NetBurst
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2013 г. ) |
| Общая информация | |
|---|---|
| Запущен | 20 ноября 2000 г |
| Производительность | |
| Макс. процессора Тактовая частота | от 1,3 ГГц до 3,8 ГГц |
| ФСБ скорости | от 100 МТ/с до 1066 МТ/с |
| Кэш | |
| L1 Кэш | От 8 КБ до 16 КБ на ядро |
| Кэш L2 | от 128 КБ до 4096 КБ |
| Кэш L3 | От 4 МБ до 16 МБ общий |
| Архитектура и классификация | |
| Микроархитектура | NetBurst |
| Набор инструкций | х86-16 , ИА-32 , x86-64 (некоторые) |
| Расширения | |
| Физические характеристики | |
| Транзисторы | |
| Ядра |
|
| Розетки | |
| Продукты, модели, варианты | |
| Модели |
|
| История | |
| Предшественник | П6 |
| Преемники | Intel Core ИА-64 |
Микроархитектура NetBurst , [1] [2] называемый P68 внутри Intel , был преемником микроархитектуры P6 в (ЦП) x86 семействе центральных процессоров производства Intel. Первым процессором, использующим эту архитектуру, был Pentium 4 с ядром Willamette , выпущенный 20 ноября 2000 года, и первый из процессоров Pentium 4 ; все последующие варианты Pentium 4 и Pentium D также были основаны на NetBurst. В середине 2001 года Intel выпустила ядро Foster , которое также было основано на NetBurst, тем самым переведя процессоры Xeon на новую архитектуру. на базе Pentium 4 Процессоры Celeron также используют архитектуру NetBurst.
NetBurst был заменен микроархитектурой Core на базе P6, выпущенной в июле 2006 года.
Технология [ править ]
Микроархитектура NetBurst включает в себя такие функции, как Hyper-threading , Hyper Pipelined Technology , Rapid Execution Engine , Execution Trace Cache и систему воспроизведения , которые были впервые представлены в этой конкретной микроархитектуре, а некоторые никогда больше не появлялись впоследствии.
Гиперпоточность [ править ]
Hyper-threading — это собственная реализация Intel одновременной многопоточности (SMT), используемая для улучшения распараллеливания вычислений (одновременного выполнения нескольких задач), выполняемых на процессорах x86. Intel представила его вместе с процессорами NetBurst в 2002 году. Позже Intel повторно представила его в микроархитектуре Nehalem после его отсутствия в Core 2.
Передняя шина насосами четырьмя с
Ядра Northwood и Willamette оснащены внешней внешней шиной (FSB), работающей на частоте 100 МГц и передающей четыре бита за такт, что обеспечивает эффективную скорость 400 МГц. Более поздние версии ядра Northwood, наряду с ядром Prescott ( и его производными ), имеют эффективную внешнюю шину 800 МГц (с четырехкратной накачкой 200 МГц). [1]
Гиперконвейерная технология [ править ]
Ядра Wilamette и Northwood содержат 20-этапный конвейер инструкций . Это значительное увеличение количества стадий по сравнению с Pentium III, у которого в конвейере было всего 10 стадий. Ядро Прескотта увеличило длину трубопровода до 31 ступени. Недостатком более длинных конвейеров является увеличение количества этапов, которые необходимо проследить в случае неправильного прогнозирования перехода, что увеличивает штраф за такое неправильное предсказание. Чтобы решить эту проблему, Intel разработала механизм Rapid Execution Engine и вложила значительные средства в свою технологию прогнозирования ветвлений, которая, по утверждению Intel, снижает количество ошибочных прогнозов ветвлений на 33% по сравнению с Pentium III . [3] На самом деле более длинный конвейер привел к снижению эффективности из-за меньшего количества выполняемых инструкций за такт (IPC), поскольку невозможно было достичь достаточно высоких тактовых частот, чтобы компенсировать потерю производительности из-за большего, чем ожидалось, увеличения энергопотребления и нагрева.
Механизм быстрого выполнения [ править ]
Благодаря этой технологии два арифметико-логических блока (АЛУ) в ядре ЦП имеют двойную накачку, что означает, что они фактически работают на удвоенной тактовой частоте ядра. Например, в процессоре с частотой 3,8 ГГц ALU будут эффективно работать на частоте 7,6 ГГц. Причиной этого является, как правило, компенсация низкого количества IPC; кроме того, это значительно повышает целочисленную производительность ЦП. Intel также заменила высокоскоростной барабанный переключатель на исполнительный блок переключения/поворота, который работает на той же частоте, что и ядро ЦП. Обратной стороной является то, что некоторые инструкции теперь выполняются намного медленнее (относительно и абсолютно), чем раньше, что затрудняет оптимизацию для нескольких целевых процессоров. Примером могут служить операции сдвига и поворота, которые страдают из-за отсутствия механизма сдвига барабана, который присутствовал на каждом процессоре x86, начиная с i386, включая основной процессор-конкурент Athlon .
