Intel держит курс на четырёхъядерные процессоры

В первом квартале 2007 года появятся первые серверные процессоры Intel Clovertown с четырьмя ядрами.

Корпорация Intel торжественно оповестила общественность, что с первого квартала будущего года начнётся серийное производство четырехъядерных серверных процессоров под кодовым названием Clovertown. Чуть раньше о намерении начать выпуск четырёхъядерных чипов заявили представители компании AMD.

Директор по технологиям Intel Джайстин Раттнер подчеркнул, что многоядерные чипы станут ответом корпорации на возросшие требования к производительности в новых поколения процессоров. По словам Раттнера, к концу текущего десятилетия, могут появиться процессоры уже с десятью ядрами, а лет через десять - чипы с несколькими сотнями ядер. Таким оптимистичным прогнозом один из руководителей Intel предварил публичную демонстрацию компьютера, работающего на двух процессорах Cloverstone.

Модели Xeon c кодовым названием Clovertone войдут в семейство DP и будут предназначены для двухпроцессорных серверов, благодаря чему эти машины начального уровня получат целых восемь вычислительных ядер! Другая модификация четырёхъядерных чипов Xeon MP, известная под кодовым названием Tigerton, будет рассчитана на высокопроизводительные серверы с четырьмя и большим количеством процессоров.

Серверные четырёхъядерные процессоры Clovertown и Tigerton построены на базе новой архитектуры, общей также и для двуядерных мобильных процессоров Merom и "настольных" Conroe, которые появятся на рынке примерно в то же самое время. Эта новая архитектура пока не имеет какого-то общепринятого наименования - её официальное название будет объявлено в марте 2006 года на очередном весеннем Форуме Intel для разработчиков. Раттнер подчеркнул, что число ядер в потребительских процессорах будет расти медленнее, чем в серверных, что обусловлено современными требованиями к производительности настольных, мобильных и серверных систем.

Планируемый выпуск процессоров Cloverton эксперты считают свидетельством перехода Intel к эпохе четырёхъядерных чипов. Тем не менее, важнейшим условием успеха новинок является достаточная для всех четырёх ядер пропускная способность системной шины, позволяющая раскрыть весь вычислительный потенциал микрочипа. Насколько удачно разработчики справились с решением целого ряда сложных проблем, связанных с обеспечением надлежащей пропускной способностью системной шины, нам предстоит оценить менее чем через год.

Ранее в планах Intel в качестве первого четырёхъядерного процессора значился чип под кодовым названием Whitefield, однако впоследствии в корпорации по каким-то причинам отказались от работы над этим проектом. Нет пока ответа на вопрос, когда всё-таки появится высокоскоростная системная шина Intel CSI, призванная конкурировать с шиной AMD Hypertransport: она должна была быть реализована в чипе Whitefield, Сейчас в Intel сообщают, что CSI, предположительно, появится лишь в процессоре Itanium в 2008 году, а что касается линейки Xeon, то дата внедрения CSI в эти чипы вообще не называется.

Пока нет определённости и в том, что физически будут представлять собой новые четырёхъядерные процессоры, хотя специалисты сходятся в том, что, скорее всего, это будут два двуядерных чипа, объединённые общим корпусом.

Если в мобильной микроархитектуре явственно наблюдается переход на новый конструктив Merom, то в серверной пока продолжается использование старой архитектуры NetBurst. Первой в планах Intel серверной моделью на основе микроархитектуры, сходной с Merom, станет двуядерный процессор с кодовым названием Woodcrest, который будет выпускаться в серии Xeon DP 51xx. Эта модель появится в третьем квартале текущего года и будет выпускаться, как минимум, до второго квартала 2007 года. Чипы Woodcrest для двухпроцессорных серверов войдут в состав платформ Bensley и Bensley-VS и будут работать с наборами системной логики Intel 5000P (кодовое название Blackford) и 5000V (Blackford-VS). По словам Раттнера, в одном крупном финансовом учреждении уже испытываются серверы, работающий на основе процессоров Woodcrest.

Процессоры Xeon DP (Woodcrest) будут оснащаются общей кэш-памятью второго уровня объёмом 4 Мбайта, но получат относительно невысокие тактовые частоты. По предварительным данным, модель с индексом 5110 будет работать на частоте 1,6 ГГц, модель 5120 - на частоте 1,86 ГГц, модель 5130 - на частоте 2,0 ГГц, модель 5140 - на частоте 2,33 ГГц, модель 5150 - на частоте 2,66 ГГц, а модель 5160 - на частоте 3,0 ГГц. В планах Intel также значится модификация Woodcrest LV с пониженным энергопотреблением, которая рассчитана на компактные, но мощные машины, к примеру, на блейд-серверы.

Однако перед Woodcrest должны появиться двуядерные серверные чипы Xeon DP с кодовым названием Dempsey - их выпуск запланирован уже на второй квартал 2006 года. Процессоры будут выпускаться в серии Xeon DP 50xx и получат кэш-память второго уровня объёмом 2 х 2 Мбайта. Dempsey также будут входит в платформы Bensley и Bensley-VS и будут поддерживаться чипсетами Intel 5000P и 5000V, однако тактовые частоты этих процессоров будут заметно выше, чем у Woodcrest. По предварительным данным, чип Xeon DP с индексом 5030 будет работать на тактовой частоте 2,66 ГГц, модель 5040 - на частоте 2,83 ГГц, модель 5050 - на частоте 3,0 ГГц, модель 5060 - на частоте 3,2 ГГц, модель 5070 - на частоте 3,46 ГГц, а модель 5080 - на частоте 3,73 ГГц.

