Не менее интересным ожидается и первый двухъядерный мобильный процессор Yonah, который должен появиться в начале 2006 года в рамках новой мобильной платформы Napa. Yonah будет иметь два вычислительных ядра, использующих общую 2-мегабайтную кэш-память второго уровня и общий же контроллер системной шины QPB с частотой 667 МГц. Он будет выпускаться по 65-нм технологии в форм-факторах PGA 478 и BGA 479, содержать 151,6 млн. транзисторов, поддерживать технологию XD-bit и, судя по предварительной информации, поддерживать некоторые механизмы прямого взаимодействия ядер между собой.

Более того, Intel не исключают и того, что процессоры на «мобильном» ядре Yonah будут использоваться не только в определенных сегментах рынка настольных компьютеров (для этого уже разработаны и демонстрируются соответствующие мини-концепты домашнего и офисного ПК), но даже в компактных экономичных серверах.

Общие планы перехода Intel на двуядерную и многоядерную архитектуру процессоров показаны на рисунке. Первым восьмиядерным процессором Intel станет, по всей видимости, Tukwila в 2007 году, продолжающая линейку Intel Itanium.

Планы перехода Intel на двуядерную и многоядерную архитектуру

Рисунок. Intel Server Roadmap

Пока же мы имеем от Intel только Smithfield – простейшие «двухпроцессорные процессоры» - язык даже не поворачивается говорить о «ядрах». Всё скучно до невозможности (впрочем, далеко не всегда двигает прогресс то, что «весело» :))… И, к сожалению, несовместимо со всеми уже существующими чипсетами самой Intel, ибо чипсеты, рассчитанные на однопроцессорную шину, теперь вынуждены будут работать фактически с «дуальными» системами, а двухпроцессорным чипсетам (напомним, что Intel четко разделяет процессоры «для дуалов» и для «многопроцессорных систем») придется научиться работать с «квадами» - четверками процессоров. То есть нагрузка на системную шину существенно возрастет и прежние чипсеты на нее по-настоящему просто не рассчитаны. Кстати, в Intel пробовали запускать Smithfield на чипсетах серии i925/915, но работа такой связки не всегда была достаточно стабильной, поэтому от нее было решено официально отказаться и даже предусмотреть меры, исключающие запуск двухъядерных процессоров на платах со старыми чипсетами.

Аналогично двухъядерность «аукнулась» и в линейке Intel Xeon – отчасти именно из-за увеличения нагрузки на шину QPB, которую используют эти двухъядерные процессоры, Intel и задерживается с выпуском двухъядерных Xeon MP для четырех и более процессорных систем, предпочитая разработать для них новый 90-нм кристалл Paxville, который будет иметь общий на два процессорных ядра контроллер системной шины (чтобы снизить нагрузку на нее), хотя кэш-память по-прежнему будет своя у каждого из ядер. Двухпроцессорные же Xeon на первых порах останутся чисто «двухкристальными» Dempsey.

Рисунок. Paxville

Платформа на Dempsey

Платформа на Paxville

Впрочем, не подумайте, что мы осуждаем такой подход Intel: несмотря на все свои «подводные камни» он, в конечном счёте, позволит этой корпорации довольно быстро «завалить» прилавки дешевыми и доступными каждому двухъядерниками. Правда, по-настоящему массовыми двухъядерные процессоры станут лишь в следующем году: Intel планирует, что в 2006 году 85% серверных и более 70% клиентских компьютеров (ноутбуков и десктопов) будут иметь двухъядерные процессоры (а в 2007 году эти цифры возрастут до 100% и 90% соответственно), хотя на первых порах «двухъядерники» будут скорее процессорами «для энтузиастов» - недаром же для своей новейшей офисной платформы Lyndon (см. www.ferra.ru/online/system/25893) корпорация предпочитает использовать «старые добрые» одноядерные Pentium 4 шестисотой серии.

Увеличить

«Классическая» двухпроцессорная SMP-система с двухъядерными процессорами

Наконец, отметим, что организация «системы в целом» у Intel столь же традиционна, сколь и устройство двухъядерного процессора. В ней есть несколько «равноправных» центральных процессоров (как правило, разделяющих общую шину); есть оперативная память и есть разной степени быстродействия периферия. Весь этот комплект объединяется в единое целое специальным коммуникационным процессором – «северным мостом» (Northbridge) чипсета. Через него проходят буквально все потоки данных, которые только зарождаются в компьютере. Образно говоря, если «процессоры» - это «головы» компьютера, то северный мост – это его сердце. Подобный «централизованный» подход, во-первых, отличается относительной простотой, а во-вторых, удобен тем, что в нём каждый компонент компьютера получается узкоспециализированным, и поддающимся модернизации независимо от других компонентов. То есть с одним и тем же Northbridge можно использовать, например, совершенно различные по своей производительности и наоборот – меняя Northbridge, можно, например, использовать с одним и тем же процессором совершенно разные типы оперативной памяти..

