oldi

Современные процессоры

Сергей Пахомов

Процессоры компании Intel

   Intel Pentium 4

   Intel Celeron

Процессоры компании AMD

   AMD Athlon XP

 

Видимо, все знают, что любой современный компьютер характеризуется прежде всего процессором и набором микросхем (чипсетом) материнской платы. Современные процессоры для ПК выпускают сегодня две компании: Intel и AMD. У компании Intel современные процессоры ПК — это Intel Pentium 4 и Intel Celeron, а у компании AMD — Athlon XP.

Когда заходит речь о процессоре, то обычно указывают его тактовую частоту, измеряемую в мегагерцах или гигагерцах. Конечно, тактовая частота процессора является одной из основных характеристик, но вовсе не единственной. Не стоит также забывать, что процессоры могут отличаться друг от друга такими параметрами, как микроархитектура ядра процессора, размер кэша, технологический процесс производства, поддерживаемая частота системной шины (FSB), напряжение питания, тепловыделение, температура поверхности, степпинг (версия) ядра процессора. Часто на подобные нюансы не обращают внимания, хотя от них во многом зависит производительность процессора (впрочем, как и его цена).

Такая характеристика процессора, как технологический процесс производства (проектная норма процессора), определяет в первую очередь структурный размер тех элементов, из которых состоит процессор. В частности, от технологического процесса производства напрямую зависят размеры транзисторов и их характеристики (длина затвора, время переключения, энергопотребление и т.д.). В конечном счете технологическим процессом производства определяется общее количество транзисторов в процессоре, разгонные возможности, максимальная тактовая частота, энергопотребление и тепловыделение процессора. В целом же (если не считать, что от технологического процесса производства косвенным образом зависят разгонные возможности процессора) производительность процессора не зависит от проектной нормы. Не так давно процессоры производились по 0,18-микронному технологическому процессу, все современные процессоры выпускаются по 0,13-микронному, и уже не за горами 90-нанометровая технология.

Кроме того, процессоры отличаются друг от друга ядром. К примеру, процессор Intel Pentium 4 может быть с ядром Willamette или с ядром Northwood. Аналогично и процессоры AMD Athlon XP могут быть основаны на ядре Thoroughbred или Barton. Название ядра процессора — это не официальное, а кодовое название, под которым процессор бывает известен еще до официального объявления. Правда, после этого кодовое название приживается, и часто для того, чтобы отличить одну модель процессора от другой, такое название указывается в скобках, например: Intel Pentium 4 (Northwood).

Под кодовым названием ядра процессора выступает целый спектр его характеристик, однако четкого определения того, что именно понимают под названием ядра процессора, не существует. Так, два процессора могут иметь одинаковое название ядра, но при этом они могут быть выполнены по разному технологическому процессу или поддерживать разные тактовые частоты FSB. Поэтому в каждом конкретном случае название ядра процессора отражает вполне конкретный список его характеристик.

Итак, перейдем к более подробному описанию типов современных процессоров.

Процессоры компании Intel

Intel Pentium 4

Первым на свет появился процессор Intel Pentium 4 с тактовой частотой 1,3 ГГц. Выполненный по 0,18-микронному технологическому процессу, этот процессор имел кэш L2 размером 256 Кбайт, поддерживал частоту системной шины 400 МГц, выпускался в корпусе типа OOI 423-pin (423 контакта) и был предназначен для установки в разъем Socket 423. Всего имелось две версии данного процессора: степпинг B0 и степпинг С1, которые различались напряжением питания ядра процессора и, как следствие, рассеиваемым теплом и максимальной температурой корпуса. В настоящее время данная модель уже не производится.

Конечно, перечисление всех моделей процессоров Intel Pentium 4 заняло бы слишком много места, ведь всего к моменту написания этой статьи их было выпущено 53! Различаются эти модели не только частотой (если провести деление только по тактовым частотам, то получим всего 17 моделей), но и типом корпуса, технологическим процессом производства, напряжением питания ядра процессора, мощностью тепловыделения, максимальной температурой корпуса и степпингом. Поэтому мы лишь вкратце опишем отличия процессоров друг от друга, а для получения полной характеристики каждой модели можно воспользоваться табл. 1 (в полном варианте статьи на нашем CD-ROM таблица представлена в более подробном виде).

Прежде всего отметим, что существует два типа корпусов процессоров Intel Pentium 4 — OOI 423-pin и FC-PGA2 478-pin. Соответственно имеются и два типа разъемов под процессоры Intel Pentium 4 — Socket 423 и Socket 478. Эти разъемы не совместимы друг с другом, то есть в разъем Socket 423 не удастся установить процессор с типом корпуса OOI 423-pin. Процессоры с типом корпуса OOI 423-pin в настоящее время не производятся (как, впрочем, и материнские платы с разъемом Socket 423).

Второй важной характеристикой процессора является его частота. Интуитивно всем понятно, что чем выше тактовая частота, тем лучше. Отчасти это действительно так: тактовая частота процессора определяет его производительность, поскольку чем выше частота, тем больше элементарных операций процессор способен совершать за единицу времени. Что касается диапазона тактовых частот процессора Intel Pentium 4, то он достаточно обширен — от 1,3 до 3,06 ГГц.

