Hlavní stránka Hardware Procesory, paměti Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury
Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury
autor: Z. Obermaier , publikováno 4.1.2011
Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury

Architektura Nehalem a její vylepšená varianta Westmere je s námi už dlouhé dva roky. Intel uvádí jejich nástupce, zcela novou architekturu Sandy Bridge. Zcela novou jsem použil záměrně, nejedná se totiž o vylepšeného předchůdce, ale o skutečnou novinku se vším všudy. Co nového přinášejí CPU, čipsety a základní desky?


I když se může na první pohled zdát, že nová architektura Bridge (Sandy = 32nm, Ivy = 22nm) nabídne jen drobná vylepšení proti té stávající, není to pravda. V procesoru samotném došlo k mnoha významným změnám, a celá platforma byla také značně vylepšena. Mnoho lidí si dnes myslí, že první procesory architektury Sandy Bridge (Core i3, i5, i7-2000) nebudou vůči současným procesorům do patice LGA 1156 nijak zajímavým upgradem. K těmto závěrům vede hlavně podobná (téměř stejná) patice a shodné řešení procesorů s integrovaným grafickým jádrem v jednom pouzdře. Zdali tomu tak bude uvidíme až později, dle schopností a reálných měření výkonu procesorů.

Mainstream

Výrobní 32nm proces je stejný, a přece došlo u Sandy Bridge k významné změně. U dnešních procesorů jsou jádra vyrobena 32nm technologií a grafické jádro s paměťovým řadičem jsou odděleny na 45nm kousku křemíku spojeny s jádry sběrnicí QPI. U nadcházejících čipů nové architektury jsou veškeré součásti procesoru vyrobeny stejnou 32nm technologií z jednoho kusu křemíku. Připomeňme si situaci obrázkem:

Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury

Na destičce (substrátu) procesoru s jádrem Clarkdale je malý čip se dvěma 32nm jádry, jež vidíte na obrázku napravo. Kompletní procesor dotváří levá část vyrobená na 45nm procesu. Velikost obou částí odpovídá poměrům na našem obrázku, 45nm část je o třetinu větší než procesorová část. Nevýhody tohoto řešení jsou zřejmé. Komunikace mezi dvěma oddělenými částmi zabere nějaký čas a není zcela efektivní, hlavně v případě odděleného řadiče pamětí. Také taktování 45nm části má svá úskalí a pravidla. Druhým aspektem je vyšší spotřeba a horší aplikovatelnost šetřících funkcí do dvou oddělených částí. Intel chtěl první na trh uvést procesor s integrovanou grafikou, což se mu za jistých kompromisů podařilo. Zdali neměl počkat s uvedením až na možnost vyrobit celý čip na jednom výrobním procesu (32nm) v jednom kuse, ukáže až čas. Odpovědí bude prodejnost čipů architektury Sandy Bridge. Na ten se podívejme nyní:

Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury

Jak je vidět na obrázku, obdélníkový čip skutečně nese všechny součásti v "jednom kuse". Není potřeba jednotlivé části spojovat sběrnicí QPI nebo jiným způsobem. Komunikace probíhá "on die" nesrovnatelně efektivněji. Intel prý proti Nehalemu zdokonalil i komunikaci mezi jádry a ostatními komponenty. V levé části je vidět grafické jádro, které by mělo být mírně odlišné od stávajících integrovaných řešení výrobce, zdali tomu tak bude i v testech, uvidíme. Největší část čipu zabírají dvě nebo čtyři jádra a paměť L3 cache. Zajímavý je ale bezesporu koncept L3 cache jež je postavené jako "ring-bus". To by mělo urychlit požadavky jader CPU i GPU přistupujících do paměti.

