Hlavní stránka Hardware Procesory, paměti Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge
Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge
autor: Z. Obermaier , publikováno 29.7.2010
Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge

Architektura Nehalem je s námi už dlouhé dva roky. Podle slov vývojářů Intelu byla ale jakýmsi "prvním krůčkem" k mnohem zajímavějšímu budoucímu řešení. Všechno, co se nepodařilo realizovat v prvních Core i7 by měla mít nastávající generace architektury Bridge. Budou první čipy Sandy Bridge důvodem k upgradu? Půjdou přetaktovat?


Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge

O detailních změnách architektury a její srovnání se současnou nevíme téměř nic. Více Intel odhalí na říjnové IDF 2010, do té doby se asi stejně více nedozvíme. Kompletní obrázek budeme mít až těsně před vydáním, kdy výrobce rozešle důležité slajdy pro novináře. Dnes to budou tedy jen střípky.

Menší verze letošní IDF si už Intel odbyl v Asii, z nichž vidíme první slajd. Nová architektura Sandy Bridge je kompletně 32nm. Velký pokrok byl zaznamenán ve spotřebě vůči výkonu. Celá tato nová architektura se nese v duchu co nejnižší spotřeby, což je chvályhodný trend. Také po stránce práce s médii a herním výkonu zaznamenala nová architektura zásadní urychlení. Poslední důležitou věcí je rozšíření stávajících instrukčních sad o novinku AVX.

Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge

Novinky rozvádí výrobce na druhém slajdu. Zvýšení počtu instrukcí za takt (IPC) by mělo být navýšeno o 50 procent. Stávající čipy zvládnou dvě instrukce a novinka by měla zvládnout tři. Zdali to tak opravdu je nebo nikoliv zjistíme až z podrobných dokumentů k architektuře. Nový způsob přístupu do L3 cache skrze ring-bus navyšuje propustnost paměti a snižuje latence. Vylepšená komunikace mezi jádry CPU také znamená nějaké procento výkonu navíc. Grafické jádro doznalo zásadního vylepšení, čerpá hlavně ze sdílené L3 cache. Nové úsporné režimy a jejich řízení jsme už zmínil několikrát.

Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge

Nejvýznamnější změnou je často zmiňovaná nová instrukční sada AVX. Abychom mohli zjednodušeně pochopit o co se jedná, začněme od začátku (profesionálové prominou velmi zjednodušený výklad). Procesor jako takový je v podstatě jen "hloupý" soubor tranzistorů, jež dohromady dávají výpočetní jednotky. Tato jedna jednotka (ALU) dokáže se základním instrukčním rozšířením x86 počítat pouze celá čísla a v základních matematických operacích. Jednoduše řečeno, umí pouze sčítat a odečítat celá čísla. Náročnější úlohy se dají nasimulovat programem, ovšem k jejich provedení je zapotřebí spoustu času (instrukcí za takt). Prvním primitivním rozšířením byla sada x87, jež dokázala počítat společně s FPU jednotkou i čísla s desetinou čárkou. Aby mohl procesor zpracovat i náročnější matematické (nejen ty) operace, musíme ho to naučit. Právě takovými překladači instrukcí programátora pro procesor je právě instrukční sada.

Skutečným průlomem bylo zavedení instrukčních sad na bázi SIMD, jež se dá přeložit jako jedna instrukce-více dat. Původní procesor například potřeboval přičíst k číslům 5 a 10 další číslo 3, pomocí instrukční sady x86 by musel jednou instrukcí sečíst 5 a 3 a druhou pak 10 a 3. Tato požadovaná operace by zabrala dvě instrukce. Za poloviční dobu to ale dokáže procesor se SIMD instrukční sadou. Může totiž za jeden takt přičíst číslo 3 k oběma číslům 5 a 10 najednou. První takovou sadou byla MMX v procesoru Pentium MMX. Ve stejný čas konkurenční AMD uvedlo svou sadu 3DNow!. Jednalo se o první vektorovou instrukční sadu, založenou na bázi původní MMX. Právě díky instrukční sadě je možné, aby operace, jež trvaly mnoho desítek taktů, provést v jednou nebo dvou taktech. Tím samozřejmě stoupá výkon, rychlost atd.

Příští generace 32nm procesorů Intel – čipy Sandy Bridge

Instrukční pipeline Sandy Bridge - obsahuje AVX

V roce 1999 pak Intel přinesl na trh SSE. Sadu jež přidávala desítky, stovky nových instrukcí a funkcí nejen matematických. Starší sady byly překonány a vše se dalo provést skrze SSE. Později si tuto sadu licencovalo i AMD a v podstatě až dodnes se jen vylepšuje, SSE se stala standardem. Poslední verzi je nyní SSE4.2 implementovaná do posledních procesorů Intel. Zásadní vylepšení měla přinést SSE5 jež představilo AMD v roce 2007. Tato sada nabízí 170 nových instrukcí vylepšující výkon v jedno-vláknových aplikacích. Některé instrukce dokáží pracovat se třemi operandy místo tradičních dvou. Což by razantně navýšilo množství provedených instrukcí za takt. Součástí byly i instrukce zvyšující výkon AES kódování. Zdá se vám to povědomé? Ano tušíte správně, Intel tohle vše AMD "vyfoukl" a zakomponoval do své nové sady AVX.

Nutno ale říci na obhajobu Intelu, že vše vylepšil a šel jinou cestou než AMD a tak SSE5 a AVX není vzájemně kompatibilní, což je problém zejména pro AMD. Vývojáři totiž budou mít hardware s AVX na trhu dříve od Intelu a AMD nezbývá nejspíš než ho adoptovat v podobě, jak ho vytvořil Intel. AVX by se nakonec zřejmě i tak prosadil, jelikož je dále než bylo SSE5. Například rozšíření 128-bitových vektorových registrů na 256-bit délku skýtá do budoucna možnost dalšího rozšíření, což SSE5 postrádalo. Jediným ústupkem je neimplementace FMA funkcí, jež AMD ve svém SSE5 mělo. FMA ale vyžaduje radikální zásah do architektury a prý se jej dočkáme u příští 22nm Ivy Bridge.

AVX je zcela určitě největší inovací SSE od doby jeho vzniku. Pokud programátoři budou využívat jeho možnosti a Intel připraví dosti rychle patřičné kompilátory, je možné zaznamenat radikální nárůst výkonu a efektivity některých aplikací. Zejména pracujících s vektorovými instrukcemi. Nárůst by měl být markantní hlavně v aplikacích masivně využívajících výpočtů v plovoucí desetinné čárce, algoritmů šifrování a zpracování médií. Celkově také významně naroste výkon GFLOPS při použití této sady. Dokud ale nebudou dostupné optimalizované kompilátory, nebudou ani příslušné aplikace a tak nebudeme z nového rozšíření mít žádný užitek.

POZOR. Současné systémy Windows neumí AVX používat, tuto podporu přináší až Service Pack 1 k Windows 7. U systému s Linuxem to nebude problém s nynějšími distribucemi.



 
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
85 čtenářů navrhlo autorovi prémii: 34.5Kč Prémie tohoto článku jsou již uzavřené, děkujeme za váš zájem.
Tento web používá k poskytování služeb soubory cookie.