Что касается 64-разрядных процессоров Itanium 2, то в конце второго квартала текущего года планируется обновление модельного ряда этих чипов, включая двуядерные и одноядерные модификации. Кодовое обозначение обновлённых Itanium 2 - Montecito. Новые модели будут работать с тем же набором системной логики Intel 8870, что и современные Itanium 2, но получат встроенный кэш гораздо большего объёма. Единственный в семействе одноядерный чип с индексом 9010 будет работать на тактовой частоте 1,6 ГГц, объём кэш-памяти составит 6 Мбайт. Характеристики модели 9020 таковы: тактовая частота - 1,42 ГГц, кэш - 12 Мбайт); модели 9030 - 1,6 ГГц и 8 Мбайт; модели 9040 - 1,6 ГГц и 18 Мбайт; модели 9050 - 1,6 ГГц и 24 Мбайта.

По некоторым данным, первоначально у Intel было два альтернативных плана относительно выпуска 32-разрядных четырёхъядерных процессоров. Согласно первому плану, должен был быть разработан новый чип Whitefield с полностью обновлённой архитектурой и системной шиной, однако этот проект, как мы уже упоминали, был отменён. Второй план, который и реализуется сейчас, предполагает использование эволюционного пути, в частности, доработанной архитектуры и системной шины, работающей на базе существующих технологий с отдельными расширениями. Более того, характеристики системной шины для процессоров Clovertown и Tigerton будут идентичными. Разумеется, выбор второго плана позволит ускорить вывод на рынок четырёхъядерных моделей, однако, по мнению специалистов, системная шина может стать "узким местом" в серверах на базе таких процессоров.

Увеличение числа вычислительных ядер обещает вполне очевидные преимущества. Прежде всего, это позволяет снизить общее энергопотребление процессора без ущерба для производительности. В частности, как отметил Раттнер, если бы в новейших двуядерных мобильных процессорах было всего одно ядро, то они бы потребляли гораздо больше электроэнергии. Кроме того, при помещении двух вычислительных ядер на одну пластину, производительность повышается благодаря сокращению длины проводников, по которым передаются данные: сближая ядра, мы увеличиваем скорость обмена данными между ними.

Впрочем, выпуск многоядерного процессора - задача непростая: недостаточно просто расположить на одной кремниевой пластине несколько вычислительных ядер. Прежде всего, требуются расчёты энергоэффективности, оптимизация скорость ввода и вывода данных и учёт латентности оперативной памяти. Только на базе точных данных можно получить удачную конструкцию интегральной микросхемы.

Кроме того, при разработке процессоров учитывается мнение программистов, которые подсказывают, как можно оптимизировать архитектуру чипа для ускорения исполнения того или иного программного кода. В ходе публичной демонстрации процессоров Cloverstone Раттнер рассказал такую историю: в ходе работы с одним из разработчиков программного обеспечения, выяснилось, что в архитектуру одного из будущих серверных процессоров необходимо внести три небольшие изменения. Без внесения этих изменений определённое приложение могло успешно работать на процессорах с 16 ядрами, а при увеличении числа ядер производительность вычислений снижалась. После внесения изменений это приложение сможет работать с постоянным повышением производительности на процессорах с более чем 32 ядрами.

Ещё одна проблема при создании многоядерных процессоров заключается в переходе на объединение ядер и памяти посредством так называемых внутрикремниевых соединений (TSV - Through Silicon Vias). Благодаря TCV отдельные компоненты могут соединяться по наиболее короткому и защищённому от помех пути. В настоящее время в качестве таких соединений используются шины, которые с ростом производительности процессоров уже приближаются к пределу своих пропускных способностей.

Конечно же, сложность конструкции многоядерных процессоров увеличивает длительность разработки таких моделей. Именно поэтому, чтобы сократить сроки разработки, за основу была взята проверенная архитектура NetBurst. Первый двуядерный Pentium D (кодовое название Smithfield) был получен простым помещением двух одноядерных процессоров на общую плату, следующая модель Pentium D (кодовое название Presler) так же объединила в одном корпусе два одноядерных чипа с кодовым названием Cedar Mill. Лишь в чипах Xeon (Paxville) два ядра получили общую системную шину, а в перспективных Xeon (Tulsa) интеграция коснётся кэш-памяти: вычислительные ядра будут работать с общей кэш-памятью третьего уровня, что, по расчётам проектировщиков, позволит повысить производительность примерно на десять процентов.

В Intel прилагают максимум усилий для того, чтобы ускорить появление на рынке четырёхъядерных процессоров. Хотя сегодня первенство в подобных вещах и не оказывает принципиального влияния на объёмы продаж, остаётся вопрос престижа, и было бы странным, если бы Intel упустила возможность обойти своего конкурента. К тому же, нельзя забывать о том, что в Intel выбрали путь плавного отказа от старой микроархитектуры NetBurst и перехода на новую, для которой тактовая частота уже не является однозначным показателем производительности. Массовый потребитель, окончательно запутанный сначала переходом на числовые индексы процессоров, а затем - начатым после Нового года ребрендингом, скорее всего, и не заметит этих важнейших изменений в конструкции процессоров одного из лидеров рынка.

А ведь с уходом со сцены архитектуры NetBurst можно попрощаться с целой эпохой, которую можно оценивать по-разному: либо как время стремительного роста производительности персональных компьютеров, либо как время "гонки мегагерцев". Единственный факт, с которым вряд ли кто-то будет спорить, - микроархитектура NetBurst способствовала существенному росту мощности центральных процессоров. Тем не менее, время её уже прошло, и пора уступать место более прогрессивным конструкциям, которые, хочется надеяться, ещё не раз удивят нас своими возможностями.