Ring-bus: Intel už u architektury Nehalem započal s jednotnou sdílenou L3 cache, kdy každé jádro mělo svůj přístup do společné paměti. S více modulární architekturou ale vyvstal požadavek "napojit" na L3 cache další komponenty než jen jádra CPU. U čipů architektury Sandy Bridge mají přístup do L3 cache také GPU a System Agent, toky dat pamětí tedy vzrostly a nejlepším a nejmodulárnějším řešením je právě ring-bus. Stejný koncept přístupu do cache používal projekt Larrabee, procesory Cell nebo starší GPU od AMD (tehdy ATi). U nových procesorů je sběrnice tvořena dvěma 256-bitovými (nejsem si jist, zdali ne 128-bitovými) cestami v opačných směrech. Data si tedy jednoduše mohou zkrátit cestu použitím jednoho nebo druhého směru. Efektivita spočívá v možnosti připojit více komponent i do budoucna, kdy v případě přidání například několika jader není nutné přemýšlet nad jiným připojením. Další jádra je prostě jen napojí. Systém je samozřejmě složitější, pro obecné pochopení ale postačí náš popis. Tímto řešením by měl být přístup všech komponent ke L3 cache rychlejší a latence by měly být dle Intelu až o třetinu nižší než u stávajících procesorů.

Všímaví si jistě všimli novinky, části označené jako System Agent. Tato část je pomyslným severním můstkem s přímým přístupem k PCI-Express sběrnici a řadiči pamětí. Hlavní funkcí je ale řízení spotřeby procesoru jež řídí další pomyslný procesor PCU. Ten hlídá všechny veličiny procesoru a dokáže vypínat jeho části, ne ale jen jádra a GPU. Tentokrát lze vypnout opravdu všechno. Dá se vypnout část L3 cache, PCIe rozhraní, dají se vypnout nepotřebné SSE (AVX) instrukce (z 256-bit až na 64-bit), lze odpojit i DMI rozhraní i kanál pamětí. O tom, že procesor architektury Sandy Bridge bude neúspornějším počinem na tomto trhu není pochyb. Intel chtěl přinést spotřebu a funkce z notebooků na desktop a zřejmě se mu to povede. Více v samostatné kapitole.

Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury

Na tomto obrázku vidíme srovnání velikostí 32nm jader, to sice pro dnešní článek není důležité, je ale zajímavé. První jádro patří Intelu a jeho 32nm jádru architektury Westmere, druhé pak čipu architektury Sandy Bridge. Třetí obrázek je dvoujádrový segment z připravovaného APU Llano společnosti AMD. Uvedení této zajímavé novinky bylo ale odloženo až na polovinu příštího roku kvůli problémům s 32nm výrobním procesem. Souhrou náhod jsou všechna zmíněná řešení téměř stejně velká, podívejte se na velikost v mm čtverečních.

Systém

Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury

Dalším znakem spojující dnešní platformu LGA 1156 a budoucí LGA 1155 Sandy Bridge je koncepce systému. V procesoru najdeme kromě jader CPU také grafické jádro, severní můstek, PCIe rozhraní a řadič pamětí. Stejně jako u procesorů s jádrem Clarkdale a také víceméně u Lynnfield. To znamená, že základní desky a čipset bude hodně podobný, ne ovšem stejný.

Obrázek ukazuje v horní části procesor se čtyřmi jádry CPU a integrovanou grafikou. Skrze PCIe rozhraní je možné připojit až dvě grafické karty, k dispozici je šestnáct PCIe linek standardu PCIe 2.0. Zde je drobné omezení jako u dnešních čipsetů. Pouze na P67 (Z68) Express bude fungovat Multi-GPU, na levnějším H67 Express a dalších nikoliv. K dvoukanálovému řadiči pamětí bude možné připojit až 16GB pamětí DDR3-1333. Pouze ale v případě osazení dvou modulů, pro plně obsazené sloty je doporučena rychlost DDR3-1066. Procesor je dále spojen s PCH čipem dvěma rozhraními - FDI a DMI. První z nich přenáší obraz z integrované grafiky do čipsetu a na porty desky, druhé je tradičním spojením PCH čipu a procesoru. Rychlost DMI by měla být u této architektury až dvakrát vyšší než u dnešních platforem s touto sběrnicí.

Samotný PCH čip je ovšem zajímavý. Pokud byste čekali integraci USB 3.0, budete zklamáni. Tady se Intel drží stále zpátky a nativní podporu nového rozhraní přinese až někdy příště. USB 3.0 tedy v čipu nenajdete, na SATA 6G se ale nezapomnělo. SATA portů je tradičně šest, dva z nich jsou ale standardu 6G. USB portů je čtrnáct, stejně jako u PCH čipu Ibex Peak. Další zajímavou hračičkou je ale nativní podpora pro zařízení WiMAX a 4G mobilní internet. Podle posledních testů přímo od Intelu, je funkcionalita perfektní a použitelnost vysoká, zatím ovšem ne v našich končinách.

