Примеры структур ядер процессоров фирмы Intel для ПК

Согласно концепции развития «Tick-Tock» фирма Intel длительное время каждый год меняет либо технологию производства процессоров, либо их структуру. Сначала разрабатывается структура на существующем технологическом процессе. Затем в следующем году осуществляется переход на новый технологический процесс.

Каждая структура имеет как общие черты с предшественниками, так и свои особенности.

Общие черты: конвейерность, суперскалярность, многоуровневая подсистема памяти, значительное число специализированных функциональных исполнительных устройств; внеочередное выполнение команд, многоядерность.

Последовательность смены концепций следующая.

2005 г. - процессоры со структурой Core 2 (Merom) - технологический процесс 65 нм.

2007 г. - процессоры со структурой Penryn - технологический процесс 45 нм.

2009 г. - процессоры со структурой Nehalem - технологический процесс 45 нм.

2011 г. - процессоры со структурой Westmere - технологический процесс 32 нм.

2011 г. - процессоры со структурой Sandy Bridge - технологический процесс 32 нм.

2012 г. - процессоры со структурой Ivy Bridge - технологический процесс 22 нм.

2013 г. - процессоры со структурой Haswell - технологический процесс 22 нм.

2014 г. - процессоры со структурой Broadwell - технологический процесс 14 нм.

2015 г. - процессоры со структурой Skylake - технологический процесс 14 нм.

Пользователи привыкли к тому, что чем новее процессор, тем он лучше. И до некоторого времени в новых структурах процессоров фирмы Intel это действительно выполнялось. Улучшались производственные технологические процессы. Это выливалось в рост частотного потенциала и в увеличение сложности полупроводниковых кристаллов. Возросший транзисторный бюджет расходовался либо на структурные нововведения, либо на увеличение количества ядер или рост объёма кэш-памяти.

Однако с момента появления ядер со структурой Sandy Bridge привычная поступь прогресса стала замедляться. Даже, несмотря на то, что для производства процессоров со структурой Sandy Bridge применялся 32-нм техпроцесс, а для более новых процессоров со структурами Ivy Bridge и Haswell — 22-нм технология, все эти три поколения процессоров имеют сходную многоядерную структуру, работают на очень близких частотах и располагают одинаковыми объёмами кеш-памятей. Фактически все влияющие на производительность различия теперь оказались заглубленными в недра структуры ядер. Значительного роста производительности ядер процессоров с новыми структурами на самом деле не произошло.

Структура Sandy Bridge стала прочным базисом для всех последующих поколений структуры. Именно тогда появились такие ключевые и актуальные до сих пор элементы, как кольцевая шина, кеш-память декодированных команд «нулевого уровня», принципиально новый блок предсказания переходов, схема выполнения 256-разрядных векторных команд и многое другое. После структуры Sandy Bridge фирма Intel ограничивалась лишь небольшими изменениями и дополнениями, не затрагивая заложенный в этой структуре фундамент.

На рис. 31.1 приведена структура ядра Sandy Bridge.

Рис. 31.1. Блок-схема ядра со структурой Sandy Bridge