Nowe architektury

Nowe generacje procesorów wykorzystujących technologię45-nanometrową, które za kilka miesięcy pojawią sięna rynku i zapowiedź wprowadzenia do masowej produkcji układów pamięci nieulotnej PRAM to najważniejsze tematy wiosennej konferencji IDF.

Nowe generacje procesorów wykorzystujących technologię45-nanometrową, które za kilka miesięcy pojawią sięna rynku i zapowiedź wprowadzenia do masowej produkcji układów pamięci nieulotnej PRAM to najważniejsze tematy wiosennej konferencji IDF.

Testowy procesor Intela zbudowany w technologii 45 nanometrów.

Testowy procesor Intela zbudowany w technologii 45 nanometrów.

Dwie nowe generacje procesorów wytwarzane w technologii 45-nanometrowej i wykorzystujących technologię tranzystorów high-k metal gate, określane kodowymi nazwami Penryn i Nehalem "to największy przełom technologiczny w 40-letniej historii mikroprocesorów" - powiedział Sean Maloney, wiceprezes Intela, prezentując najbliższe plany wprowadzania nowych układów. Pierwszych modeli Penryn można oczekiwać już za kilka miesięcy. Oprócz zmiany procesu technologicznego Penryn będą miały ulepszoną architekturę Intel Core 2, natomiast Nehalem, które pojawią się w 2008 r., będą układami o zasadniczo zmodyfikowanej, nowej konstrukcji. Kodowe nazwy Penryn i Nehalem nie odnoszą się do procesorów, a do architektury, w ramach której wprowadzane będzie wiele modeli układów. Będą to procesory dwu- i czterordzeniowe przeznaczone dla notebooków, komputerów stacjonarnych i serwerów.

Podczas konferencji IDF Intel zaprezentował wyniki testów prototypowych systemów z układami Penryn, które wykazują, że będą one 10%, 40% wydajniejsze od obecnie oferowanych komputerów z układami Intel Core 2 Extreme, a w przypadku przetwarzania wideo w formacie DiviX wzrost wydajności jest ponad dwukrotny (DiviX 6.6 Alpha with VirtualDub 1.7.1). Natomiast porównanie wersji Penryn przeznaczonych dla serwerów i stacji roboczych wyposażonych w czterordzeniowe układy Xeon wykazuje, że będą one zapewniać o 45% większą wydajność aplikacji intensywnie wykorzystujących przepustowość interfejsów I/O i 25% większą w wypadku serwerów Java. Wyniki te można będzie praktycznie zweryfikować zapewne już w trzecim kwartale br.

Nowa generacja procesorów

Wprowadzenie do masowej produkcji układów kolejnego procesu technologicznego zmniejszającego wymiary elementów półprzewodnikowych do poziomu 45 nanometrów nie jest oczywiście zaskoczeniem, bo plany te były zapowiadane od dawna. Pod tym względem interesujące jest tylko czy Intelowi uda się dotrzymać obietnicy zmniejszania wymiarów masowo produkowanych układów co 2 lata, a więc do 32 nanometrów w 2009 r. i ok. 20 nanometrów w 2011 r.

Praktyczną weryfikacją tych planów będą właśnie procesory Penryn, które mają być pierwszymi układami wykorzystującymi w masowej produkcji technikę high-k metal gate, która jest elementem krytycznym dla powodzenia planów miniaturyzacji elementów półprzewodnikowych. Technologia ta polega na zasadniczej modyfikacji struktury tranzystorów przez wprowadzenie nowych materiałów, z których zbudowane są bramki sterujące ich przełączaniem. Zmiany te umożliwiają zwiększenie szybkości przełączania i zasadnicze, nawet dziesięciokrotne zmniejszenie prądu upływności bez konieczności zwiększania wymiarów lub zmniejszania częstotliwości pracy, jak w technologii tradycyjnej.

