Zanim nadejdą dwa rdzenie
W drugiej połowie 2005 roku czeka nas swoiste trzęsienie ziemi na rynku procesorów dla domowego użytkownika. Wywoła je nadejście dwurdzeniowych układów firm AMD i Intel. Do tego czasu nie należy się jednak spodziewać dużych zmian. Szczególne dotyczyć to będzie kości Pentium 4, które – można powiedzieć – czeka stagnacja. Intel już dawno zarzucił plany “rozpędzenia” procesorów bazujących na architekturze NetBurst do zapowiadanych kiedyś 10 GHz. Teraz zrezygnowano zaś z czterogigahercowego P4. Jest to o tyle dziwne, że procesory z jądrem Prescott w wersji E0 (tzw. stepping) spokojnie można podkręcić do 4 GHz z wykorzystaniem zwykłego coolera.
Jak więc Intel zamierza konkurować z firmą AMD? Ano między innymi za pomocą większego cache’u L2. Układy bazujące na architekturze NetBurst są bowiem czułe na rozmiar pamięci podręcznej – im jest jej więcej, tym CPU działa efektywniej. To dlatego Prescott już na początku 2005 roku otrzyma dwukrotnie większy (2 MB) cache L2.
Architektura NetBurst potrzebuje także szyny systemowej FSB o wysokiej przepływności. Myli się jednak ten, kto uważa, że kolejne P4 pracować będą z zapowiadaną szyną 1066 MHz. Jak się okazuje, zarezerwowano ją bowiem dla kości P4 z serii Extreme Edition.
AMD bez zadyszki
Znacznie ciekawiej zapowiadają się nowe, jednordzeniowe procesory produkowane przez firmę AMD. Tutaj będziemy świadkami masowego “przejścia” wszystkich typów układów do nowej 90-nanometrowej technologii wytwarzania. Oprócz lepszej komunikacji z pamięcią RAM nowe 90-nanometrowe jądro charakteryzować się będzie obsługą znanych obecnie jedynie z Prescotta instrukcji SSE3. W zestawie AMD zabraknie jednak dwóch spośród 13 instrukcji SSE3. Odnoszą się one bowiem do hiperwątkowości, której Athlon 64 po prostu nie ma. Co ciekawe, pomiędzy Athlonem 64 produkowanym w wymiarze 90 nanometrów a Prescottem istnieje jeszcze jedno podobieństwo. W obydwu wypadkach do ich produkcji wykorzystywana jest technologia “rozciąganego” krzemu. W odróżnieniu jednak od Intela, który powleka takim krzemem całą powierzchnię wafla, AMD stosuje tę technologię punktowo. Polega to na wykonaniu jedynie lokalnej modyfikacji struktury krystalicznej krzemu w obrębie kanałów tranzystorów. Czynność ta, choć znacznie komplikuje proces technologiczny, pozwala na uniknięcie podstawowej wady “rozciąganego” krzemu”, czyli większego poboru mocy.
| Tajemnica “rozciąganego” krzemu |
| Używany powszechnie w produkcji układów scalonych domieszkowany krzem nie przewodzi dobrze prądu. Za ten stan rzeczy odpowiadają m.in. niewielkie odstępy pomiędzy atomami krzemu, które to nie pozwalają “rozpędzić się” elektronom w sieci krystalicznej (tzw. rozpraszanie na węzłach sieci krystalicznej). Jednym ze sposobów na zwiększenie szybkości poruszania się elektronów w sieci jest zatem powiększenie odległości między atomami półprzewodnika, a więc jego “rozciągnięcie”. Proces technologiczny “rozciągania” krzemu polega na wytworzeniu na powierzchni bazowego półprzewodnika (Intel i AMD stosują tu stop krzemowo-germanowy – SiGe) domieszkowanej warstwy krzemu, która dopasuje się do struktury krystalograficznej podłoża. Krystalograficzna struktura krzemu zostaje zatem “rozciągnięta” do rozmiarów sieci SiGe. W efekcie ładunki elektryczne mogą się poruszać z większą prędkością, umożliwiając szybsze przełączanie się poszczególnych układów logicznych. Dzięki temu w procesorach da się zastosować wyższe częstotliwości zegara taktującego. |
Dwurdzeniowość nie tak różowa
Z pewnością końcówka 2005 roku należeć będzie do procesorów dwurdzeniowych, a uzyskiwanie wyższej wydajności poprzez proste podniesienie częstotliwości pracy zegara powoli staje się drugorzędne. Układy takie niosą bowiem przed sobą kolejne wyzwania technologiczne związane tym razem ze zdwojonym poborem mocy i problemami z odprowadzeniem ciepła.
