же процессоров и под управлением собственной неприхотливой к ресурсам ОС (читай — Linux). Перспективы VIA Eden и в самом деле очень хорошие.


Предмет исследования


В настоящем тестировании мы решили познакомить читателя с новейшим решением Silicon Integrated Systems - графическим чипом Xabre 600 (а точнее, с картой от Triplex, построенной на основе этого процессора). Дабы не быть голословными, параллельно с результатами тестов Xabre 600приводим также и результаты тестов одной из топовых моделей от Innovision - Inno 3D GeForce 4 Ti4600 (128 Мб DDR), которая выступает в роли "недосягаемого оптимума". Кроме того, приводятся также результаты тестов потенциального конкурента рассматриваемого устройства - GPU Radeon 9000 (64 Мб DDR) - ведь SiS позиционирует свой новый графический процессор как альтернативу ATi Radeon 9000/9000Pro, а также nVidia GeForce4 MX во всех ипостасях.

Как заявляет Triplex, Xabre 600 является первым видеочипом, выполненным с использованием технологических норм 0,13 мкм, что теоретически подразумевает неплохие возможности по разгону ядра этого GPU. Характеристики исследуемой карты следующие:

графический процессор: SiS Xabre 600 (частота ядра 300 МГц); память: 64 Мб DDR DRAM (EtronTech, 3,3 нс, частота памяти - 300 (600) МГц), технология SiS Duo300 обуславливает работу как ядра акселератора, так и памяти с фактической частотой 300 МГц; шина памяти 128 бит: интерфейс: AGP 8X.

Карта выполнена на печатной плате серебристого цвета (причина такой окраски - настоящее серебряное напыление) - эта плата достаточно невелика и напоминает видеоадаптеры эпохи GeForce 2. Сразу бросается в глаза небольшая по размерам система охлаждения, что заставляет еще раз вспомнить о техпроцессе 0,13 мкм и потенциальной "ненагреваемости" чипа Xabre 600.

Четыре чипа памяти, каждый объемом 16 Мб, размещены на лицевой стороне платы. Кстати, времени выбор памяти с временем доступа 3,3 нс вполне оправдан, так как частота ее работы подразумевалась равной 300 МГц (технология Duo300, о которой упоминалось ранее).

Чисто маркетинговым ярлыком можно назвать Pro8X8 - "зашифрованную" заявку о поддержке AGP 8X и DirectX 8.1.
В данном случае поддержка AGP 8X не выглядит такой уж бесполезной и может здорово помочь карте с набортной памятью объемом 64 Мб при трансфере больших текстур.

Из аппаратных особенностей видеоадаптера от Triplex стоит отметить наличие сопроцессора SiS 301, который, впрочем, присутствует на всех картах, базирующихся на чипах Xabre. Как и его предшественник Xabre 400, Xabre 600 не имеет двух полноценных интегрированных RAMDAC, чем и объясняется присутствие SiS 301, обеспечивающего возможности "двухголовости" - клонирование изображения и расширение рабочего стола на второй приемник видеосигнала. Замечу, что SiS преуспела на этом поприще, в качестве второго приемника сигнала может служить либо монитор с подключением CRT или DVI, либо телевизор. TV-Out карт на базе Xabre заслуживает самой высокой оценки, качество изображения на TV заметно выше, чем у карт на основе чипов ATi, и сравнимо с качеством видеоадаптеров от Matrox. Если сопоставить цены этих карт, станет понятно, что решения на базе Xabre - однозначный выбор киноманов.

Для тестирования Xabre 600 мы загрузили с веб-сайта http://www.xabre.com/ драйвер последней версии, носящий гордое название Xminator II (версия 3.09.52). С легкой руки nVidia нынче практически все производители стали давать драйверам имена собственные - достаточно вспомнить Detonator, Catalyst и Hyperion.

Драйвер Xminator II обладает лишь необходимым минимумом настроек и посему практического интереса не представляет; куда более полезна утилита 3D Wizard, которая вызывается из "шлема" в системном лотке. Отрадно, что SiS допускает некоторые пользовательские вольности, заключающиеся в возможности разгона графического ядра и памяти видеокарты до 350 МГц. Мы, однако, не рискнули этим заняться и оставили частоты по умолчанию.

С помощью этой же утилиты можно управлять работой Xabre 600 в режимах Direct3D и OpenGL - хотя особым богатством настроек 3D Wizard не блещет, предоставляя лишь необходимую функциональность.


С помощью 3D Wizard мы установили максимальную производительность Xabre 600 в OpenGL и Direct3D, а также отключили вертикальную синхронизацию, не лучшим образом влияющую на результаты тестов.

Интересна закладка Xmart - она позволяет задействовать фирменные технологии XmartVision и XmartDrive. XmartVision представляет собой систему изменения насыщенности и яркости видеоизображения, которое осуществляется при помощи постобработки сигнала на аппаратном уровне, а XmartDrive - "интеллектуальное" управление оборотами вентилятора карты в зависимости от температуры чипа.

Конфигурация тестового стенда
Процессор Intel Pentium 4 3,06 ГГц (FSB 533 МГц, Hyper-Threading disabled)
Системная плата AOpen AX45-8X Max (SiS648, AGP 8X)
Оперативная память 2 модуля Samsung PC3200 DDR SDRAM 512 Мб (CL 3)
Жесткий диск Seagate Barracuda ATA V 120 Гб ATA100 7200 об/мин
Привод DVD-ROM Asus DVD-E608
Системное программное обеспечение
ОС Microsoft Windows XP Professional Service Pack 1
Microsoft DirectX 8.1b
SiS AGP driver 1.13
SiS IDE driver 1.10
nVidia Detonator XP 41.09
SiS Xminator II
ATi Radeon
Тестовое программное обеспечение
MadOnion 3Dmark 2001 SE
Quake III Arena Pointrelease 1.32
Замечен интересный момент: SiS заявляет об автоматическом определении чипсетом графического интерфейса (AGP 1.0, 2.0 или 3.0). К сожалению, без дополнительных "телодвижений" это не соответствует истине. Как уже упоминалось, для тестирования видеокарты от Triplex использовалась системная плата на основе набора логики от той же Silicon Integrated Systems - SiS 648. Уж с родным-то чипсетом для Xabre 600 точно проблем не будет, подумали мы. Однако Xabre 600 упорно не хотел общаться с AGP-контроллером "на языке" 8X - чтобы это наконец произошло, пришлось загрузить с сайта производителя самую свежую (на момент тестирования) версию AGP-драйвера (1.13). Отметим, что в комплекте с материнской платой шел AGP-драйвер версии 1.10, установка которого в нашем случае к желаемому результату не привела - карта упорно включалась как AGP 4X.

После того как видеоадаптер "запел", можно было приступать непосредственно к тестированию производительности. Забегая вперед, скажу, что Xabre 600 вел себя достаточно предсказуемо, особенно если вспомнить потенциальных соперников этого GPU.


Тестирование


В "хрестоматийном" тестировании с помощью Quake III Arena Xabre 600 держался достаточно уверенно, выдавая очень неплохое количество кадров в секунду, и, следуя за "недосягаемым" лидером GeForce4 Ti 4600, сохранял практически постоянный отрыв. Потенциальный конкурент Radeon 9000 здесь остался далеко позади.

О чем можно сказать, судя по результатам прогонов в Quake III? Здесь мнения разделились: либо инженеры SiS действительно хорошо поработали над поддержкой OpenGL в Xabre 600, либо драйвера этого GPU просто-напросто "заточены" под конкретное популярное приложение, чем время от времени грешат различные производители. Естественно, хотелось бы думать именно о первом варианте.

Намного более интересны результаты тестирования при помощи популярного пакета 3DMark 2001 SE - несмотря на "синтетичность" тестов, это приложение позволяет получить картину производительности видеоадаптера в Direct3D. В целом, расстановка сил здесь аналогична предыдущему тестированию, однако обнаружились и некоторые любопытные факты…

В тесте Game 1 (Car Chase) производительность Xabre 600 стремительно падает в зависимости от разрешения. Продемонстрировав отличное число кадров в секунду при разрешении 640 x 480 точек (сравнимое с аналогичным показателем GeForce4 Ti 4600), в максимальном разрешении 1600 x 1200 Xabre 600 показал результаты примерно на уровне Radeon 9000.

Тест Game 2 (Dragothic) практически полностью повторяет общую картину оценки с помощью 3DMark 2001 SE - Xabre 600 сохраняет отрыв от потенциального конкурента Radeon 9000, теряя производительность в зависимости от разрешения более "круто".

Game 3 (Lobby) максимально сблизил Xabre 600 и Radeon 9000. Такое ощущение, что тестировался один и тот же видеоадаптер. В самом сложном и красивом тесте Game 4 (Nature) Radeon 9000 показал гораздо более высокую, нежели у Xabre 600, производительность.

