Прескотина, или На ранчо у Барретта
АрхивНа последнем IDF (см. «КТ» #482) корпорация Intel рассказала о ближайшем будущем своих настольных процессоров и чипсетов, в том числе об использовании в них новой последовательной шины PCI Express.
На последнем IDF (см. «КТ» #482) корпорация Intel рассказала о ближайшем будущем своих настольных процессоров и чипсетов, в том числе об использовании в них новой последовательной шины PCI Express. Более того, сразу после Форума всплыли некоторые дополнительные подробности на сей счет.
В первый день IDF глава Intel Крейг Барретт [1] продемонстрировал концептуальную настольную платформу Intel следующего поколения под кодовым названием Powersville [2]. Значительное внимание в ней уделяется функциям для цифрового дома и офиса. Платформа, выпуск которой намечен на 2004 год, будет базироваться на следующем поколении настольных процессоров Intel Pentium 4.
Ближайшие чипсеты
Intel подтвердила, что ожидающиеся в апреле новые чипсеты Canterwood [3] и Sprindgale [4] (см. обзор в «КТ» #477) предназначены для двухканальной памяти DDR вплоть до DDR400 суммарным объемом до 4 Гбайт и будут поддерживать новую 800-мегагерцовую системную шину процессоров Pentium 4 (такие процессоры на прежнем ядре Northwood выйдут одновременно с чипсетами). Они будут иметь шину AGP 8x, специальный канал связи для гигабитного Ethernet Kenai II-CSA и новый южный мост ICH5 (82801EB), оснащенный двумя портами Serial ATA (с возможностью организации простейшего RAID-массива для варианта ICH5R), двумя каналами UltraATA/100, восемью портами USB 2.0 и стандартным набором периферии. А чипсет Springdale-G (i865G) — еще и более быстрый (нежели в 845GE) интегрированный видеоконтроллер. По сравнению с одноканальной DDR333 для нынешних чипсетов серии 845 (Brookdale) двухканальная память DDR400 и процессорная шина 800 МГц обещают солидный прирост производительности даже при тех же тактовых частотах ядра процессора.
На IDF впервые состоялись публичные демонстрации готовых систем на базе этих чипсетов и процессоров, которые станут основой настольных ПК архитектуры Intel на весь 2003 год. В частности, была показана эталонная платформа Statesboro, иллюстрирующая концепцию «цифрового дома» 2003 года, с помощью которой можно просматривать цифровые фотографии на экране телевизора и слушать цифровые музыкальные записи на домашней стереосистеме [5]. Statesboro включает базисные технологии для поддержки моделей использования «цифрового дома», описанных в документе Desktop Platform Vision Guide за 2003 год. Среди них — трехгигагерцовый процессор Pentium 4 с Hyper-Threading, чипсет Springdale, двухдиапазонный беспроводной сетевой контроллер 802.11, жесткий диск Serial ATA, двухканальная память DDR, а также оптический накопитель DVD/CD-RW.
Как сказал в частной беседе Уильям Сью (William Siu) [6], один из генеральных менеджеров Intel Desktop Platforms Group, у партнеров уже есть более сотни моделей системных плат на этих чипсетах, причем все они изготовлены по дешевой четырехслойной технологии. Несмотря на былой успех некоторых синхронных чипсетов Intel (например, 440BX или Granite Bay), встраивания специальной опции синхронной низколатентной работы в чипсеты Springdale не будет, поскольку это повысит их цену. Лишь для старшего двухканального чипсета Canterwood предусмотрен подобный низколатентный режим «Performance Acceleration Mode» (или PAT), обеспечивающий самую высокую в мире производительность при работе с памятью DDR (судя по независимым тестам — два-три процента прироста скорости в приложениях по сравнению с чипсетом Springdale). Ценовая подоплека стоит и за двумя другими «нежеланиями» Intel — отказом от разработки новых чипсетов для дорогой RDRAM PC1200/ 1333 и от создания более мощного графического ядра у своих интегрированных чипсетов — просто потому, что корпорация не видит широкого рынка для продажи таких дорогих чипсетов. Относительно возможного перевода процессоров линейки Celeron на более быструю системную шину (после выхода Pentium 4 для FSB 800 МГц) и придания им более емкого кэша объемом 256 Кбайт Сью сказал, что Intel готова сделать это так быстро, как только потребует рынок, однако конкретных сроков не назвал.