Следующий важный момент — это поддерживаемая частота системной шины процессора, которая может быть равна 400 или 533 МГц. Естественно, что преимущество следует отдавать процессору с частотой FSB 533 МГц, ибо чем выше частота системной шины, тем выше пропускная способность (полоса пропускания) шины, связывающей процессор с северным мостом чипсета (по сути, со всеми остальными компонентами). Например, при частоте системной шины 400 МГц пропускная способность составляет 3,2 Гбайт/с, а при частоте 533 МГц — уже 4,2 Гбайт/с.

Немаловажной характеристикой процессора является технологический процесс производства. Для процессоров Intel Pentium 4 это либо 0,18-микронный, либо 0,13-микронный технологический процесс. Все современные процессоры выпускаются по 0,13-микронному технологическому процессу, и предпочтение следует отдавать именно этим процессорам. Хотя технология производства процессора не влияет напрямую на его производительность, однако косвенная закономерность все-таки имеется. Дело в том, что с технологическим процессом связана такая характеристика, как размер L2 кэша. Это и понятно, так как технологический процесс производства процессора определяет количество транзисторов в нем, а чем больше размер кэша, тем больше транзисторов должен иметь процессор. Для процессоров, выполненных по 0,18-микронной технологии, размер кэша составляет 256 Кбайт, а для процессоров, выполненных по 0,13-микронной технологии, — 512 Кбайт. А от размера кэша уже непосредственно зависит и производительность процессора.

Коль скоро мы упомянули такие характеристики, как размер L2 кэша и технологический процесс производства, отметим, что процессор, выполненный по 0,13-микронному технологическому процессу с кэшем L2 512 Кбайт, часто называют процессором на ядре Northwood, а процессор, выполненный по 0,18-микронному технологическому процессу с кэшем L2 256 Кбайт, — процессором на ядре Willamette.

Ну и последнее, что может отличать процессоры Intel Pentium 4 с одной и той же тактовой частотой друг от друга, — это степпинг процессора. Различают как степпинг ядра процессора, так и степпинг самого процессора. Различные степпинги процессора могут иметь незначительные изменения (как правило, устраняются те или иные ошибки). Кроме того, степпингом определяется и питание ядра процессора, и тепловыделение, и максимальная температура процессора. Ядро процессора Intel Pentium 4 может иметь степпинг B0, B2, C1, D0, DP и E1. К примеру, если речь идет о процессорах на ядре Northwood, то для степпинга B0 напряжение питания составляет 1,5 В, а для степпинга C1 — 1,525 В (см. табл. 1). Определить версию степпинга ядра процессора и самого процессора можно с помощью бесплатной утилиты CPU-Z. На рисунке в качестве примера показан процессор Intel Pentium 4 2,4 ГГц со степпингом ядра (Core Stepping) B0 и степпингом процессора (Stepping) 4.

Особое внимание хотелось бы уделить последней на момент написания статьи версии процессора — Intel Pentium 4 3,06 ГГц HT. Кроме того, что этот процессор выполнен по 0,13-микронному технологическому процессу, имеет кэш L2 размером 512 Кбайт (ядро Northwood) и поддерживает системную шину с частотой 533 МГц, у него есть еще одно значительное отличие. Прежде всего, следует сказать, что при степпинге ядра C1 напряжение питания составляет 1,55 В, а не 1,525 В, как для всех остальных моделей с таким же степпингом. Тепловыделение этого процессора (81,8 Вт) тоже является рекордно высоким во всем модельном ряду. Впрочем, достоинство этого процессора, конечно же, не в напряжении и не в тепловыделении. Процессор Intel Pentium 4 3,06 ГГц HT стал первым процессором в модельном ряду с поддержкой технологии Hyper-Threading (о чем и говорят буквы HT в названии процессора). Не вникая в подробности данной технологии (для этого потребуется отдельная статья), отметим, что указанная технология позволяет процессору работать в многопотоковом режиме, выполняя одновременно несколько различных задач. Достигается такой эффект благодаря наличию двух наборов программных регистров (правда, исполнительный конвейер используется всего один). В результате операционная система видит в компьютере не один, а два логических процессора со всеми вытекающими отсюда преимуществами. Использование технологии Hyper-Threading позволяет повысить производительность процессора в среднем на 15%, а это очень существенно. Ожидается, что в дальнейшем компания Intel реализует поддержку технологии Hyper-Threading и в процессорах с меньшими тактовыми частотами.

Впрочем, здесь стоит сделать одну оговорку по поводу реализации технологии Hyper-Threading. На аппаратном уровне поддержка технологии Hyper-Threading была реализована еще в процессорах на ядре Willamette, то есть во всем модельном ряду процессоров Intel Pentium 4. Однако возможность использования данной технологии в этих процессорах аппаратно заблокирована (по всей видимости, здесь сыграли свою роль маркетинговые доводы). Поэтому, когда речь заходит о реализации Hyper-Threading в каких-либо процессорах Intel Pentium 4, имеется в виду, что эта технология не будет аппаратно блокироваться в них.