Тест скорости заполнения показал, что здесь Xabre 600 ведет себя достаточно непостоянно - имея необъяснимый "провал" в разрешении 1280 x 1024 точек, но в целом сохраняя стабильность скорости закраски.
Идентичная картина и при обработке сцены с большим количеством полигонов (на этот раз - с отсутствием провала в 1280 x 1024).

Результаты теста с рельефным наложением текстур ( Environment Bump Mapping) несколько разочаровали - куда более дешевый Radeon 9000 оказался в этом тесте гораздо более быстрым. Совсем другая картина в DOT3 Bump Mapping - здесь карты-конкуренты поменялись местами. Производительность в спрайтовой графике у Xabre 600, опять же, оказалась более низкой, чем у Radeon.

Самыми интересными оказались тесты шейдеров. Судя по посредственным результатам тестирования вершинных шейдеров и совсем невзрачным - пиксельных, можно утверждать, что поддержка шейдеров у Xabre 600 отсутствует как таковая. Точнее, присутствует на уровне эмуляции средствами драйверов (одна из составляющих частей драйверов носит забавное название Vertexlizer), не имея при этом никакой аппаратной основы. Радует лишь тот факт, что SiS осознает необходимость поддержки шейдеров,- будем надеяться на аппаратное подспорье в следующих версиях графических процессоров. Справедливости ради отметим, что потенциальный конкурент, GeForce4 MX, также лишен аппаратной поддержки шейдеров, что вкупе с остальными факторами и определяет его достаточно невысокую цену.


эта карта, безусловно, найдет своего


Выводы крайне неоднозначны. Показав в целом неплохую производительность и обладая очень качественным TV-выходом, эта карта, безусловно, найдет своего покупателя. На наш взгляд, SiS очень точно определила конкурентов Xabre 600 - как по производительности, так и по ценовому фактору (стоимость Triplex составляет $104).
Злую шутку в ближайшем будущем может сыграть отсутствие аппаратной поддержки шейдеров, которые все чаще применяются в трехмерных приложениях (то есть в современных играх). При прочих равных характеристиках, поддержка шейдеров - не роскошь, а суровая необходимость сегодня.
Итог: Xabre 600 более всего напоминает "разогнанный" Xabre 400. Остается только ждать Xabre II, который выходит в этом году, а также пожелать разработчикам не забыть в новом GPU о шейдерах.
Видеоадаптер Triplex Xabre 600 Ultra предоставлен компанией "ИТ-Линк" (тел. 238-29-33) Видеоадаптеры Gigabyte и Inno3D Tornado GeForce4 Ti 4600 предоставлены компанией "Версия" (тел. 554-27-47) Системная плата AOpen AX45-8X Max предоставлена компанией "K-Trade" (тел. 252-92-22)

Xabre 600: GPU с претензиями


Евгений Патий, Издательский Дом "Комиздат"

На первый взгляд может показаться, что ситуация на рынке графических процессоров выглядит сегодня достаточно стабильной. Однако "грандам" индустрии в лице компаний nVidia и ATi все еще способны противостоять отдельные разработчики - например, Silicon Integrated Systems, возлагающая большие надежды на семейство акселераторов Xabre

Тайваньская компания Silicon Integrated Systems на протяжении практически всей своей истории занималась разработкой и производством чипов бюджетного уровня, достигнув на этом поприще немалых успехов. Старые ИТ-"волки" прекрасно помнят отличные наборы системной логики от SiS эпохи еще i486-процессоров… За триумфом тех лет последовал некоторый спад, вызванный различными причинами, и Silicon Integrated Systems оказалась в тени более удачливых конкурентов - VIA и Intel. Но сегодня компания вновь, как и в старые добрые времена, на гребне успеха - она выпустила на рынок несколько чрезвычайно удачных наборов логики, которые при неплохих показателях производительности обладают важнейшим для украинского рынка свойством - низкой ценой.



Помимо чипсетов, SiS занималась и разработкой графических процессоров, которые, надо заметить, не блистали высокой производительностью в 3D-приложениях, будучи пригодными лишь для установки в "типичные" офисные ПК, где необходимость в акселерации не выходит за рамки требований популярной "Косынки". Однако и в сегменте трехмерных акселераторов компания решила сказать свое веское слово - и это, конечно, Xabre.




EPIC, IA-64, Merced


Концепция EPIC, согласно Intel и HP, обладает достоинствами VLIW, но не обладает ee недостатками.
John Crawford ([3]) перечислил следующие особенности EPIC. Большое количество регистров. Масштабируемость архитектуры до большого количества функциональных устройств. Это свойство представители фирм Intel и HP называют "наследственно масштабируемый набор команд" (inherently scaleable instruction set) Явный параллелизм в машинном коде. Поиск зависимостей между командами производит не процессор, а компилятор. Предикация (Predication). Команды из разных ветвей услового ветвления снабжаются предикатными полями (полями условий) и запускаются параллельно. Загрузка по предположению (Speculative loading). Данные из медленной основной памяти загружаются заранее.

Ниже эти особенности EPIC объяснены подробнее.

Представители Intel и HP назывют EPIC концепцией следующего поколения и противопостовляют ее CISC и RISC. По мнению Intel ([4]), традиционные архитектуры имеют фундаментальные свойства, ограничивающие производительность. Производители RISC процессоров не разделяют подобного пессимизма ([6]). Кстати, в 1980-х, когда возникла концепция RISC, прозвучало много заявлений, что концепция CISC устарела, имеет фундаментальные свойства, ограничивающие производительность. Но процессоры, причисляемые к CISC (например, семейство x86 фирмы Intel), широко используются до сих пор, их производительность растет.

Дело в том, что все эти аббревиатуры - CISC, RISC, VLIW обозначают только идеализированные концепции. Реальные микропроцессоры трудно классифицировать. Современные микропроцессоры, причисляемые к RISC, сильно отличаются от первых процессоров RISC архитектуры. То же относится и к CISC. Просто в наиболее совершенных процессорах заложено множество удачных идей вне зависимости от их принадлежности к какой-либо концепции. 128 64-разрядных регистров общего назначения (целочисленных) 128 80-разрядных регистров вещественной арифметики. 64 1-pазpядных пpедикатных pегистpов.

Напомним, что наличие большого числа регистров названо John Crawford в числе основных черт EPIC.
Действительно, 128 - много по сравнению с 8 регистрами общего назначения семейства x86. Но, например, MIPS R10000 содержит 64 целых и 64 вещественных 64-разрядных регистров. Формат команды IA-64: идентификатор команды, три 7-разрядных поля операндов - 1 приемник и 2 источника (операндами могут быть только регистры, а их - 128=2^7) особые поля для вещественной и целой арифметики 6-разрядное предикатное поле (64=2^6) Команды IA-64 упаковываются (группируются) компилятором в "связку" длиною в 128 pазpядов. Связка содеpжит 3 команды и шаблон, в котоpом будут указаны зависимости между командами (можно ли с командой к1 запустить параллельно к2, или же к2 должна выполниться только после к1) , а также между другими связками (можно ли с командой к3 из связки с1 запустить параллельно команду к4 из связки с2). Перечислим все варианты составления связки из 3-х команд:
i1 ||  i2  ||   i3    - все команды исполняются паpаллельно 
i1 & i2  ||  i3   - сначала i1, затем исполняются паpаллельно i2 и i3 
i1 ||  i2 &  i3   - паpаллельно исполняются  i1 и  i2, после них -  i3 
i1 & i2 &  i3  - последовательно исполняются  i1, i2, i3  Одна такая связка, состоящая из трех команд, соответствует набору из трех функциональных устройств процессора. Процессоры IA-64 могут содержать разное количество таких блоков, оставаясь при этом совместимыми по коду. Ведь благодаря тому, что в шаблоне указана зависимость и между связками, процессору с N одинаковыми блоками из трех функциональных устройства будет соответствовать командное слово из N*3 команд ( N связок ). Таким образом должна обеспечиваться масштабируемость IA-64. Несомненно, это красивая концепция. К сожалению, IA-64 присущи и некоторые недостатки. Tom R. Halfhill в статье журнала BYTE предполагает ([7]), что без перекомпиляции код с одного процессора семейства IA-64 не будет эффективно исполняться на другом. Уже упомянутый Jerry Huck отметил ([3]), что в IA-64 можно произвольно (блоками по 3) увеличивать количество функциональных устройств, но при этом число регистров должно оставаться неизменным. Также Jerry Huck предупредил, что размер кода для IA-64 будет больше, чем для RISC процессоров, потому что на 3 команды IA-64 приходится 128 bit, а длина RISC команды обычно равна 32 bit, то есть, в 128 битах содержатся 4 команды RISC. Вдобавок произошла путаница.