Попутно анонсирована программа под названием Granite Peak, предусматривающая сохранение совместимости чипсетов Intel с новейшими процессорами Intel для настольных и мобильных ПК в течение шести кварталов [7]. Она должна помочь корпоративным IT-подразделениям поддерживать стандартизованные аппаратные и программные конфигурации в течение более длительных периодов времени. Сюда же входит создание единых драйверов для настольных и мобильных платформ, начиная с чипсетов Montara-G (мобильный) и Springdale-G.
Prescott
Следующее ядро процессоров Intel Pentium 4 тоже имеет географическое название — Prescott (городок в штате Аризона). Процессоры на этом ядре, которые должны появиться в продаже в конце года, будут изготавливаться по 90-нанометровой технологии на 300-миллиметровых подложках [8], причем опытные образцы процессоров уже имеются в распоряжении корпорации. Процессор будет иметь системную шину с тактовой частотой 800 МГц и увеличенную кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт. Частота ядра, с которой начнутся модели Prescott, будет чуть выше, чем у старших на тот момент моделей Northwood
(ориентировочно 3,4 ГГц) и затем достигнет четырех с лишним гигагерц, а пределом, по мнению разработчиков, станут 5 ГГц. Кроме того, в Prescott будут усовершенствованы технология Hyper-Threading и микроархитектура Intel NetBurst [9], о которых поведал на IDF главный создатель ядра Prescott Джо Шутц (Joe Schutz) [13], вице-президент и директор Intel Logic Technology Development.
Во-первых, увеличен вдвое будет не только кэш второго уровня, но и кэш первого уровня (наконец-то). Во-вторых, добавится тринадцать новых инструкций (Prescott New Instructions или PNI) [10], улучшающих комплексные расчеты по SSE/SSE2/x87-FP-командам при обработке данных для медиа и игр. Эти инструкции не требуют специальной поддержки со стороны операционной системы (достаточно поддержки обычных SSE) и полностью совместимы с программным обеспечением, написанным ранее для процессоров Intel. В-третьих, улучшен блок предсказания ветвлений. В-четвертых, доработана технология Hyper-Threading с тем, чтобы сделать переключение между тредами более предсказуемым: в частности, наряду с симметричными введено понятие асимметричных тредов [11]. Наконец, введены технология La Grande и улучшенный режим управления питанием (здесь пригодились некоторые идеи из процессора Banias).
Вдобавок при производстве процессоров Prescott будет применяться технология напряженного (strained) кремния: его деформированная кристаллическая решетка [12] обеспечивает большую подвижность электронов, а значит, и более высокие частоты работы транзисторов. Для борьбы с утечками транзисторов были приняты специальные меры — технологические и схемотехнические. Использование для Prescott технологии «кремний-на-изоляторе» (SOI) разработчики назвали «плохой идеей». Они также отметили, что схемотехника у Prescott существенно изменилась по сравнению с предшественниками, и большинство блоков процессора фактически было спроектировано с нуля в тесном сотрудничестве с разработчиками технологии производства кремниевых чипов.