Описанные выше процессоры Intel Pentium 4 с тактовыми частотами до 3,06 ГГц — это нынешнее поколение процессоров. При этом, вероятно, тактовая частота в 3,06 ГГц является предельной для модельного ряда, выполняемого по 0,13-микронной технологии, и потому появление процессоров с ядром Northwood с большими тактовыми частотами маловероятно (хотя возможно, что появится и процессор с частотой 3,2 ГГц).

Вслед за процессорами на ядре Northwood ожидается появление процессоров, известных под кодовым названием Prescott. Эти процессоры будут производиться уже по 90-нанометровому технологическому процессу и иметь 100 млн. транзисторов (в процессорах Northwood 55 млн. транзисторов). Сам процессор будет иметь вдвое больший (по сравнению с процессорами Northwood) кэш размером 1 Мбайт и поддерживать системную шину с частотой 800 МГц. Кроме того, будущий Prescott будет иметь ряд усовершенствований в микроархитектуре ядра Intel NetBurst, добавится 13 новых команд, а технология Hyper-Threading получит свое логическое продолжение (Enhanced Hyper-Threading). Диапазон тактовых частот составит приблизительно от 4 до 5 ГГц.

В начало В начало

Intel Celeron

Высокая производительность требуется не всем, и для многих приложений вполне достаточно использовать процессор Intel Celeron. В настоящее время выпускается несколько версий процессоров Intel Celeron, различающихся тактовыми частотами и технологическим процессом производства. Все современные процессоры Intel Celeron поддерживают частоту системной шины 400 МГц и имеют кэш второго уровня L2 размером 128 Кбайт. В остальном микроархитектуры процессоров Intel Pentium 4 и Intel Celeron совпадают. Модельный ряд процессоров Intel Celeron представлен в табл. 2.

В начало В начало

Процессоры компании AMD

AMD Athlon XP

Процессоры компании AMD имеют не менее богатую историю, чем процессоры Intel, и разнообразия здесь тоже более чем достаточно. В настоящее время выпускаются процессоры AMD Athlon XP. Процессоры семейства Athlon XP отличаются друг от друга тактовыми частотами, а также могут иметь разный размер кэша L2, выполняться по разному технологическому процессу, поддерживать разные системные шины и разное напряжение питания ядра. Поэтому, говоря о процессорах AMD Athlon XP, выделяют четыре основных типа ядра процессора: Palomino, Thoroughbred, Thoroughbred-B и Barton.

Процессоры Athlon XP с ядром Palomino — это самая ранняя версия процессоров Athlon XP. Они выполнены по 0,18-микронному технологическому процессу. Ядро Palomino является улучшенной версией прежнего ядра Thunderbird. К улучшениям относится добавление поддержки SSE-инструкций, предварительной выборки данных и внедрения в ядро встроенного термодиода. Начиная с процессоров Athlon XP с ядром Palomino в маркировке процессоров компания AMD стала использовать не тактовую частоту (как это делалось ею ранее и до сих пор делается для всех процессоров Intel), а рейтинг производительности в сравнении с процессорами на ядре Thunderbird. Так, маркировка Athlon XP 1500+ означает, что производительность данного процессора соответствует производительности процессора на ядре Thunderbird, если бы последний имел тактовую частоту 1500 МГц. Процессоры Athlon XP с ядром Palomino поддерживают частоту системной шины 266 МГц и имеют кэш L2 размером 256 Кбайт.

Процессоры Athlon XP с ядром Thoroughbred отличается от предыдущего модельного ряда тем, что ядро процессора изготовляется по 0,13-микронному технологическому процессу. Соответственно процессоры Athlon XP с ядром Thoroughbred имеют большие тактовые частоты. Частота системной шины и размер L2 кэша остались такими же, как и у процессоров на ядре Palomino.

Процессоры Athlon XP с ядром Thoroughbred-B — несколько улучшенный вариант процессоров Athlon XP с ядром Thoroughbred. Данное ядро фактически можно рассматривать как степпинг ядра Thoroughbred. В новой версии ядра за счет незначительных изменений в архитектуре используются более высокие тактовые частоты, а помимо частоты системной шины 266 МГц поддерживается частота 333 МГц.

Процессоры на ядре Barton — последняя разработка компании. Выполнено ядро по 0,13-микронному технологическому процессу. Как и старшие версии на ядре Thoroughbred-B, процессоры Barton поддерживают частоту системной шины 333 МГц, но при этом имеют кэш второго уровня 512 Кбайт. Сегодня процессоры на ядре Barton являются наиболее производительными среди процессоров AMD Athlon XP. Сравнительные характеристики процессоров Athlon XP представлены в табл. 3.

В скором будущем компания AMD собирается представить новый тип процессора, который известен под кодовыми названиями ClawHammer и AMD Athlon 64. По своей сути это уже принципиально иное поколение процессоров. Из революционных изменений можно выделить три: поддержка архитектуры x86-64 ISA, наличие интегрированного в процессор контроллера памяти и интегрированного интерфейса Hyper Transport. Впрочем, подробное рассмотрение нового процессора — это уже совсем другая история.

КомпьютерПресс 4'2003