На прошедшем во второй половине февраля 1998 года Форуме Разработчиков Intel ведущий инженер Carole Dulong сказала, что в такой архитектуре, как Merced, пропорция целочисленых, вещественных, специализированных устройств и устройств чтения/записи будет определяться сочетанием соответствующих команд в предполагаемом машинном коде. Тогда как на Микропроцессорном Форуме ([3]) представители фирм Intel и HP объясняли, что процессоры семейства IA-64 будут содержать N одинаковых блоков по три функциональных устройства. Причем, можно предположить, что такой блок должен состоять из целочисленного устройства, устройства вещественной арифметики и устройства чтения/записи. Данные высказывания противоречат друг другу. Кстати, EPIC удивительно напоминает архитектру VelociTI семейства сигнальных процессоров TMS320C6x фирмы Texas Instruments. Примером может служить TMS320C6201. В этом процессоре довольно много регистров - 32 регистра общего назначения. 8 функциональных устройств - это много даже по меркам современных процессоров общего назначения. Команды TMS320C6201 упаковываются во VLIW-слова, состоящие из 8 команд и шаблона. В шаблоне указаны зависимости между командами - явный параллелизм. За такт может исполниться до 8 команд. Все команды снабжены полем условия - предикация. Помимо семейства IA-64 идут разработки еще нескольких универсальных процессоров с VLIW-подобной архитектурой. Например, в России группой Эльбрус с 1992 года разрабатывается микропроцессор E2k (Эльбрус-2000). Научный руководитель группы Эльбрус член-корреспондент РАН Б.А. Бабаян утверждает, что отечественный E2k будет в два раза производительнее, чем McKinley (последователь Merced). По оценкам полученным на логической модели, производительность E2k составит 135 SPECint95 и 350 SPECfp95. Еще примеры: В 1995 году была образована фирма Transmeta Ее руководителем является Dave Ditzel, который ранее, будучи сотрудником Sun, взаимодействовал с коллективом Эльбрус и имел доступ к информации по разрабатываемому E2k. Исследования VLIW в исследовательском центре IBM имени T.J.Watson начались в 1986. Кроме этого, сейчас появляется все больше сигнальных и "медийных" процессоров с архитектурой VLIW.

Факты и предположения о Merced


Алексей Пылкин
Отдел математического обеспечения
высокопроизводительных вычислительных
систем ИВМиМГ СО РАН
Оригинал статьи расположен по адресу
http://www.microprocessor.sscc.ru/Merced/index.ru.html

"Эта по-настоящему бескомпромисная статья анализирует основные возможности и реальные новации процессора Merced. У вас есть возможность составить собственное мнение о процессоре.
О.Ю.Репин, VLSI Microprocessors Web Site

Хронология событий


Hewlett-Packard и Intel объявили о совместном исследовательском проекте в июне 1994 года. Цель проекта - создание более совершенных технологий в сфере "рабочих станций конца десятилетия, серверов и информационно-вычислительных продуктов масштаба предприятия". Проект включал разработку "архитектуры 64-разрядного набора команд" и оптимизирующих компиляторов.

В 1996 году фирма HP выпустила свой первый 64-разрядный процессор общего назначения - PA-8000, представитель нового семейства PA-RISC 2.0. Естественно предположить, что PA-RISC 2.0 - результат совместного проекта "архитектуры 64-разрядного набора команд", тем более, что в PA-8000 применены решения, которые в терминологии IA-64 называются "предикация" и "загрузка по предположению". Но нет официальных данных, подтверждающих это предположение.

9 октября 1997 года фирма Intel объявила ([1]), что производство Merced, первого представителя нового семейства 64-разрядных микропроцессоров, начнется в 1999 году по 0.18-микронному технологическому процессу фирмы Intel, который также создается; процессор предназначен для рабочих станций и серверов; Merced сможет выполнять программы для 32-разрядных процессоров Intel; Intel обладает средой разработки программного обеспечения, полностью совместимого с IA-64, и "ключевые" независимые продавцы программного обеспечения уже используют эту среду для разработки операционных систем и приложений уровня предприятия;

14 октября 1997 года, на Микропроцессорном Форуме в Сан-Хосе, Калифорния, фирмы Intel и HP впервые публично описали основы IA-64. Совместно выступили John Crawford, Intel Fellow and Director of Microprocessor Architecture и Jerry Huck, Hewllet-Packard`s Manager and Lead Architect. Запись их речей можно найти на Web-сервере Intel ([3]), а демонстрировавшиеся слайды - на Web-сервере HP ([3a]). Фирма Intel дополнила это выступление заявлениями для прессы ([4], [5]).

В тот же день на Микропроцессорном Форуме выступал Joel Birnbaum, Director of Hewlett-Packard Laboratories, Senior Vice President of Research and Development.
Он вкратце рассказал о работах HP над процессорными архитектурами с 1980-х до альянса с Intel в 1994. По его словам, отправной точкой для альянса с Intel послужил проект, называемый сначала Wide-Word, а затем Super-Parallel Processor Architecture (SP-PA). Этот проект был выполнен в HP Labs под руководством Bill Worley, который одновременно возглавлял работы над PA-RISC. Согласно Joel Birnbaum, в проекте Wide-Word были проведены эксперименты со статическим параллелизмом и загрузкой по предположению, разработана "обобщенная предикация", механизмы, позволяющие масштабировать количество функциональных устройств и их "скорость". Также он объяснил, зачем фирме HP понадобилось заключать альянс с Intel, но это объяснение слишком обширно, чтобы приводить его здесь. 29 мая 1998 года фирма Intel сообщила ([2]) о переносе на год выпуска процессора Merced. Было объявлено, что серийное производство начнется в середине 2000 года. А опытное - в 1999 году. В официальном сообщении нет никаких сведений ни об архитектуре Merced, ни о технологии его производства. С 12 по 15 октября 1998 года проходил очередной Микропроцессорный Форум. От Intel выступал Stephen Smith с темой "IA-64 Processors: Features and Futures". Он сообщил несколько новых технических деталей, рассказал о перспективах семейства IA-64. Назад | Содержание | Вперед  

Источники


[1] New 64-Bit Processor Will Extend the Intel Architecture  http://www.intel.com/pressroom/archive/releases/sp100997.HTM

[2] Intel Notifies Customers Of Change In Merced Processor Schedule  http://www.intel.com/pressroom/archive/releases/sp052998.htm

[3] John Crawford, Intel, and Jerry Huck, HP: Motivations and Design Approach for the IA-64 64-Bit Instruction Set Architecture  http://www.intel.com/pressroom/archive/speeches/mpf1097c.htm

[3a] Slides of HP/Intel IA-64 presentation at Microprocessor Forum  http://www.hp.com/esy/technology/ia_64/products/slides/index.htm

[3b] 1997 Microprocessor Forum  http://www.chipanalyst.com/q/@3720331wxyxzk/events/mpf/highlights.html

[4] The Next Generation of Microprocessor Architecture: A 64-bit Instruction Set Architecture (ISA) Based on EPIC Technology  http://www.intel.com/pressroom/archive/backgrnd/sp101497.HTM

[5] HP and Intel Unveil Breakthrough EPIC Technology at Microprocessor Forum http://www.intel.com/pressroom/archive/releases/sp101497.HTM

[6] Solaris on Merced: What's in it for Sun? by Robert McMillan, SunWorld, January 1998 http://www.sun.com/sunworldonline/swol-01-1998/swol-01-ia64.html

[7] Beyond Pentium-II by Tom R. Halfhill, BYTE,December 1997 http://www.byte.com/art/9712/sec5/art1.htm

Information on Merced from MicroDesign Resources   http://www.chipanalyst.com/q/mpr/merced/ [8] IA-64 and Merced--What and Why by Peter Christy, MPR 12/30/96 http://www.chipanalyst.com/q/mpr/merced/1017vp.html

 [9] First Merced Patent Surfaces by Linley Gwennap, MPR 3/31/97 http://www.chipanalyst.com/q/mpr/merced/merced.html 

 [10] Intel, HP Make EPIC Disclosure by Linley Gwennap, MicroDesign Resources http://www.chipanalyst.com/q/mpr/merced/v11_14.html

 [11] Intel's Merced and IA-64: Technology and Market Forecast by Linley Gwennap, MicroDesign Resources   http://www.mdronline.com/q/tech_lib/IA64/index.html

Дополнительные источники [12] IA-64 Overview from HP http://www.hp.com/esy/technology/ia_64/overview/index.html

[13] IA-64 News from HP http://www.hp.com/esy/technology/ia_64/news/

[14] VLSI Microprocessors, автор О.Ю. Репин. http://www.microprocessor.sscc.ru

[15] The Russians Are Coming автор Keith Diefendorff, Microprocessor Report 15.02.1999. Укороченная версия статьи доступна на http://www.elbrus.ru/press/mprep-p1.html.

[16] EPIC historical precendents by Mark Smotherman http://www.cs.clemson.edu/~mark/epic.html

[17] Texas Instruments' Digital Signal Processing Solutions http://www.ti.com/sc/docs/dsps/products.htm

[18] The VLIW project at IBM Research http://www.research.ibm.com/vliw/proj.html

[19] The Word on VLIW by Dick Pountain, BYTE, April 1996 http://www.byte.com/art/9604/sec8/art3.htm

[20] VLIW Questions by Peter Wayner, BYTE, November 1994 http://www.byte.com/art/9411/sec12/art1.htm

[21] What is VLIW? BYTE, November 1994 http://www.byte.com/art/9411/sec12/art2.htm

[22] Free On-Line Dictionary of Computing http://wombat.doc.ic.ac.uk/foldoc/index.html

Назад | Содержание | Вперед

 

Компиляторы для Merced


Компилятры для Merced разрабатываются фирмами Intel, Hewlett-Packard, Microsoft, Metaware Inc. (Santa Cruz, Calif.) и Edinburgh Portable Compilers Ltd. (Edinburgh, UK). Кроме этого, Pentium Compiler Group намерена разработать версию GCC для IA-64.