Aby dwurdzeniowy procesor obył się bez chłodzenia wodnego, czy ogniwa Peltiera, konieczne jest obniżenie częstotliwości taktowania. To dlatego dwurdzeniowy Prescott (nazwa kodowa SmithField) pracować będzie z zegarem 2,8-3,2 GHz. Także dwurdzeniowy Athlon 64 działać ma ze znacznie niższym zegarem (nawet o 600-800 MHz) aniżeli jego obecne jednordzeniowe wersje.
Kolejnym problemem technologicznym w procesorach dwurdzeniowych, z którym przyjdzie zmierzyć się konstruktorom, jest zapewnienie sprawnego zarządzania przepływem danych. W wypadku nadchodzącego dwurdzeniowego układu Intela z organizacją pracy mogą być jednak kłopoty. 800-megahercowa szyna FSB procesorów Pentium 4 czasem okazuje się niewystarczająca nawet dla pojedynczego układu. SmithField musi więc mieć naprawdę dobrze zaprojektowany mechanizm sterujący obydwoma procesorami, tak by maksymalnie wykorzystać ograniczone możliwości magistrali systemowej. Następny problem to umieszczony w mostku północnym chipsetu kontoler pamięci. Konstrukcja ta wprowadza duże opóźnienia, które w wypadku SmithFielda mogą spowodować pojawienie się znaczącej liczby pustych cykli. Niewykluczone więc, że dopiero opracowywana, kolejna generacja dwurdzeniowych procesorów opartych na usprawnionej architekturze NetBurst (kodowa nazwa Cedar Mill) będzie w stanie skutecznie konkurować z procesorami AMD.
W przypadku AMD korzyści z połączenia w jednym krzemie dwóch rdzeni będą większe, i to pomimo wykorzystania zaledwie pojedynczego, ale za to dwukanałowego (128 bitów) kontrolera pamięci. Jak bowiem pokazują testy, Athlon nie jest tak mocno uzależniony od pasma pamięci. Pozwala to przypuszczać, że jeden kontroler poradzi sobie całkiem dobrze nawet z dwoma rdzeniami. AMD szacuje, że wydajność dwurdzeniowego układu będzie od 30 do 60 procent wyższa niż wersji standardowej.
Technologia trochę na wyrost?
Intel ogłosił niedawno, że sprzedał już 50 milionów procesorów z technologią hiperwątkowości (Hyper-Threading). Pomimo tego jednak na rynku domowego użytkownika nadal jest niewiele programów zdolnych do pełnego wykorzystania wielowątkowych procesorów. Owszem, gdy odpalimy kilka aplikacji jednocześnie albo dużo pracujemy z programami takimi jak Photoshop, odczujemy korzyść wynikającą z użycia takiego układu. Tak naprawdę jednak zarówno gracze, jak i przeciętni użytkownicy biurowych aplikacji niewiele zyskają. kupując procesor z technologią HT. Nie jest to dobry prognostyk przed premierą prawdziwie wielowątkowych, a więc składających się z dwóch rdzeni, procesorów. Co ciekawe, obydwa rdzenie SmithFielda będą miały wyłączoną technologię Hyper-Threading. Wynika to z faktu, że domowy Windows jest w stanie obsłużyć maksymalnie dwa procesory logiczne, a dwa rdzenie z HT widoczne byłyby jako cztery układy. Ponadto Hyper-Threading zwiększałby intensywność rywalizacji o dostęp do pamięci, a to w układzie SMP (Symetric Multi Processing) On-Chip odbijałoby się bardzo niekorzystnie na wydajności. Czyżby więc dwa rdzenie miały podzielić los procesorów 64-bitowych? Te bowiem, choć już od dawna dostępne, ciągle rzadko kiedy mogą być w pełni wykorzystane. Co więcej, Microsoft tak się ociąga z premierą 64-bitowego Windows (Windows XP for 64-bit Extended Systems), że całkiem możliwe, iż zanim system ten w końcu się pojawi, w sprzedaży będą już… wspomniane procesory dwurdzeniowe.