Důležitou novinkou je také integrace osmi PCIe 2.0 linek do PCH čipu. To je proti dnešním osmi standardu PCIe 1.1 hodně zásadní vylepšení. Když už není například USB 3.0 integrováno přímo, je zde dostatečná propustnost jej přidat bez omezení rychlosti pomocí externího čipu. Stejně náročné na šířku pásma bude WiMAX a další možná zařízení. S trochou fantazie by se daly tímto způsobem i vyrobit i podmínky pro Multi-GPU řešení na platformách, kde to oficiálně nebude povoleno.

High-end

Intel Sandy Bridge – podrobný rozbor architektury

Až do této chvíle jsme hovořili o mainstreamu, jež nahradí současné procesory do patice LGA 1156. Co ale s výkonnější platformou, nástupcem LGA 1366? - Ta přijde na trh až za rok, ale už teď je mnoho informací dostupných. Prvním modelem bude zřejmě šestijádro vyrobené na 32nm technologii, nesoucí znaky architektury Sandy Bridge. Podívejte se na ilustrační obrázek. Uvnitř čipu bude šest jader CPU, řadič pamětí a severní můstek spolu s rozhraním PCIe. Řadič pamětí bude buď čtyřkanálový nebo tříkanálový, záleží na modelu procesoru. K tomu se ale dostaneme až v příští kapitole, je to v tom nyní krapet zmatek a Intel nic nechce oficiálně prozradit :)

Jaké rozdíly budou vůči dnešnímu 32nm Core i7-980X a čipsetu X58 Express? Dnešní procesory v sobě integrují pouze jádra a řadič pamětí, u High-end segmentu Sandy Bridge to bude navíc System Agent a rozhraní PCI-Express standardu 3.0. To je podstatná změna i vůči mainstreamovým procesorům architektury Sandy Bridge, ty disponují jen standardem 2.0. Celkový počet (24) takto rychlých PCIe linek umožní připojení až tří současných grafických karet do Multi-GPU bez nutnosti přídavného PCIe přepínače. Také velikost L3 cache se zvýší, počítá se s 2,5 až 3 MB pro jádro. Finální specifikace ještě není asi stanovená.

O výkonových optimalizacích jader CPU a nových instrukčních sadách se budeme bavit později v samostatné kapitole, tedy zde jen tato zmínka. Zajímavou novinkou je možnost čtyř kanálů pro paměti DDR3. Zda jím budou vybaveny všechny modely se zatím neví, spekuluje se ale i o verzích se třemi kanály jako u dnešních Core i7-900. Napětí řadiče je ale nižší než dnešních základních 1,1V. U nových čipů by to mělo být jen 0,85V. Také standard pamětí DDR3L s nízkým napětím 1,35V asi přijde více ke slovu, procesory jej plně podporují ovšem nevyžadují.

Jelikož se severní můstek přesunul přímo do procesoru, nebude už na desce žádný potřeba. I v High-endu si tedy užijeme luxus jediného hřejícího PCH čipu na desce. Ten je velice podobných čipu zmíněnému u mainstreamové platformy. Je ovšem také vylepšen, jak se na High-end sluší. Ani zde pravděpodobně nenajdeme USB 3.0, čekají nás ale SATA 6G porty a dokonce i SAS porty pro disky. Nových SATA portů bude prý čtrnáct, z toho šest SATA 6G a dva SAS porty. PCH čip je dále vybaven osmi PCIe 2.0 linkami a podporuje PCI port. Mezi dalšími vlastnostmi je čtrnáct USB portů a také zcela nový standard napájení procesoru a desky. Z dnešního VR11.1 Intel upravil požadavky na novou verzi VR12 jež vyžaduje nové rozhraní pro stanovení napětí komponent (VID) v jemnějších krocích 5mV. Aby bylo možné takovou napájecí kaskádu vyrobit, je potřeba zcela nových napěťových regulátorů než se používají dnes.



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
63 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 29.1Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.