Фирма Intel 9 октября 1997 года объявила об обладании средой разработки программного обеспечения, полностью совместимого с IA-64, там же было заявлено, что "ключевые" независимые продавцы программного обеспечения уже используют эту среду для разработки операционных систем и приложений уровня предприятия. Программный эмулятор Merced был продемонстрирован на Intel Developer Forum 15-17 сентября 1998г.

Фирма HP выпустила Trimaran System - интегрированную среду компиляции и контроля за производительностью. Она предназначается для исследований в области "параллелизма уровня команд". Trimaran - результат совместной работы трех исследовательских групп: Compiler and Architecture Research Group в Hewlett-Packard уже упомянутая в данной статье IMPACT Group из университета штата Иллинойс, США ReaCT-ILP Group из New York University

Назад | Содержание | Вперед

 

Оценки производительности


Согласно заявлениям фирмы Intel, Merced достигнет наибольшей производительности в отрасли. Более точных оценок официально объявлено не было. Но затем фирма Intel анонсировала 32-разрядный Foster. Оказывается, он будет равен Merced в производительности на вещественных операциях. И даже последователь Merced, McKinley, будет медленнее, чем Foster в 32-разрядной целочисленной арифметике. Таким образом, фирма Intel сама себя опровергла. Merced не будет чемпионом по производительности.

Аналитики из MicroDesign Resources полагают, что производильность Merced с частотой 800 MHz на наборе команд IA-64 не превысит 45 SPECint95 и 70 SPECfp95, а на наборе команд x86 будет соответствовать Pentium с частотой 500 MHz. Производительность Pentium II на 450 MHz равна 17.2 SPECint95 и 12.9 SPECfp95. Получается, что при исполнении на Merced x86-кода производительность ухудшится в 3-5 раз.

Уже сейчас Compaq/DEC Alpha 21264 на частоте 500 MHz выдает 27.7 SPECint95 и 58.7 SPECfp95. На Alpha можно исполнять x86-код с помощью бинарного транслятора FX!32. Производительность при этом уменьшается в среднем в 3 раза.

Кстати, в 1997 году фиpма Intel закупила у DEC ряд лицензий, используемых в DEC Alpha. Intel была вынуждена сделать это, чтобы избежать судебного наказания за использование технологических решений DEC Alpha в своих продуктах. Веpоятно, ноу-хау DEC Alpha оказали существенное влияние и на будущий Merced.

Аналитик Tony Iams из D.H.Brown Association сообщает, что виденные им оценки производительности показывают, что UltraSPARC будет превосходить Merced в вещественной производительности, а целочисленная будет одинакова.
По оценкам, UltraSPARC-III на частоте 600MHz покажет около 35 SPECint95 и 60 SPECfp95.

В общем, считается, что конкурентами Merced станут DEC Alpha 21264, Sun UltraSPARC-III, IBM POWER3. Hо Alpha 21264 и POWER3 уже выпускаются, а выпуск UltraSPARC-III ожидается в 1999 году, тогда как Merced появится в 2000 году.

Операционные системы для Merced


Фирма Sun заключила соглашение с фирмой Intel на разработку Solaris (UNIX-система) для Merced. Фиpмой Sun c 64-pазpядными системами на базе UltraSPARC поставляется Solaris 2.x начиная с 1995 года. Текущая версия Solaris - 7 (2.7). Предполагается, что Merced будет поддерживаться начиная с версии 2.8. С Sun заключили соглашение NCR, Fujitsu, Siemens Nixdorf и Toshiba, с их системами на базе Merced будет поставляться Solaris.

DEC совместно с Sequent переносит Digital UNIX (UNIX-система) на Merced. О комплектовании Digital UNIX своих систем на базе Merced объявили фирмы Tandem Sequent и Compaq. Digital UNIX - пеpвая 64-pазpядная ОС семейства UNIX широкого применения. 64-разрядный вариант Digital UNIX появился в марте 1993 года.

Фирма HP переносит на Merced ОС HP-UX (UNIX-система). Напомним, что HP - один из разработчиков EPIC. HP лицензировала HP-UX фирмам Hitachi, NEC и Stratus.

Фиpма Microsoft объявила, что pазpабатываемая Windows NT 5.0 будет иметь 64-pазpядный ваpиант для Merced. К сожалению, фирма Microsoft пока не имеет опыта в pазpаботке 64-pазpядного ПО. Кстати, первая 32-разрядная операционная ОС фирмы Microsoft появилась лишь по прошествии 8 лет с выхода первого 32-разрядного микропроцессора фирмы Intel - i386.

Компания SGI заключила соглашение с Intel о переносе ОС IRIX (UNIX-система) на Merced.

Компания Novell объявила о намерении разработать новую сетевую ОС Modesto, которая будет исполняться в том числе и на процессорах семейства IA-64. При этом будет сохранена совместимость с NetWare 5.

Предикация


Предикация - способ обработки условных ветвлений. Суть этого способа - компилятор указывает, что обе ветви выполняются на процессоре параллельно. Ведь EPIC процессоры должны иметь много функциональных устройств.

Опишем предикацию более подробно.
Если в исходной программе встречается условное ветвление (по статистике - через каждые 6 команд), то команды из разных ветвей помечаются разными предикатными регистрами (команды имеют для этого предикатные поля), далее они выполняются совместно, но их результаты не записываются, пока значения предикатных регистров неопределены.  Когда, наконец, вычисляется условие ветвления, предикатный регистр, соответствующий "правильной" ветви, устанавливается в 1, а другой  - в 0. Перед записью результатов процессор будет проверять предикатное поле и записывать результаты только тех команд, предикатное поле которых содержит предикатный регистр, установленный в 1.

Техника, подобная предикации, используется в RISC процессорах архитектуры ARM от Advanced RISC Machines Ltd. (Cambridge, UK) начиная с первых ARM в 1980-х. Кстати, фирма Intel обладает лицензией фирмы Advanced RISC Machines на производство, продажу и модификацию микропроцессоров семейства StrongARM (разработан фирмой DEC, также обладавшей лицензией на ARM). В уже упомянутых сигнальных процессорах серии TMS320 все команды снабжены полем условия. Также и некоторые команды HP PA-RISC снабжены полем условия. В IBM POWER3 могут выполняться по предположению команды из обеих ветвей.

Описывая предикацию, представители Intel и HP ссылаются на исследовательскую работу A Comparison of Full and Partial Predicated Execution Support for ILP Processors, выполненную Scott A. Mahlke, Richard E. Hank, James E. McCormick, David I. August, и Wen-mei W. Hwu из исследовательской группы IMPACT университет штата Иллинойс. Работа опубликована в трудах 22-го Международного Симпозиума по Вычислительной Архитектуре, прошедшего в 1995 году. В настоящее время некоторые из авторов трудятся в лабораториях HP. В этой работе изучалось применение предикации на гипотетическом процессоре, содержащем 8 функциональных устройств. Было показано, что предикацию можно применить (в среднем) к половине условных ветвлений в программе.

К сожалению, Intel и HP не объяснили, как в процессорах семейства IA-64 будет обрабатываться оставшаяся половина условных ветвлений.

Современные же процессоры кроме предикации используют предсказание и исполнение по предположению. Кстати, RISC процессоры довольно часто правильно предсказывают ветвь - в 95% случаев.

Разрядность


Merced станет в 2000 году пеpвым 64-pазpядным микропроцессором pазpаботки фиpмы Intel. Первый 64-разрядный микропроцессор общего назначения MIPS R4000 появился в 1992 году. Ныне MIPS широко используется в суперкомпьютерах, серверах, рабочих станциях и даже в игровых приставках (Nintendo и Sony). Также уже в течение нескольких лет шиpоко используются 64-pазpядные микропроцессоры общего назначения DEC Alpha (1992 год), PowerPC-620 (1994 год), Sun UltraSPARC (1995 год), HP PA-RISC 2.0 (1996 год). Более того, в процессоре UltraSPARC присутсвуют 128-разрядные регистры.

Работа описывает историю разработки процессора


Работа описывает историю разработки процессора Merced фирмы Intel, анализирует его основные возможности и реальные новации. Содержит исчерпывающий список ссылок на источники информации по процессору и используемым в нем технологиям.

Словарь терминов


CISC - аббревиатура от Complex Instruction Set Computer Пpи pазpаботке набора команд CISC заботились об удобстве пpогpаммиста / компилятора а не об эффективности исполнения команд пpоцессоpом. В систему команд вводили много сложных команд (производящих по несколько простых действий). Часто эти команды представляли собой программы, написанные на микрокоде и записанные в ПЗУ процессора. Команды CISC имеют разную длину и время выполнения. Зато машинный код CISC процессоров - язык довольно высокого уровня. В наборе команд CISC часто присутсвуют, например, команды организации циклов, команды вызова подпрограммы и возврата из подпрограммы, сложная адресация, позволяющая реализовать одной командой доступ к сложным структурам данных. Основной недостаток CISC - большая сложность реализации процессора при малой производительности.

Примеры CISC процессоров - семейство Motorola 680x0 и процесссоры фирмы Intel от 8086 до Pentium II. Эти процессоры популярны и по сей день.

Концепция CISC противопоставляется RISC.

RISC - аббревиатура от Reduced Instruction Set Computer  Основными чертами RISC-концепции являются: одинаковая длина команд одинаковый формат команд - код команды ; регистр-приемник ; два регистра-источника операндами команд могут быть только регистры команды выполняют только простые действия большое количество регистров общего назначения (могут быть использованы любой командой) конвейер(ы) выполнение команды не дольше, чем за один такт простая адресация

К RISC процессорам причисляют MIPS, SPARC, PowerPC, DEC Alpha, HP PA-RISC, Intel 960, AMD 29000.

RISC концепция предоставляет компилятору большие возможности по оптимизации кода. В настоящее время именно RISC процессоры наиболее распространены. Область их применения очень широка - от микроконтроллеров до суперкомпьютеров. RISC процессоры лидируют по производительности среди процессоров общего назначения. Существуют стандарты на RISC процессоры, например SPARC - Scalable Processor ARChitecture (текущая версия - 9, UltraSPARC), MIPS (текущая версия - IV, R10000), PowerPC; часто их называют открытыми архитектурами.

VLIW - аббревиатура от Very Long Instruction Word  VLIW - это набор команд, реализующий горизонтальный микрокод. Несколько (4 - 8) простых команд упаковываются компилятором в длинное слово. Такое слово соответствует набору функциональных устройств.

VLIW архитектуру можно рассматривать как статическую суперскалярную архитектуру. Имеется в виду, что распараллеливание кода производится на этапе компиляции, а не динамически во время исполнения. То есть, в машинном коде VLIW присутствует явный параллелизм.

VLIW процессоры мало распространены. Наиболее известна была VLIW система фирмы Multiflow Computer, Inc. Эта фирма уже не существует. Многие бывшие инженеры из Multiflow Computer работают теперь в HP. В нашей стране довольно известен суперкомпьютер "Эльбрус-3", использующий VLIW концепцию. К VLIW можно причислить семейство сигнальных процессоров TMS320C6x фирмы Texas Instruments. C 1986 года ведутся исследования VLIW архитектуры в IBM's T. J. Watson Research Center.

Несомненно, между EPIC и VLIW можно найти много общего.

Назад | Содержание

 

Справочник - Материнские платы и процессоры


Введение Хронология событий EPIC, IA-64, Merced Описание IA-64 Предикация Загрузка по предположению Прочие факты о Merced Оценки производительности Цена Разрядность Тактовая частота Технология производства Совместимоть Операционные системы для Merced Компиляторы для Merced Заключение Источники Словарь терминов

 

Совместимость


До официального объявления Intel в 1997 году ожидалось, что архитектура, разрабатываемая совместно фирмами Intel и HP будет совместим по коду с семействами x86 и PA-RISC. Тепеpь выяснилось, что Merced, построенный по этой архитектуре, будет исполнять код только семейства x86.

Концепции EPIC и CISC противоположны. В случае EPIC организация вычисления возложена в основном на компилятор, в случае CISC - на процессор. А теперь эти две концепции объединяются в одном процессоре.

В статье из Microprocessor Report анализируются патенты Intel на некий 64-разрядный процессор с двумя наборами команд: 64-разрядным и набором команд x86. Можно предположить, что этот процессор - Merced. В патенте сказано, что процессор будет выполнять программы, в которых перемешаны команды из набоpов x86 и IA-64, будут команды пеpехода из режима IA-64 в x86 и обpатно. Причем, по словам автора статьи, Linley Gwennap, "в некоторых местах документ создает впечатление, что Intel относится IA-64 просто как к 64-разрядному расширению x86, аналогично новым 32-разрядным режимам появившимся в i386".

В общем, относительно совместимости Merced с x86 ясно лишь, что эта совместимость будет, об этом неоднократно было заявлено представителями Intel.

Тактовая частота


Linley Gwennap в [11] предполагает, что тактовая частота первого Merced будет около 800 MHz. С 1997 года серийно выпускается Alpha 21164 с частотой 612 MHz. В октябре 1996 года был показан Exponential Technologies` PowerPC-750 MHz, а в феврале 1998 года фирма IBM продемонстрировала Xperimental PowerPC с частотой 1GHz.

Технология производства


Произвдство Merced начнется в 2000 году по 0.18 микронному технологическому процессу. Данный процесс ныне разрабатывается фирмой Intel. Уменьшение этой технологической хаpактеpистики позволяет снизить потребляемую мощность, поднять тактовую частоту, увеличить степень интеграции, а, следовательно, разместить на микропроцессоре большее количество исполняющих устройств, регистров, кэш-памяти. В настоящий момент все пеpечисленные выше 64-pазpядные микропроцессоры пpоизводятся по технологиям 0.35 и 0.25 мкм; Фиpма Intel выпускает по технологии 0.25 мкм свои 32-pазpядные процессоры семейства x86;

По словам Ronald Curry, Merced director of marketing, первый Merced будет выпускаться в картриджах, включающих ЦПУ, L2 кэш и интерфейс шины. Для Merced разрабатывается новая системная шина, использующая концепции шины Pentium-II.

разрядного микропроцессора общего назначения, разрабатываемого


Merced - название 64- разрядного микропроцессора общего назначения, разрабатываемого в настоящее время фирмой Intel. Его выпуск начнется в середине 2000 года по 0.18-микронной технологии. Опытное производство - в 1999 году. Процессор получил название от города Merced, расположенного недалеко от Сан-Хосе (США). Merced станет первым процессором нового семейства IA-64. IA-64 - аббревиатура от Intel 64-bit Architecture - 64-разрядная Архитектура Intel. IA-64 воплощает концепцию EPIC (аббревиатура от Explicitly Parallel Instruction Computing - Вычисления с Явным Параллелизмом Команд). Концепция EPIC разработана совместно фирмами Intel и Hewlett-Packard, по их заявлениям, EPIC - концепция той же значимости, что CISC и RISC. В IA-64 используется новый 64-разрядный набор команд, разработанный также совместно фирмами Intel и HP (для него в официальных сообщениях Intel и HP вводится аббревиатура 64-bit ISA - 64-bit Instruction Set Architecture). Вдобавок, Merced будет полностью совместим с семейством x86 (В официальных сообщениях Intel семейство x86 обозначают аббревиатурой IA-32 - Intel 32-bit Architecture - 32-разрядная Архитектура Intel). В настоящее время доподлино известно о работах над двумя процеcсорами семейства IA-64: уже упомянутый Merced, разрабатываемый в основном силами Intel McKinley, который разрабатывается в HP и появится в конце 2001 года Недавно были добавлены еще два названия:
В 2002 должен появиться Madison, а за ним - Deerfield. Содержание | Вперед  

Загрузка по предположению


Этот механизм предназначен снизить простои процессора, связанные с ожиданием выполнения команд загрузки из относительно медленной основной памяти.

Компилятор перемещает команды загрузки данных из памяти так, чтобы они выполнились как можно раньше. Следовательно, когда данные из памяти понадобятся какой-либо команде, процессор не будет простаивать. Перемещенные таким образом команды называются командами загрузки по предположению и помечаются особым образом. А непосредственно перед командой, использующей загружаемые по предположению данные, компилятор вставит команду проверки предположения. Если при выполнении загрузки по предположению возникнет исключительная ситуация, процессор сгенерирует исключение только когда встретит команду проверки предположения. Если, например, команда загрузки выносится из ветвления, ветвь, из которой она вынесена, не запускается, возникшая исключительная ситуация проигнорируется.

Обычно для борьбы с зависимостью от медленной памяти в процессорах применяются кэши 2-х, 3-х уровней. Например HP PA-8500 содержит кэш 1-го уровня емкостью в 1.5 Mb.

Но, вдобавок к этому, например в процессорах Sun UltraSPARC (SPARC version 9), IBM POWER3 и HP PA-8xxx есть команды, указывающие процессору, что именно (данные и команды) загрузить в кэш 1-го уровня - это сильно напоминает загрузку по предположению.