Кэш трассировки выполнения [ править ]
В кэш L1 процессора Intel включила кэш трассировки выполнения. Он хранит декодированные микрооперации , так что при выполнении новой инструкции вместо повторной выборки и декодирования инструкции ЦП напрямую обращается к декодированным микрооперациям из кэша трассировки, тем самым экономя значительное время. Более того, микрооперации кэшируются по прогнозируемому пути выполнения, а это означает, что когда инструкции извлекаются ЦП из кэша, они уже присутствуют в правильном порядке выполнения. [4] Позже Intel представила аналогичную, но более простую концепцию с Sandy Bridge, названную кешем микроопераций (кэш UOP).
Система повторов [ править ]
Система воспроизведения — это подсистема процессора Intel Pentium 4, предназначенная для перехвата операций, которые по ошибке были отправлены на выполнение планировщиком процессора. Операции, пойманные системой повторов, затем повторно выполняются в цикле до тех пор, пока не будут выполнены условия, необходимые для их правильного выполнения.
Подсказки по предсказанию ветвей [ править ]
Архитектура Intel NetBurst позволяет по предсказанию ветвей вставлять в код подсказки , чтобы указать, следует ли использовать статическое предсказание или нет, хотя в более поздних процессорах Intel от этой функции отказались. По данным Intel, алгоритм прогнозирования ветвей NetBurst на 33% лучше, чем в P6. [5] [6]
Проблемы масштабирования [ править ]
Несмотря на эти улучшения, архитектура NetBurst создавала препятствия для инженеров, пытающихся повысить ее производительность. С помощью этой микроархитектуры Intel планировала достичь тактовой частоты 10 ГГц. [7] но из-за роста тактовой частоты Intel столкнулась с растущими проблемами с удержанием рассеиваемой мощности в приемлемых пределах. В ноябре 2004 года Intel достигла скоростного барьера в 3,8 ГГц, но столкнулась с проблемами при попытке достичь даже этого. как проблемы с нагревом стали неприемлемыми, а затем разработала микроархитектуру Core , вдохновленную ядром P6 Pentium Pro, Tualatin Pentium Pentium III -S и, в первую очередь, M. Intel отказалась от NetBurst в 2006 году после того ,
Изменения [ править ]
| Редакция | Марка процессора | Этапы конвейера |
|---|---|---|
| Уилламетт (180 морских миль) | Целерон, Пентиум 4, Ксеон | 20 |
| Нортвуд (130 морских миль) | Celeron, Pentium 4, Pentium 4 HT, Pentium 4 HT Extreme Edition, Xeon | 20 |
| Прескотт (90 морских миль) | Celeron D, Pentium 4, Pentium 4 HT, Pentium 4 HT Extreme Edition, Xeon | 31 |
| Кедровая мельница (65 морских миль) | Селерон Д, Пентиум 4 HT | 31 |
| Смитфилд (90 морских миль) | Пентиум Д, Ксеон | 31 |
| Преслер (65 морских миль) | Пентиум Д, Ксеон | 31 |
Intel заменила исходное ядро Willamette переработанной версией микроархитектуры NetBurst под названием Northwood. В январе 2002 года Конструкция Northwood сочетала в себе увеличенный размер кэша, меньший производственный процесс 130 нм и технологию Hyper-threading (хотя изначально все модели, кроме модели 3,06 ГГц). эта функция была отключена), чтобы создать более современную и более производительную версию микроархитектуры NetBurst.
В феврале 2004 года Intel представила Prescott — более радикальную ревизию микроархитектуры. Ядро Prescott было произведено по 90-нм техпроцессу и включало несколько серьезных конструктивных изменений, включая добавление еще большего кэша (с 512 КБ в Northwood до 1 МБ и 2 МБ в Prescott 2M), гораздо более глубокого конвейера команд. (31 этап по сравнению с 20 в Northwood ), значительно улучшенный предсказатель ветвей , введение инструкций SSE3 , а позже и реализация технологии Intel Extended Memory 64 (EM64T), фирменный знак Intel для их совместимой реализации x86- 64 64-битная версия микроархитектуры x86 (как и в случае с гиперпоточностью, все чипы Prescott под маркой Pentium 4 HT имеют аппаратное обеспечение для поддержки этой функции, но изначально она была включена только на высокопроизводительных процессорах Xeon , а затем была официально представлена в процессорах). с торговой маркой Pentium ). Энергопотребление и рассеивание тепла также стали основными проблемами Prescott , который быстро стал самым горячим и самым энергоемким из одноядерных процессоров Intel x86 и x86-64. Проблемы с питанием и нагревом не позволили Intel выпустить Prescott с тактовой частотой выше 3,8 ГГц, а также мобильную версию ядра с тактовой частотой выше 3,46 ГГц.