Как сказал Луи Бернс (Louis Burns) [8], вицe-прeзидeнт и один из генеральных менеджеров подразделения Intel Desktop Platforms Group, первоначально процессоры Prescott будут работать на чипсетах Canterwood и Springdale на системной шине 800 МГц с памятью DDR400. А Джо Шутц в частной беседе поведал, что переход на системную шину 1066 МГц прорабатывается, однако пока этот сложный вопрос остается открытым, поскольку если процессор и чипсеты еще могут работать на таких частотах, то системные платы уже испытывают большие проблемы с интерференцией сигналов, а применение для этих целей шести- или восьмислойных плат было бы неоправданно дорогим. В любом случае, такой переход состоится не раньше следующего года и уже совместно с чипсетами для памяти DDR II, которую Intel в перспективе рассматривает как магистральное направление развития памяти (см., например, обзоры на www.ferra.ru/online/system/20465 и …/system/23951). На вопрос о проблемах работы Hyper-Threading в ряде приложений, в частности о снижении производительности, Джо ответил, что в Prescott предусмотрены специальные меры для устранения подобных ситуаций — отнюдь не при помощи «отключения» второго (мешающего) треда, но более разумным путем.
Год 2004-й
Это всё дела ближайшего будущего, а что же ждет нас чуть позже, в 2004 году? Настольная платформа Intel следующего поколения носит кодовое название Powersville (вольный перевод с англо-французского — «город-крепость», а на самом деле — еще одно географическое заимствование) и будет базироваться на следующих компонентах:
- процессор Intel Pentium 4 на ядре Tejas (или Prescott);
- новый чипсет с кодовым названием Grantsdale для памяти DDR II;
- поддержка новой последовательной шины PCI Express;
- графический контроллер на шине PCI Express;
- аудио следующего поколения;
- улучшенная безопасность;
- более тихие и компактные корпуса системных блоков.
Начнем издалека. Аудио следующего поколения носит название Azalia и включает декодирование DVD-аудио и SACD, многопотоковые возможности работы, поддержку технологий Dolby Digital и THX Surround EX для цифрового домашнего центра, а также улучшенное распознавание речи и поддержку телеконференций для офисных применений. Новый компактный форм-фактор шасси для будущих компьютеров носит название Marble Falls, и проще показать его фото [14], чем описывать словами. Согласитесь — очень симпатично.
В платформе Powersville также реализованы новые уровни функциональности для «цифрового дома»: она обеспечивает беспроводную передачу потокового видео и запись персонального видео, которые должны стать стандартными функциями домашних ПК в 2004 году.
О процессоре с кодовым именем Tejas, следующим за еще не вышедшим Prescott, пока известно мало. Как сказал Билл Сью, это будет процессор макроархитектуры Intel NetBurst (то есть Pentium 4) и дальнейшее развитие новаторской архитектуры Prescott. С большой долей вероятности можно сказать, что в нем возрастет объем кэш-памяти и частота системной шины. Стартуя с тактовых частот ядра около 5 ГГц, он затем преодолеет планку 6 ГГц, а возможно, и выше. Контроллер памяти пока не будет встраиваться в процессор, и на то есть, по крайней мере, две причины: такой контроллер потребует более сотни дополнительных выводов на корпусе процессора, что заметно повысит его цену, а сам кристалл существенно потеряет в гибкости использования — ведь для поддержки новых типов памяти потребуется перепроектировать кристалл процессора (а это очень дорогое удовольствие), тогда как сейчас можно переделывать лишь недорогой кристалл чипсета. Вместе с тем проблемы, решаемые интеграцией контроллера памяти в процессор (главным образом, высокая латентность при обращениях к памяти), можно устранить и другими путями — например, увеличением размера кэш-памяти процессора и ускорением системной шины.
Как сказал Джо Шутц, несмотря на положительный опыт Banias (короткий конвейер показывает отличную производительность в задачах) и известные недостатки предсказания команд у Pentium 4, конвейер будущего процессора укорачивать не будут, поскольку это автоматически повлечет за собой трудности с согласованием работы блоков, расположенных в разных частях кристалла, и снижение максимальных тактовых частот ядра. Наоборот, в будущих процессорах конвейер скорее всего сделают более длинным, чтобы повысить верхний предел рабочей частоты ядра (это будет компенсироваться соответствующим увеличением объема кэш-памяти первого и второго уровня). Похоже, так могут поступить уже в ядре Prescott. А к 2010 году ожидается освоение процессорами заоблачных пока частот 15–20 ГГц!