Назад | Содержание | Вперед

 

Основная особенность EPIC та же,


Основная особенность EPIC та же, что и VLIW - распараллеливанием потока команд занимается компилятор, а не процессор. Достоинства данного подхода: упрощается архитектура процессора; вместо распараллеливающей логики на EPIC процессоре можно разместить больше регистров, функциональных устройств. процессор не тратит время на анализ потока команд возможности процессора по анализу программы во время выполнения ограничены сравнительно небольшим участком программы, тогда как компилятор способен роизвести анализ по всей программе если некоторая программа должна запускаться многократно, выгоднее распараллелить ее один раз (при компиляции), а не каждый раз, когда она исполняется на процессоре. Недостатки: Компилятор производит статический анализ программы, раз и навсегда планируя вычисления. Однако даже при небольшом изменении начальных данных путь выполнения программы сколь угодно сильно изменяется. Очень увеличится сложность компиляторов. Значит, увеличится число ошибок в них, время компиляции. Еще более увеличится сложность отладки, так как отлаживать придется оптимизированный параллельный код. Производительность Merced будет всецело зависеть от качества компилятора. Компиляторы для IA-64 в настоящее время разрабатываются, об их качестве ничего не известно. Пpедставляется, что pазpаботка качественного pаспаpаллеливающего компилятоpа для Merced - более сложная задача, чем pазpаботка самого Merced. Сегодня известен, пожалуй, только один успешный коммерческий компилятор подобного типа - это компилятор для семейтва сигнальных процессоров TMS320C6x фирмы Texas Instruments. Этот компилятор разрабатывался довольно долгое время. Согласно заявлениям фирм Intel и HP, одно из достоинств EPIC - упрощение архитектуры, но IA-64 будет аппаратно поддерживать CISC систему команд семейства x86. Пpоизводительность Merced 800 MHz на набоpе команд x86, вероятно, будет на уpовне Pentium 500 MHz. То есть, стаpое пpогpаммное обеспечение для пpоцессоpов x86 не будет эффективно исполняться на Merced.
Запускать на нем DOS или Windows - чересчур дорого. Сама фирма Intel заявляет, что Merced предназначен для рабочих станций и серверов верхнего уровня. В этом секторе компьютерного рынка процессоры x86 не использовались, поэтому непонятно, зачем в Merced нужна совместимость с x86. Также вероятно, что наращивание числа исполняющих устройств - не столь тяжелая задача для RISC процессоров и не столь легкая для EPIC, как утверждается разработчиками EPIC и IA-64. Тем более, что так называемые RISC процессоры уже используют многие идеи, которые будут воплощены в Merced. Повторим, что классификация процессоров на CISC, RISC и VLIW условна. Современные процессоры воплощают удачные идеи из всех перечисленных концепций. В Microprocessor Report за 26 января 1998 года высказывается предположение, что EPIC может быть добавлено в виде расширения в существующие RISC наборы команд; измененный таким образом RISC процессор будет способен запускать старый код, а на программах скомпилированных для EPIC будет работать так же быстро, либо быстрее, чем IA-64 процессоры. Intel и HP неоднократно заявляли, что Merced будет построен по революционной концепции EPIC. Но уже существуют процессоры, по всем признакам попадающие в категорию EPIC - отечественный Эльбрус-3 (1991г), TMS320C6x (1997г). Все же, Merced - это интересный эксперимент в области разработки процессоров. И его ожидает трудная, но интересная судьба. Поэтому Intel и HP, призывая всю компьютерную индустрию переходить на Merced, сами стараются перестраховаться. Это утверждение подтвеpждатся следующими фактами. Intel продолжает линию 32-разрядных x86-процессоров и, вдобавок, закупила лицензию у DEC на RISC-пpоцессоp Alpha; Hewllet-Packard, одновpеменно с pазpаботкой EPIC, пpодолжает pазpаботку новых супеpскаляpных RISC-пpоцессоpов сеpии PA-RISC. Назад | Содержание | Вперед  

Айсберг технологий. Верхняя часть


Вообще стоит сказать, что мы привыкли к возможностям, которые предоставляют нам персональные компьютеры и процессоры в купе с программным обеспечением. На этом фоне начинают «замыливаться» первые процессоры с частотами (представьте, такое было) в сотни герц! Вряд ли кто-то вспомнит о гигантском прорыве в технологиях изготовления микропроцессоров и миниатюризации элементов. Сегодняшний школьник, играющий в любимую игру, вряд ли задумается, что он обладает большей вычислительной мощью, чем правительство США при подготовке лунной программы.

Не ждите от нас начала в духе «прежде всего был кремний», хотя это и так. Если начинать писать обо всем подробно, получится целая книга. Наша цель — освежить в памяти именно те факты, которыми мы далее планируем оперировать.

Так вот, все микропроцессоры можно разделить (только не смейтесь) на два больших типа. Первый – скалярные, а второй — суперскалярные. Данная классификация возможна по принципам, заложенным в архитектуру процессора. В первом случае микропроцессор выполняет одну операцию за такт частоты, работая последовательно над обработкой команд. Во втором случае суперскалярный процессор представляет собой нечто большее, нежели последовательный (скалярный) процессор, разрешая выполнять несколько операций за один такт частоты. Собственно такое упрощение позволяет сделать первые выводы о том, что с какого-то момента рост тактовой частоты и производительность микропроцессора начинают идти разными дорогами - чем дальше, тем больше расходящимися в разные стороны. Наверное, можно представить: с некоторого момента одновременное использование в наименовании процессора его тактовой частоты может ни только не помочь, а напротив – навредить при выборе.

Если вы обратите внимание на первые микропроцессоры, тактовая частота которых измерялась еще единицами или даже сотнями герц, то вряд ли обнаружите там красивые торговые марки и сильный акцент на тактовую частоту. Наоборот, перед нами появляются какие-то нелепые наборы цифр, например, i8080 или Z80.
В то время никто не имел никакого желания выносить тактовые частоты на первое место. Просто компьютер превратился в персональный и стал представлять собой скорее занимательную игрушку, чем сложный рабочий инструмент. И компании-разработчики были содружеством инженеров, только принимавших первые решения относительно принципов продажи нового класса устройств – персональных компьютеров. По мере развития и (как ни странно) взрывного роста популярности, к этому классу устройств было привлечено внимание все большего количества компаний, и в серию выходили первые «наколенные» разработки. Затем наступили годы развития, но с появлением первых 32-разрядных процессоров семейства x86 кроме поколения процессора в его название вносится тактовая частота. Трудно сказать, было ли это началом так называемой войны мегагерцев, однако со временем сложилась такая ситуация, что потребитель скорее обращал внимание на рост тактовой частоты, нежели на изменение поколений процессоров или технологий их производства.

В 1993 году Intel объявил первое массовое суперскалярное поколение процессоров — Pentium. Кстати, суперскалярные архитектуры не новы, но до селе они были характерны для мэйнфреймов, а не персональных компьютеров. Поэтому можно сказать, что начиная с этого момента решения, десятилетиями работающие на благо супервычислений, пришли к обычному пользователю. Первый Pentium содержал два параллельно работающих конвейера обработки, благодаря чему мог выполнять две инструкции за один такт (та самая суперскалярность), вторая особенность, на которой стоит заострить внимание, – наличие блока предсказания ветвлений, он стал как бы естественным следствием из появления второго конвейера. Следующий технологический шаг в развитии микропроцессоров — выделение специализированных блоков инструкций, позволявших быстрее обрабатывать определенные типы данных (в частности, мультимедийные) – первая реализация появилась с выходом Pentium MMX, в дальнейшем вышли следующие наборы инструкций – SSE, SSE2. Миниатюризация элементов позволила размещать кэш второго уровня прямо на ядре микропроцессора.Такая прибавка к логике процессора еще больше увеличила разрыв между тактовой частотой и производительностью. Впоследствии сменяющие друг друга поколения процессоров добавили третий конвейер, отдельные блоки предобработки инструкций, на процессоре появился кэш сначала второго уровня, а потом и третьего, росли тактовые частоты и пропускная способность шины передачи данных, менялись разрядность шин передачи данных и их тактовые частоты. Все эти решения позволяют сделать один простой вывод – тактовая частота становится неким измерением технологического уровня процессора, но отнюдь не его производительности. Более того, новые линейки микропроцессоров, например, Pentium 4, имеют несколько процессоров с одной тактовой частотой, хотя предназначены для абсолютно различных рынков: Intel Pentium 4-M 2,0 ГГц, Intel Pentium 4 Сeleron 2,0 ГГц, Intel Pentium 4 Xeon 2,0 ГГц. Естественно, такая ситуация начинает играть против производителей.