Intel также выпустила двухъядерный процессор на базе микроархитектуры NetBurst под маркой Pentium D. Первое ядро Pentium D имело кодовое название Smithfield , что на самом деле представляет собой два ядра Prescott в одном кристалле, а позднее Presler , состоящее из двух ядер Cedar Mill на двух ядрах. отдельные матрицы ( Cedar Mill — это термоусадочная машина Prescott с толщиной 65 нм ).
Дорожная карта [ править ]
Преемник [ править ]
У Intel были в разработке преемники на базе Netburst под названием Tejas и Jayhawk с количеством этапов конвейера от 40 до 50, но в конечном итоге было решено заменить NetBurst микроархитектурой Core . [8] [9] выпущен в июле 2006 года; эти преемники были более прямыми производными от Pentium Pro ( микроархитектура P6 ). 8 августа 2008 г. ознаменовало конец процессоров на базе Intel NetBurst. [10] Причиной отказа от NetBurst стали серьезные проблемы с нагревом, вызванные высокими тактовыми частотами. Хотя некоторые процессоры на базе процессоров Core и Nehalem имеют более высокий TDP , большинство процессоров являются многоядерными, поэтому каждое ядро выделяет часть максимального TDP, а одноядерные процессоры на базе Core с самой высокой тактовой частотой выдают максимум 27 Вт тепла. Самые быстрые процессоры Pentium 4 для настольных ПК (одноядерные) имели TDP 115 Вт по сравнению с 88 Вт для самых быстрых мобильных версий. Хотя с введением новых степпингов TDP у некоторых моделей в итоге удалось снизить.
Микроархитектура Nehalem, преемница микроархитектуры Core, должна была стать развитием NetBurst согласно дорожным картам Intel, датируемым 2000 годом. [ нужна ссылка ] Nehalem переосмысливает некоторые функции NetBurst, включая технологию Hyper-Threading, впервые представленную в ядре Northwood с частотой 3,06 ГГц , и кэш-память L3, впервые реализованную на потребительском процессоре в ядре Gallatin , используемом в Pentium 4 Extreme Edition.
Чипы на базе NetBurst [ править ]
- Селерон (NetBurst)
- Селерон Д
- Пентиум 4
- Пентиум 4 Экстремальное издание
- Пентиум Д
- Пентиум Экстрим издание
- Ксеон , с 2001 по 2006 год.
См. также [ править ]
- Миф о мегагерце
- Список микроархитектур процессоров Intel
- Список процессоров Intel Celeron (на базе NetBurst)
- Список процессоров Intel Pentium 4
- Список процессоров Intel Pentium D
- Список процессоров Intel Xeon (на базе NetBurst)
- Модель тик-так
Ссылки [ править ]
- ^ Кармин, Дуг (весна 2002 г.). «Процессор Intel Pentium 4» (PDF) . Интел . Архивировано из оригинала (PDF) 19 апреля 2018 г.
- ^ «Воспроизведение: неизвестные функции ядра NetBurst» . XbitLabs . 6 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 6 марта 2016 г.
- ^ «Блок прогнозирования ветвей кэша трассировки» . Новый процессор Intel Pentium 4 . Аппаратное обеспечение Тома . 20 ноября 2000 года . Проверено 30 апреля 2021 г.
- ^ «Вход в конвейер выполнения — кэш трассировки Pentium 4, продолжение» . Новый процессор Intel Pentium 4 . Аппаратное обеспечение Тома . 20 ноября 2000 года . Проверено 30 апреля 2021 г.
- ^ Туман, Агнер (1 декабря 2016 г.). «Микроархитектура процессоров Intel, AMD и VIA» (PDF) . п. 36 . Проверено 22 марта 2017 г.
- ^ Миленкович, Милена; Миленкович, Александр; Кулик, Джеффри. «Демистификация предсказателей ветвей Intel» (PDF) .
- ^ Шимпи, Ананд Лал. «Будущее производственных процессов Intel» . Проверено 4 апреля 2018 г.
- ^ «Intel прощается с чипами Tejas и Jayhawk» . Регистр .
- ^ Гудвинс, Руперт. «Intel отменяет Tejas и Jayhawk» . ЗДНет . Проверено 21 августа 2019 г.
- ^ Шилов, Антон (21 мая 2007 г.). «Эра микроархитектуры Intel NetBurst подходит к концу» . XbitLabs . Архивировано из оригинала 17 октября 2015 года . Проверено 29 ноября 2015 г.