Nehalem

Nehalem je kódové označení pro mikroarchitekturu procesorů, kterou vyvinul Intel. Procesory postavené na architektuře Nehalem byly vydány ve čtvrtém čtvrtletí roku (2008) v high-end verzích, běžné verze až ve třetím čtvrtletí roku následujícího. Nehalem je nástupce starší mikroarchitektury Core.

Nehalem používá 45nm výrobní proces z předchozí generace a uplatňuje jej pro novou architekturu. Později v roce 2010 se začaly vyrábět slabší modely i 32nm technologickým procesem. Pracovní systém se dvěma procesory Nehalem byl uveden na Intel Developer Fóru na podzim 2007.

Tato architektura je pojmenována po řece Nehalem v severozápadním Oregonu, která je zase pojmenována po pokolení rodilých Američanů v Oregonu. Kódové jméno bylo zobrazeno na konci několika vývojových map společnosti už v roce 2000. V té době to měl být poslední vývoj architektury NetBurst. Vzhledem k tomu, že architektura NetBurst byla opuštěna, kódové jméno bylo použito znovu pro úplně jiný projekt.

Technologie

Jednalo se o jednu z největších revolucí x86 architektury od doby vydání Pentia Pro v roce 1995. Nehalem je vysoce škálovatelný s různými komponenty pro různé úkoly. Nehalem má následující specifikaci:

Dvou, čtyř a osmi jádrové varianty
Integrovaný paměťový řadič podporující DDR3 SDRAM a 1 až 6 paměťových kanálů
45nm a 32nm výrobní proces
Low-end varianty budou mít integrovaný grafický procesor (IGP) umístěný mimo čip, ale ve stejném pouzdře
Používá nové point-to-point propojení procesorů nazývané Intel QuickPath Interconnect, které nahradí zastaralou Front Side Bus
Hyper-threading, který nebyl přítomen na běžných procesorech od Intelu od roku 2006
Nativní (monolitické, tj. všechna procesorová jádra na jediném čipu) čtyř a osmi jádrové procesory
731 milionů tranzistorů u čtyřjádrové varianty
32 KB L1 instrukční a 32 KB L1 datová cache na jedno jádro
256 KB L2 cache na jádro
8 MB L3 cache sdílené mezi všemi jádry
O 33 % efektivnější v mikro-ops operacích než Core
2. úroveň řady prediktoru a 2. úroveň Translation Lookaside Buffer
Modulární bloky komponent, jako jsou jádra, mohou být přidány nebo odstraněny pro různé segmenty trhu

Cache paměť

Hlavní novinkou byla další úroveň cache paměť. Oproti mikroarchitektuře Core byla přidána další úroveň paměti a to L3. L1 cache má velikost 64 KB a je rozdělena na datovou (32KB) a instrukční (32KB). Paměť L1 je samostatná pro každé jádro a její rychlost jsou 4 cykly. Nad ní se nachází L2 paměť, která je opět samostatná pro každé jádro. Její velikost je 256 KB a rychlost je 10 cyklů. Paměť L3 je již ovšem sdílená mezi všemi jádry a má velikost 8 MB (Lynnfield, Bloomfield). Rychlost je 40 cyklů. Z toho důvodu se stává synchronizace mezi jádry poměrně pomalá, srovnáme-li rychlost L1 a L2 paměti s L3.

Integrovaný paměťový řadič

Další změna oproti předcházejícím architekturám Intelu byl paměťový řadič, který je již umístěn v procesoru. Dříve byl umístěn v severním můstku, takže když procesor potřeboval přistupovat k RAM paměti, tak musel jít přes severní můstek.

To, že se řadič pamětí přemístil do procesoru, má za následek značné zrychlení přístupu k RAM paměti (snížení latence). Integrovaný paměťový řadič je nejvýše tříkanálový (3×64bit) a na každý kanál je možno připojit dva DIMM moduly, to znamená, že je možnost celkově připojit až 6 paměťových modulů. Tyto paměťové moduly jsou typu DDR3 na frekvencích 800 MHz, 1066 MHz a 1333 MHz. Sloty pamětí můžeme osadit různě velkými moduly. Řadič umí několik módů jak s nimi pracovat a to asymetrický dual-channel či asymetrický triple-channel. Nejlepšího výkonu ale dosáhneme, pokud osadíme paměťové moduly stejné kapacity.

QuickPath Interconnect (QPI)

Novinkou byla také QPI sběrnice nahrazující starou FSB sběrnici. Skládá se ze dvou 20-pinových spojů (full duplex), to znamená 20 pro příchozí komunikaci a 20 pro odchozí. Z těchto 20 spojů je jich 16 určeno pro komunikaci a 4 zbývající pro řízení provozu a detekci chyb.

QPI sběrnice pracuje na frekvencích 2,4 GHz, 2,93 GHz nebo 3,2 GHz. Její celková maximální propustnost je 12,8 GB/s v jednom směru, takže v obou směrech může propouštět až 25,6 GB/s. Hlavní použití je především v propojení procesoru a chipsetu nebo pro propojení procesorů mezi sebou, což je uplatňováno u serverů.

Turbo Boost

Hlavní použití má v případě, kdy má procesor vytížené jedno jádro aplikací, která používá jen jedno jádro. V takovém případě je možno automaticky zvednout frekvenci využívaného jádra a to tak, že zvedneme násobič až o 5, ovšem za podmínky, že ostatní jádra mají minimální vytížení. Hlavním důvodem tohoto pravidla je to, že nesmíme překročit doporučenou pracovní teplotu procesoru a maximální spotřebu, oboje by mohlo způsobit nestabilitu z důvodu přehřátí CPU nebo napájecích obvodů.

Pokud jsou 2 jádra plně vytížena a zbylá dvě jsou v minimálním zatížení, pak je možno zvednout násobič o 2-3. Pokud jsou všechna jádra maximálně zatížena, pak lze zvednout násobič o 1-2.

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Nehalem (microarchitecture) na anglické Wikipedii.

Externí odkazy

Pahýl

Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.