BMW производства Intel или processor number


Каждая компания руководствуется своими принципами при маркировке производимых изделий. Это можно по-разному комментировать, но не изменить. И так, если AMD в маркировке преследовала цель сделать акцента на экстрапроизводительность, то корпорация Intel пошла по иному пути – разграничение по сегментам. Необходимость введения нового принципа маркировки объясняется тем, что с появлением большого количества процессоров с одинаковыми тактовыми частотами и разными возможностями возникают затруднения при выборе продукта. Теперь каждому микропроцессору, производимому Intel, будет присвоен «processor number». Официальный перевод этого термина пока отсутствует, но мы позволим себе его перевести как «идентификатор». Новая маркировка, прежде всего, должна избавить потенциального покупателя от сложности в выборе. То есть дать возможность по условному идентификатору процессора оценить его оснащенность. В качестве таких идентификаторов будут использоваться трехзначные индексы, представляющие собой кодовое выражение суперпозиции характеристик процессора, в том числе тактовой частоты. На сегодняшний день планируется использование трех серий идентификаторов - 3хх, 5хх и 7хх (см. табл. 2). И подобно тому, как маркируются меньшими индексами более простые модели автомобилей, микропроцессоры так же выстраиваются по уровню решений: идентификатор «3xx» получат процессоры начального ценового диапазона – Celeron и Mobile Celeron, идентификатор серии «5хх» означает бизнес-класс – процессоры Pentium 4 и Mobile Pentium 4, а идентификаторы серии «7хх» — High-End-решения – Pentium 4 Extreme Edition и Intel Pentium M. При этом компания не планирует скрывать показатели тактовой частоты, объема кэш-памяти и иные технические характеристики процессора. Они по-прежнему будут указываться на боксовой части упаковки и на сайте компании. Но с другой стороны, неискушенный пользователь, придя в магазин, больше не будет часами расспрашивать (зачастую некомпетентного) продавца, а сразу поймет, к какому сектору решений ему обратиться.



Каждый элемент


Итак, исследуются новые материалы, новые структуры ALU, но творческая мысль продолжает поиск путей для снижения тепловыделения и находит их буквально во всех элементах процессора.

Одна из таких идей получила воплощение в виде технологий IntelR SpeedStepR и IntelR Enhanced SpeedStepR, позволяющих снижать тактовую частоту процессора в зависимости от загрузки процессора. Первоначально данная технология использовалась лишь в процессорах для мобильных ПК, но затем перекочевала и в серверные процессоры семейства IntelR XeonT, и в процессоры для настольных систем семейства Intel Pentium 4.

В другой технологии, получившей кодовое наименование Foxton, применяется более изощренная "идеология": для принятия решения о повышении или понижении тактовой частоты процессор использует информацию не о своей загрузке, а о своем текущем тепловыделении. При этом технология Foxton позволяет процессору динамически изменять не только свою частоту, но и напряжение питания. Процессор снабжается датчиками текущего напряжения питания, энергопотребления и температуры. Основываясь на этих данных, процессор в реальном времени вычисляет собственное тепловыделение. Если оно оказывается выше или ниже некоей требуемой величины, то логика ЦПУ принимает решение о соответствующем уменьшении либо увеличении напряжения питания. Частота же процессора всегда определяется как максимально возможная для текущей величины напряжения.

Еще одна интеллектуальная технология снижения энерговыделения - Thermal Monitor - представляет собой некий симбиоз датчика температуры и технологии Intel SpeedStep. По достижении процессором определенной температуры начинает действовать механизм модуляции тактовой частоты: на определенное время большинство вычислительных узлов процессора циклически отключается/включается, пока не будет восстановлена приемлемая температура. В моменты отключения узлов выделяемая мощность минимальна, что и позволяет процессору "остыть".

Наконец, технология Demand Based Switching позволяет управлять частотой вращения вентилятора: когда нет необходимости в его работе, он снижает обороты и тем самым также экономит энергию.

Для борьбы с лишним теплом используется буквально каждая возможность. Например, инженеры устранили соединительные спайки между чипом и разъемом, куда он вставлялся. Это уменьшило толщину устройства в целом и позволило снизить напряжение питания, а с ним и энерговыделение.

Еще одна перспективная технология предполагает использование динамически "спящих" транзисторов (Dynamic Sleep Transistor) и будет использоваться в чипах, изготовленных по технологии 65 нм. Суть ее состоит в том, что большие блоки транзисторов в кэш-памяти процессора могут полностью отключаться во время "простоя" и заметно снижать энергопотребление.

"Материальный" вопрос


Самая простая и очевидная мысль - попробовать изменить материалы, используемые при производстве микропроцессоров. В исследовательских лабораториях Intel создаются новые материалы, призванные заменить те, что применяются при производстве полупроводниковых компонентов уже более 30 лет. Так, уже анонсированы транзисторы Intel, разработанные с использованием нового диэлектрика затвора с высоким коэффициентом диэлектрической проницаемости (high-k диэлектрик) и новых сплавов для производства самих затворов транзисторов (metal gate). Напомним, что в данном случае затвор представляет собой электрод транзистора, управляющий его "включением" и "выключением", а диэлектрик затвора - это тонкая изоляционная пленка под затвором. В совокупности новые материалы позволяют радикально снизить утечки тока, порождающие нежелательное тепловыделение. Не будем забывать, что токи утечки возрастают экспоненциально при переходе с 90-нанометрового на 65-нанометровый технологический процесс по сравнению с переходом от 130- к 90-нм технологиям!

По данным корпорации Intel, новый диэлектрик позволяет снизить токи утечки более чем в 100 раз по сравнению с традиционным диоксидом кремния. Сочетание нового диэлектрика и нового сплава для изготовления затвора даст возможность продлить действие закона Мура и технологическое лидерство корпорации Intel еще на 5-10 лет. Транзисторы на основе новых материалов рассматриваются в качестве одного из вариантов для изготовления будущих процессоров Intel уже в 2007 году, в рамках производственного процесса Intel с проектной нормой 45 нанометров.

Кроме того, исследователи Intel ведут разработки в области новых материалов непосредственно для транзисторов. Так, в феврале 2005 года инженеры Intel и компании QinetiQ продемонстрировали прототип транзистора на основе нового материала - антимонида индия (InSb), обладающего уникальными электронными свойствами.

Антимонид индия, двухкомпонентный полупроводник, начали исследовать около двух лет назад. Работающий в нем квантовый эффект "потенциальной ямы" позволяет в несколько раз снизить время и напряжение, необходимые для переключения транзистора. В результате, как показали исследования прототипов NMOS-транзисторов из антимонида индия, они обеспечивают трехкратное повышение производительности при сохранении того же уровня тепловыделения, что и у современных транзисторов, или такую же производительность, как у нынешних транзисторов, но при десятикратном снижении выделяемой мощности.

Многоядерные процессоры Intel


Корпорация Intel уже давно работает над концепцией параллелизма и аппаратными средствами реализации многопоточности. Одно из первых открытых обсуждений этой темы нашло отражение в статье, написанной в 1989 году "архитекторами" Intel Пэтом Гелсингером, Паоло Гарджини, Герхардом Паркером и Альбертом Ю. Возможность реализации многопоточности открывает перед разработчиками весьма привлекательные перспективы по увеличению производительности, масштабируемости и функциональной гибкости устройств, и в то же время позволяет существенно снизить их термические параметры.

Сегодня Intel налаживает выпуск многоядерных процессоров, в которых содержится два или более полнофункциональных ядра ЦПУ, благодаря чему один процессор может одновременно выполнять несколько потоков программных инструкций. В сочетании с технологией Нyper-Threading, позволяющей операционной системе "видеть" один физический процессор как два логических, процессоры семейства IntelR PentiumR Extreme Edition могут обрабатывать до четырех программных потоков одновременно, максимально эффективно используя имеющиеся в наличии ресурсы. При этом увеличение количества ядер - это еще и эффективный способ решения проблемы тепловыделения.

Поскольку частота процессора примерно пропорциональна напряжению питания, а активная мощность - квадрату этого напряжения, то при переходе от одноядерной архитектуры процессора к двухъядерной можно сохранить тот же уровень производительности, снизив частоту каждого из процессоров (читай - напряжение на нем) вдвое. При этом суммарное тепловыделение процессора снизится в четыре раза, а плотность выделяемой мощности - и того больше. В реальности, конечно же, все обстоит немного сложнее, но порядок цифр - именно такой.

Можно действовать по-другому. Если взять ядро в два раза меньшее по линейным размерам с пропорционально уменьшенной производительностью (тоже в 2 раза), то на площади одного большого кристалла можно будет разместить четыре маленьких ядра. Потребляемая мощность у подобного четырехъядерного процессора будет такая же, как и у их большого собрата, а производительность - в два раза больше!

Кроме того, общее энергопотребление многоядерного процессора может быть снижено за счет гибкого и независимого управления мощностью, потребляемой каждым из потоков. Переброс процессов из одного ядра в другое можно использовать для распределения выделяемой энергии по большей площади, что снижает вероятность локальных перегревов.

Не менее эффективно снижает энергопотребление и использование специальных ядер, занятых решением конкретных задач, таких как кодировка видео, работа с графикой, распознавание речи. Тепловыделение специализированного ядра может составлять единицы ватт, тогда как для решения аналогичной задачи процессором общего назначения потребовалось бы 50-75 Вт.