Хотя мультитредовость поставлена во главу угла будущих процессоров Intel, кардинального изменения технологии Hyper-Threading в сторону поддержки большего числа тредов (более двух) тоже не произойдет — вследствие фундаментального ограничения. Вместе с тем, несмотря на переход к более тонким техпроцессам производства, энергопотребление настольных процессоров Intel будет расти из-за повышения тактовой частоты. В связи с этим приобретает важное значение положительный опыт разработки процессора Banias, где неиспользуемые блоки кристалла динамически отключаются, чтобы снизить энергопотребление. В процессорах линейки Pentium 4 некоторые из таких наработок будут наверняка задействованы.
Есть предварительная неофициальная информация, что процессоры на ядре Tejas (и часть — на ядре Prescott) обретут новую систему выводов, которая получила название LGA 775. Соответствующий разъем именуется Socket T, и ближе к концу 2003 года Intel планирует представить партнерам его первые образцы. LGA расшифровывается как Land Grid Array — по аналогии с нынешними Pin Grid Array (PGA) для процессоров или Ball Grid Array (BGA) для чипсетов или микросхем памяти. Конструктив LGA много дешевле, чем PGA или BGA, и используется, например, компанией IBM.
В конце текущего или начале 2004 года на смену чипсету Springdale придет Grantsdale, названный так в честь городка в штате Монтана неподалеку от ранчо Крейга Барретта. Именно этот чипсет и будет поддерживать новый разъем LGA 775 для процессоров Tejas и Prescott с частотой системной шины 533 и 800 МГц. Кроме того, он будет содержать ряд революционных инноваций: новое графическое ядро, шину PCI Express (см. ниже), поддержку карт расширения нового формата Newcard, например, для беспроводных коммуникаций, новый южный мост ICH6 и др. Пока нет точной информации о поддерживаемых этим чипсетом типах памяти: с одной стороны, должна присутствовать поддержка двухканальной DDR400/333, но с другой — Intel хотела бы, чтобы чипсет поддерживал и DDR II, первые модули которой (причем сразу 667 МГц) были продемонстрированы на IDF компанией Infineon (см. «КТ» #482).
Попробуем разобраться, насколько необходима этому чипсету память DDR II. По всей видимости, частота системный шины процессоров до начала следующего года не превысит 800 МГц. Такой шине теоретически достаточно двух каналов памяти DDR400. Однако развитая периферия и тем более хорошее графическое ядро чипсета будут отъедать еще как минимум 1–3 Гбайт/с пропускной способности памяти, то есть для сбалансированности системы двух каналов DDR400 явно не хватит. Если же представить многоканальную шину PCI Express с пропускной способностью 2 Гбит/с на канал, то необходимость в DDR II не только на 533 МГц, но и на 667 МГц становится очевидной.
В следующем году чипсеты серии Grantsdale должны заменить линейку чипсетов Springdale: Grantsdale-G со встроенной графикой придет на смену чипсету 865G, Grantsdale-P сменит аналогичные 865P и 865PE, а младший Grantsdale-GL — начальные чипсеты 845GL/GV. Но, видимо, главной революционной новацией в этом чипсете станет применение последовательной шины PCI Express.
Шина PCI Express
Уже более года одной из центральных тем на форумах Intel является будущая технология последовательной шины PCI Express («КТ» писала о ней год назад в репортаже с весеннего IDF — тогда эта шина называлась еще 3GIO, то есть третье поколение I/O; под двумя первыми понимаются ISA и PCI/PCI-X). С тех пор изменилось не только ее название, но и многие спецификации, и нам имеет смысл взглянуть на эту технологию снова, тем более что в нынешнем году на рынке должны появиться ее первые конкретные воплощения (на IDF уже продемонстрированы работающие прототипы PCI Express [15]).