Немного о терминологии

Внимательные читатели уже обратили внимание на «загадочные» блоки с подписями APIC, DMA, GART… что все они означают?

• APIC (Advanced Programmable Interrupt Controller) – одна из важнейших «деталек» любого компьютера. Это небольшая схема, занимающаяся сбором и обработкой возникающих в компьютере прерываний. Скажем, нажал пользователь клавишу на клавиатуре – контроллер клавиатуры зафиксировал это событие, занес код нажатой клавиши в свою встроенную память – и сгенерировал прерывание – выдал по специальной линии сигнал-запрос с просьбой прервать выполнение текущей программы и обработать событие «нажата клавиша на клавиатуре». Это, так сказать, «классическая» задача Interrupt Controller-ов: они позволяют процессору не терять зря время, регулярно опрашивая каждое из устройств на предмет того, «а не случилось ли там чего-нибудь за последние 10 мс». Но задачи IC не ограничиваются только этим: помимо аппаратных существуют еще и программные прерывания (exceptions), которые генерирует не периферия, а сам процессор – в случае возникновения какой-либо нештатной ситуации. Типичные примеры – в программе встретилась непонятно какая, или просто запрещенная «простому пользователю» инструкция (#GP, General Protection Exception), произошло деление на ноль (#DE, Divide-by-Zero Error Exception), программа обратилась к несуществующему адресу в памяти (#PF, Page Fault Exception). Некоторые прерывания может генерировать сама программа (INTn), а, скажем, прерывание #BP (BreakPoint Exception) используется операционной системой для отладки программ. Реакция на каждое из прерываний задается так называемым вектором прерываний – набором адресов в памяти, описывающих «что делать дальше» процессору в случае возникновения прерывания: какие функции (обработчики прерывания) ему в этом случае необходимо выполнять. В общем, PIC-и были, есть и будут одной из ключевых компонент компьютера. Причем в случае многопроцессорных, многоядерных (и даже в случае процессоров с Hyper-Threading!) требуется обеспечить по APIC-у на каждое ядро процессора (включая каждое виртуальное ядро в Pentium 4 supporting Hyper-Threading), обрабатывающих «программные прерывания, и еще один, «синхронизирующий» APIC в чипсете, который обеспечивает обработку аппаратных прерываний и, занимается «рассылкой» программных прерываний в тех случаях, когда возникшее на одном процессоре прерывание почему-то затрагивает и остальные процессоры.

• DMA (Direct Memory Access) – это такой своеобразный «альтернативный процессор», который занимается в чипсете обработкой «фоновых» задач, связанных с периферией. Скажем, если процессору требуется прочитать пару килобайт данных с жесткого диска, то ему вовсе не обязательно терпеливо ждать целую вечность (несколько миллисекунд), пока эти самые данные ему не будут предоставлены. Вместо этого он может запрограммировать DMA-контроллер, чтобы тот выполнил эту задачу за него, и переключиться, пока этот запрос выполняется, на какую-нибудь другую задачу. Штука это не столь незаменимая, как APIC, но без неё не было бы даже интерфейса Ultra ATA/33

• GART (Graphical Address Relocation Table) появился в компьютерах одновременно с шиной AGP: это небольшая схема, которая обеспечивает графическому ускорителю доступ к системной памяти процессора. Её задачи – реализация механизма виртуальной памяти для GPU, то есть отображение «линейного» адресного пространства, с которым работает ускоритель, на «реальное», произвольным образом «перетасованное» с «обычными данными». Позволяет современным 3D-ускорителям использовать не только «набортную» видеопамять, но и «основную» системную память компьютера.

AMD Toledo: SUMA, SRI и интегрированный Northbridge

Архитектура AMD K8 не просто отличается от «интеловской»: она концептуально иная, поскольку в ней нет какого-то выделенного центра. Каждый из процессоров архитектуры AMD64 является независимой и «самодостаточной» единицей, объединяющей в себе почти всю функциональность северного моста традиционных наборов системной логики. Это началось с одноядерных процессоров, а с появлением двухъядерников «обросло» новыми отличиями. Взглянем на блок-схему двухпроцессорной системы на двухъядерных AMD Opteron.

Увеличить

Пример двухпроцессорной двухъядерной системы на Opteron 2xx и чипсете AMD 81xx. HT обозначает HyperTransport