Po raz pierwszy Intel zaprezentował informacje o prowadzonych pracach badawczych w zakresie high-k metal gate zaledwie dwa lata temu, a więc czas, który upłynął od budowy laboratoryjnych prototypów do uruchomienia masowej produkcji, jest wyjątkowo krótki. Procesory Penryn będą miały względnie wysokie częstotliwości 3 GHz i więcej oraz szyny FSP o częstotliwościach do 1600 MHz. Oprócz tego mają być wyposażone w większą o 50% pamięć podręczną L2 (do 12 MB), nowy zestaw instrukcji multimedialnych SSE4 (Streaming SIMD Extensions) rozszerzony o 47 nowych rozkazów oraz istotnie ulepszone mechanizmy oszczędzania energii (w wersji dla notebooków).

Mikroarchitektura Nehalem

Procesory Penryn

Procesory Penryn

Intel nie ujawnia oczywiście zbyt wielu szczegółów dotyczących nowej architektury Nehalem, więc trudno przewidzieć, jak sprawdzi się ona w praktycznych zastosowaniach. Trzeba jednak przyznać, że ogólne informacje o kierunkach modyfikacji konstrukcji układów wyglądają interesująco. Poza modyfikacjami wprowadzonymi wraz z Penryn - jak rozszerzony zestaw instrukcji SSE4 - procesory Nehalem mają zawierać od 1 do 8 (i więcej) rdzeni CPU, zintegrowane kontrolery pamięci, a opcjonalnie również wysoko wydajne układy graficzne oraz ulepszone układy sprzętowo wspomagające mechanizmy wirtualizacyjne (technologia Intel VT) umożliwiające zwiększenie ich wydajności o 25-75%.

Intel powraca również do wykorzystania zarzuconej ostatnio technologii przetwarzania wielowątkowego Hyper-Threading (HT) i zamierza wprowadzić jej nową wersję, tzw. Simultaneous Multi-Threading. Układy Nehalem będą mogły przetwarzać do 16 wątków jednocześnie. Mają mieć architekturę umożliwiającą "dynamiczne zarządzanie jednostkami CPU, wątkami, interfejsami, pamięcią i poborem mocy".

PRAM na rynku masowym

Intel po raz pierwszy publicznie zademonstrował nowej generacji układy pamięci PRAM (Phase-change RAM). PRAM są to pamięci nieulotne, które mają w przyszłości zastąpić układy Flash, a być może także DRAM, bo wydaje się, że ich szybkość zapisu/odczytu będzie konkurencyjna. Należy zauważyć, że technologia ta jest rozwijana nie tylko przez Intela, ale również innych producentów pamięci półprzewodnikowych.

PRAM wykorzystują specjalny materiał - szkło chalkogenowe (chalcogenide glass), którego fizyczna struktura może być zmieniana między postacią amorficzną a krystaliczną przy wykorzystaniu podgrzewania za pomocą prądu elektrycznego. Ponieważ stany te istotnie różnią się oporem elektrycznym, jego pomiar może być wykorzystany do odczytu zapisanej w pamięciach informacji. PRAM mają wyższą szybkość zapisu/odczytu danych niż Flash, ale - co ważniejsze - wyższą trwałość. Choć na razie "nie jest jeszcze jasne, czy w pamięciach PRAM wystąpią jakieś mechanizmy powodujące zużycie materiału. W zasadzie procesy modyfikacji stanu nie mają na niego destrukcyjnego wpływu" - mówią przedstawiciele Intela.

Intel najprawdopodobniej już w drugiej połowie 2007 r. uruchomi produkcję układów PRAM. Na razie trudno jeszcze powiedzieć, jakie będą ich praktyczne parametry, a przede wszystkim pojemność i cena. Zależy to oczywiście nie tylko od technologii, ale również postępów w rozwijaniu tej technologii przez inne firmy oraz kalkulacji biznesowych, bo producentom trudno będzie z dnia na dzień skreślić inwestycje w fabryki pamięci Flash.