Группа PCI-SIG (Special Interest Group), отвечающая за продвижение стандарта PCI Express (и ряда других), насчитывает более двухсот компаний, среди которых практически все крупные игроки IT-индустрии. По архитектуре PCI Express организуются специализированные конференции для разработчиков (например, 31 марта в Сан-Хосе), куда приглашаются и все желающие.
Ключевой особенностью шины является переход от параллельной структуры (как в нынешних AGP и PCI) к тонким высокочастотным каналам последовательной передачи данных. Это находится в русле глобального перехода отрасли на последовательные шины: Serial ATA вместо UltraATA, USB вместо порта LPT и т. п. Параллельная шина PCI (Peripheral Component Interconnect), изобретенная в 1992 году и пришедшая в настольные компьютеры года два спустя, практически исчерпала свои возможности как по скорости, так и по удобству использования. Идущая ей на смену PCI Express является открытым индустриальным стандартом, имеет функции горячего подключения/отключения и применима для очень широкого класса устройств — от графических ускорителей до разнообразной периферии, причем она программно совместима со старой PCI. Спецификации версии 1.0 на архитектуру шины и на карты для нее были утверждены сообществом PCI-SIG в июле прошлого года (см., например, www.pcisig.com), однако в разработке до сих пор находится ряд дополнительных спецификаций.
Значительно большая, чем у параллельной шины PCI, пропускная способность одиночных линий связи и независимость (асинхронность) совместной работы нескольких последовательных каналов для PСI Express делает ее значительно более быстродействующей, компактной и легче конфигурируемой, чем традиционная PCI. Каждая связь «точка-точка» может иметь 1, 2, 4, 8, 12, 16 или 32 двойных полнодуплексных линии (2 дифференциальные низковольтные пары, 4 контакта, 8B/10В-кодирование данных) со встроенным тактированием и эффективной скоростью передачи данных 2,0 Гбит/с (частота передачи 2,5 ГГц), обеспечивая масштабируемость полосы пропускания до 16 Гбайт/с между узлами и обладая при этом низкой латентностью (малыми задержками сигнала). Поскольку даже одна линия имеет полосу пропускания 500 Мбайт/с (сравните со 133 Мбайт/с для 32-битной шины PCI в настольных ПК), то становится возможным применение очень компактного форм-фактора как для разъема шины, так и для подключаемых к ней периферийных устройств; кроме того, экономится много места на системной плате и снижается ее себестоимость (исключаются некоторые микросхемы, упрощается разводка) [16,17]. Вдобавок PCI Express обладает рядом расширенных команд и возможностей, останавливаться на которых мы здесь не будем. Пока что шина PCI Express рассчитана на использование только внутри компьютеров (для внешних связей есть высокоскоростные InfiniBand и Fibre Channel), однако в дальнейшем стандарт предусматривает расширение шины и за пределы корпуса.
PCI Express призвана заменить большинство шин внутри компьютера [18], однако первые годы она будет сосуществовать с PCI, AGP и PCI-X (и даже с новомодной HyperTransport), причем шину AGP она заменит совсем скоро, поскольку легко обеспечивает удвоение пропускной способности свежей AGP 8х. Прежде всего PCI Express появится в серверных чипсетах Intel, где встраивание ее поддержки непосредственно в северный мост [19] позволит заметно (до 30%) снизить стоимость материнской платы (и сэкономить до 53% площади) по сравнению с шиной PCI-X (при этом связь с южным мостом также будет осуществляться по PCI Express). Сначала выйдут два таких серверных чипсета — Lindenhurst (двухпроцессорный) и Twin Castle (четырехпроцессорный) [20] для Intel Xeon. Затем PCI Express появится в настольных системах (см. выше), где будет встроена в южный (а не северный) мост [18], и в мобильных компьютерах — как в виде внутренней шины Mini-PCI Express, так и в виде нового стандарта карт расширения Newcard [21]. Операционным системам нового поколения, начиная с Windows XP, дополнительных драйверов для штатного функционирования шины PCI Express не потребуется, однако для активации новых функций шины они будут необходимы. Что ж, ждать осталось недолго.