Объективно о субъективном


История с попыткой ухода от указания реальной тактовый частоты процессора в его наименовании, как ни странно, началась с поражения. Проигрывающая в то время соревнование по тактовой частоте компания AMD принимает простое и логичное решение о вводе и использовании в наименованиях не тактовой частоты, а рейтинга производительности. Трудно сказать, кто именно был автором идеи введения рейтингов – специалисты по маркетингу или кто-то еще, но в этом был свой смысл. Прежде всего, рейтинг показывал, что компания по-прежнему занимает место на рынке рядом с лидером. А тогда этому мешала именно реальная тактовая частота процессоров AMD Athlon. Таким образом, появляется новое поколение процессоров – Athlon XP. Разумеется, аббревиатура получила красивое значение Extra Performance, которое лишний раз подчеркивало дополнительную производительность, предоставляемую новой архитектурой. Для сравнения в таблице 1 приведены значения тактовых частот для различных процессоров линейки Athlon XP. С момента выхода первого процессора данной серии прошло фактически два года и вот, во время проведения выставки CeBIT ‘2004 как гром среди ясного неба пришло сообщение о новых принципах маркировки микропроцессоров Intel.



"Точечное" охлаждение


Исследователи из лаборатории изучения цепей корпорации Intel под руководством Рэма Кришнамурти (Ram Krishnamurty) идут немного иным путем - они, как мудрые медики, берутся не лечить болезнь, а устранить ее причину.

Рэм Кришнамурти и его сотрудники решили внимательнее разобраться, какие конкретно участки микропроцессора выделяют больше тепла, а какие - меньше. Для этого они использовали широко известную технологию "тепловидения". В результате специалисты обнаружили, что до пугающих любого пользователя 125 градусов Цельсия нагревается лишь небольшой участок процессора - ALU (Arithmetic and Logic Unit, элемент для логических и арифметических операций), тогда как вся остальная часть, включая кэш-память, нормально функционирует при вполне приемлемой для кристалла температуре не выше 65 градусов.

Если процессор выполняет простую пересылку данных из одного участка памяти в другой, то это не приводит к нагреву. А вот когда производятся сложные математические операции, процессор нагревается. Мало того, современные процессоры корпорации Intel используют не одно, а от четырех до 24 ALU. Поскольку все ALU пересылают данные друг другу, они располагаются поблизости друг от друга, что еще больше увеличивает плотность выделения тепла.

Чтобы снизить тепловыделение, исследователи под руководством Рэма Кришнамурти разработали новую схему ALU, которая позволяет повысить производительность процессора и снизить тепловыделение. "Новая технология позволяет в четыре раза снизить потери мощности на тепловое излучение", - утверждает Стив Павловский (Stephen S. Pawlowski), главный директор по технологиям и генеральный менеджер по архитектуре и планированию подразделения Digital Enterprise Group корпорации Intel. В группе Кришнамурти были достигнуты наивысшие показатели по быстродействию ALU в отрасли: 10 ГГц для 32-разрядного целочисленного ALU, изготовленного по технологии 130 нм, и 7 ГГц для 64-разрядного целочисленного ALU, изготовленного по технологии 90 нм. Эти показатели быстродействия в два-три раза выше, чем у других компаний. Новый элемент ALU решили назвать Nozomi - в честь высокоскоростного японского поезда.

"Мы осознали, что именно ALU являются "горячими точками" микропроцессора: они потребляют львиную долю мощности, и в будущем это будет только усугубляться, - говорит Кришнамурти. - 64-разрядный ALU типа Nozomi, протестированный в нашей лаборатории, потребляет всего-навсего 300 милливатт, что в два с лишним раза меньше, чем аналогичные устройства других производителей".

Войнам мегагерцев пришел конец?


Стивен Джоб,
«Экспресс-Электроника» , # 6/2004

Когда-то, на заре становления микропроцессоров, инженерам удалось совершить настоящую революцию и сделать ее достижения доступными для всех. Более того, им удалось коренным образом изменить сознание людей – не без помощи маркетинга появилась новая величина, характеризующая производительность – тактовая частота. На ряд магических цифр после наименования модели мы заворожено смотрим в магазине, сопоставляя с ними скорость работы своего ПК. Но жизнь преподносит нам разные сюрпризы. Первый из них не самый приятный – законы физики никто не отменял и тактовая частота не может расти бесконечно. Второй заключался в следующем: тактовая частота – это не производительность, а скорее, нечто среднее между оправданием стоимости микропроцессора и желанием показать, что компания-производитель по-прежнему развивается. Впрочем, давайте обо всем по порядку.

Наверное, не стоит копаться на пыльных полках истории, пытаясь отыскать канувшие в Лету факты. Ведь история развития микропроцессоров отдалена от нас не веками, а примерно десятком лет, и, значит, известна многим. Да и, по всей видимости, читателю любопытно узнать о новинках, а вовсе не о фактах, перечисление которых в информационных лентах и без того наскучило. Разумеется, мы не преподносим истину в последней инстанции. Напротив – хотим привести ряд наиболее интересных событий, позволяющих не только четко понять и оценить текущее состояние рынка микропроцессоров, но и сделать выводы о путях его развития.



Время холодной войны


Нам долго твердили, что «конкуренция» – «плохое» слово из мира капитализма. Но сегодня мы понимаем, что конкуренция означает наличие хороших товаров и возможность выбора для потребителя. Если применить данный тезис к рынку микропроцессоров, вы без труда сможете назвать основных конкурентов. Это компания AMD (Advanced Micro Devices) и Intel (сокращение от Integrated Electronics) – здесь они перечислены в алфавитном порядке. Причем трудно сказать, партнеры эти компании или конкуренты. Ведь история обеих фирм начинается с работы инженеров одной компании – Fairchild Semiconductor, более того, одна (AMD) очень успешно жила, создавая клоны процессоров разработки другой (Intel). Ситуация может показаться странной, впрочем, объясняется она просто. Солидный пакет заказов в бюджетах обоих микропроцессорных гигантов (в большей степени — Intel) формировали государственные военные ведомства. И принцип «альтернативного поставщика», заложенный в политику размещения таких заказов, не позволял останавливаться на изделиях (пусть и уникальных по своим возможностям и характеристикам) одного поставщика. Разумеется, AMD и являлась тем самым альтернативным поставщиком микропроцессоров. Теперь дальше. С появлением легендарного пятого поколения процессоров – Pentium – ситуация изменилась коренным образом. Intel потребовала со всех компаний, желавших производить клоны его процессоров, солидные отчисления, которые в итоге не позволяли вести им конкурентную ценовую войну на рынке. Фактически с этого момента партнерство компаний сменяется конкуренцией. Затем произошло много событий – и судебные процессы между ними, возврат AMD фактически к чертежному листу для разработки собственного процессора, успехи и неудачи, создание 64-разрядных чипов и многое другое. Но с тех пор как появились различные торговые марки процессоров (например, Pentium и 5х86), их связывает одно – тактовая частота. Именно за первенство в ней компании начинают бороться, инвестируя миллиарды долларов в разработки и исследования. Возможно, тогда для этого были явные предпосылки, но тактовая частота — лишь вершина айсберга. За ней кроется множество технологических решений, и погубивших ее как показатель производительности.



Жар холодных числ


Inside Intel, информационный бюллетень стран СНГ и Балтии

Любая вычислительная операция, произведенная с использованием полупроводникового устройства, вызывает в той или иной мере повышение его температуры, то есть порождает тепло, или "Жар холодных числ", как сказал когда-то Александр Блок, хотя и имел в виду нечто совсем другое. Тепловыделение всегда было одной из наиболее существенных проблем при работе полупроводниковых устройств любой логики и размера, причем с каждым годом эта проблема становится все более актуальной. Как же с ней бороться?

Великий маг и престидижитатор Кристобаль Хозевич Хунта из фантастической повести братьев Стругацких "Понедельник начинается в субботу" принципиально занимался решением только тех задач, которые не имели решения, поскольку все остальные задачи считал недостойными себя. Без сомнения, он с удовольствием занялся бы и решением задачи снижения тепловыделения на современном процессоре.

Подчиняясь неумолимому закону Мура, с каждым годом транзисторы становятся все меньше, а, значит, электронам приходится передвигаться по все более узким переходам, все более "энергично" сталкиваясь с атомами вещества и тем способствуя выделению все большего тепла. Чем больше транзисторов размещается на единице площади, тем больше мощности они потребляют и, соответственно, выделяют энергии. Плотность размещения транзисторов в современных чипах достигает миллионов единиц на квадратный миллиметр. Например, у 90-нанометрового ядра процессора IntelR PentiumR 4 (Prescott) на площади 112 мм2 размещено около 125 млн транзисторов!

Еще в относительно благополучном, с точки зрения тепловыделения, 2001 году Патрик Гелсингер, являвшийся в то время главным директором корпорации Intel по технологиям, заметил: "Если мы будем продолжать использовать современные методы разработки процессоров, то к 2010 году процессоры будут вырабатывать больше тепла на квадратный миллиметр, чем ядерный реактор". По его убеждению, решить эту проблему способны лишь совершенно новые, революционные методы.

Мы расскажем о нескольких направлениях исследований, которые ведутся сегодня в корпорации Intel в надежде решить "вечную" проблему.