| Porównanie procesorów jedno- i dwurdzeniowych Intela i AMD | ||||
| Procesor | Zegar | Cache | FSB | Data premiery |
| Procesory firmy Intel | ||||
| x40 Dual Core (SmithField) | 3,2 GHz | 2×1 MB | 800 MHz | 3. kwartał 2005 |
| x30 Dual Core | 3,0 GHz | 2×1 MB | 800 MHz | 3. kwartał 2005 |
| x20 Dual Core | 2,8 GHz | 2×1 MB | 800 MHz | 3. kwartał 2005 |
| Pentium 4 XE | 3,73 GHz | 2 MB | 1066 MHz | 1. kwartał 2005 |
| Pentium 4 XE | 3,46 GHz | 512 KB + 2 MB L3 | 1066 MHz | dostępny |
| Pentium 4 670 | 3,8 GHz | 2 MB | 800 MHz | 2. kwartał 2005 |
| Pentium 4 660 | 3,6 GHz | 2 MB | 800 MHz | 1. kwartał 2005 |
| Pentium 4 650 | 3,4 GHz | 2 MB | 800 MHz | 1. kwartał 2005 |
| Pentium 4 640 | 3,2 GHz | 2 MB | 800 MHz | 1. kwartał 2005 |
| Pentium 4 570J* | 3,8 GHz | 1 MB | 800 MHz | dostępny |
| Pentium 4 560J | 3,6 GHz | 1 MB | 800 MHz | dostępny |
| Pentium 4 550J | 3,4 GHz | 1 MB | 800 MHz | dostępny |
| Pentium 4 540J | 3,2 GHz | 1 MB | 800 MHz | dostępny |
| Pentium 4 530J | 3,0 GHz | 1 MB | 800 MHz | dostępny |
| Pentium 4 520J | 2,8 GHz | 1 MB | 800 MHz | dostępny |
| Procesory firmy AMD (Socket 939 i Socket 754) | ||||
| Athlon 64 FX 57 Dual Core | brak danych | 2×1 MB | Socket 939 | 3. kwartał 2005 |
| Athlon 64 FX 55 | 2,6 GHz | 1 MB | Socket 939 | dostępny |
| Athlon 64 FX 53 | 2,4 GHz | 1 MB | Socket 939 | dostępny |
| Athlon 64 4000+ | 2,4 GHz | 1 MB | Socket 939 | dostępny |
| Athlon 64 3800+ | 2,4 GHz | 512 KB | Socket 939 | dostępny |
| Athlon 64 3700+ | 2,4 GHz | 1 MB | Socket 754 | dostępny |
| Athlon 64 3500+ | 2,2 GHz 90 nm | 512 KB | Socket 939 | dostępny |
| Athlon 64 3500+ | 2,2 GHz | 512 KB | Socket 939 | dostępny |
| Athlon 64 3400+ | 2,4 GHz | 512 KB | Socket 754 | dostępny |
| Athlon 64 3400+ | 2,2 GHz | 1 MB | 754 | dostępny |
| * – symbol J oznacza stepping E0 z technologią EIST (Enhanced Intel Speed Step – technologia dopasowująca pobór mocy oraz szybkość pracy układu do obciążenia) oraz EDB (Execute Disable Bit – technika uniemożliwiająca wirusom lub trojanom wykorzystanie triku polegającego na przepełnieniu stosu); Dodatkowo wszystkie procesory z rodziny P4, które pojawią się w 2005 roku, będą już zgodne z technologią EM64T. | ||||
