Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Застывшая в кремнии музыка: Intel P6 - аксакал среди микроархитектур

автор : Дмитрий Криканов 14.11.2007

Продолжая цикл материалов, посвященный процессорным микроархитектурам, мы переходим к рассмотрению плодов деятельности Intel. Эта статья посвящена одной из самых "культовых" микроархитектур - Intel P6.

Продолжая цикл материалов, посвящённый процессорным микроархитектурам, мы переходим к рассмотрению плодов деятельности Intel. Эта статья посвящена одной из самых "культовых" микроархитектур - Intel P6.

Микроархитектура P6 вполне может претендовать на звание главной "долгожительницы" Intel. Появившаяся в далёком 1995 году, P6 благополучно просуществовала до 2000 года - тогда ей на смену пришла революционная NetBurst. Но когда революционность NetBurst натолкнулось на суровые технологические реалии, и микроархитектура, несмотря на свои многочисленные достоинства, оказалась не в состоянии и дальше наращивать производительность процессоров, Intel снова вспомнила о P6.

Оказалось, что "старушка" способна вполне успешно конкурировать с новыми разработками AMD в сегменте мобильных процессоров. Претерпев некоторые изменения (в основном, косметического плана) P6 снова встала в строй в 2003 году. Правда, на этом "триумфальное возвращение" микроархитектуры не закончилось - через три года P6 легла в основу первых двуядерных процессоров Intel Core Duo.

Секрет такого удивительного долголетия - удачные схемотехнические решения, позволяющие обеспечивать высокую вычислительную мощность при приемлемом тепловыделении. Несмотря на то, что Р6 использовалась для создания трёх поколений процессоров и постоянно модернизировалась, основная концепция микроархитектуры оставалась неизменной со времён её первой реализации в процессорах Pentium Pro.

Динамическое исполнение

Таким термином Intel обозначает спекулятивное внеочередное исполнение команд. Если сегодня этим уже никого не удивить, то во времена появления микроархитектуры Р6 оно стало значительным шагом вперёд.

Как известно, основная прелесть спекулятивного исполнения заключается в способности процессора предсказать ветвление и заранее исполнить соответствующий участок кода, сэкономив тем самым уйму времени. При этом ошибка предсказания штрафуется весьма сурово - конвейер полностью сбрасывается, правильная ветвь загружается и исполняется. На такие манипуляции процессор расходует гораздо больше времени, чем экономит при одном правильном предсказании. Таким образом, если точность предсказаний оставляет желать лучшего, весь выигрыш от спекулятивного исполнения нивелируется при "работе над ошибками".

В первых процессорах с микроархитектурой P6 точность предсказания ветвлений составляла 80%. Этого было вполне достаточно, чтобы не только сделать ошибки незаметными, но и получить существенный выигрыш в плане производительности за счёт оптимизации загрузки процессора. Кроме того, такая точность позволила безболезненно увеличить длину конвейера почти в три раза по сравнению с предшествующей микроархитектурой Intel P5 - с 5 до 14 стадий. В результате стало возможным увеличение тактовой частоты процессора, что также положительно сказалось на его производительности.

Подсистема памяти

Адресное пространство микроархитектуры Р6 было расширено до 36 бит, что позволяло процессору адресовать до 64 Гб оперативной памяти (в действительности же объём адресуемой памяти был ограничен 4 Гб).

Кроме того, в микроархитектуре Р6 впервые была реализована технология переименования регистров. С точки зрения программы число регистров общего назначения по-прежнему равнялось восьми. Однако физически в процессоре были реализованы 40 универсальных регистров, которые и использовались при выполнении вычислений.

Другим примечательным нововведением микроархитектуры Intel P6 стало перемещение кэш-памяти второго уровня с системной платы в корпус процессора, а в последних поколениях процессоров - непосредственно в процессорное ядро. Однако изначально технологические особенности не позволяли интегрировать вторичный кэш в ядро, поэтому в первых процессорах кэш-память располагалась на процессорной плате в виде самостоятельной микросхемы.

Благодаря такому расположению стало возможным повышение частоты работы кэша до полной частоты ядра. Сама кэш-память соединялась с процессорным ядром независимой двойной 64-разрядной шиной. Эта шина позволяла процессору одновременно обращаться к оперативной и к кэш-памяти. Кроме того, сама кэш-память могла обрабатывать до 4 одновременных запросов. В результате пропускная способность значительно возрастала - следовательно, повышалась и общая производительность процессора.

Три поколения пятого процессора шестого поколения

При создании микроархитектуры шестого поколения P6 Intel решила и дальше использовать для своих процессоров название Pentium. Если обратиться к этимологии, то окажется, что слово Pentium было образовано от греческого penta, что означает "пять", и прекрасно подходило процессорам пятого поколения. Однако после успеха процессоров Pentium, Intel решила сделать это название торговой маркой, не заботясь о таких мелочах, как смысловая нагрузка. В результате название процессора Pentium III на микроархитектуре Р6 должно означать примерно следующее: третий пятый процессор шестой микроархитектуры.

Несмотря на некоторую нелепицу с названиями, процессоры с микроархитектурой Intel P6 отличались низким энергопотреблением, превосходной производительностью при выполнении целочисленных операций и довольно высоким IPC. Кроме того, в процессорах последних поколений производительность вычислений с плавающей точкой также была "подтянута" - главным образом, за счёт внедрения дополнительных наборов SIMD-инструкций.

Микроархитектура P6 позволила Intel выпустить три поколения процессоров, в каждом из которых появлялись значительные улучшения, без существенного изменения самой микроархитектуры. Примечательно, что для противостояния с Р6 AMD пришлось разрабатывать по новой микроархитектуре под каждый новый процессор Intel. Поэтому будет совершенно справедливо посвятить процессорам на микроархитектуре Р6 отдельную статью.

Продолжение следует

Предыдущие статьи цикла: