Sonoma — новое пришествие

Сергей Пахомов

Три кита технологии Intel Centrino

Процессор Intel Pentium M

   Микроархитектура процессора

   Технологии энергосбережения процессора Intel Pentium M

      Технология Intel SpeedStep

      Технология оптимизации энергопотребления процессорной шины

Набор микросхем Intel 915GM/PM/GML/GMS Express

Заглядывая в будущее

 

На протяжении последних лет деятельность Intel служит...

 

12 марта 2003 года корпорация Intel анонсировала революционную мобильную технологию Intel Centrino, положившую начало новому этапу в развитии мобильных платформ. И вот, спустя почти три года, 19 января 2005 года компания Intel анонсирует новую версию мобильной технологии Intel Centrino, известную под кодовым названием Sonoma.

Мобильная технология Intel Centrino изначально задумывалась как технология для мобильных ПК — ноутбуков. Правда, процессор Intel Pentium M, являющийся неотъемлемой частью технологии Intel Centrino, оказался настолько хорош во всех смыслах, что многие производители стали не только использовать его в ноутбуках, но и выпускать материнские платы с поддержкой этого процессора для настольных ПК и даже для блейд-серверов. Впрочем, к подробностям архитектуры данного процессора мы еще вернемся, а пока рассмотрим более детально особенности технологии Intel Centrino, которые позволили с самого начала говорить о ней как о революционной технологии.

Прежде всего предлагаем вам задуматься над вопросом: каким, с точки зрения пользователя, должен быть современный ноутбук?

Как и любой стационарный компьютер, ноутбук должен обеспечивать приемлемый уровень производительности для решения возложенных на него задач. Кроме того, будучи так называемой замкнутой платформой, не предполагающей возможности наращивания, ноутбук должен быть достаточно функциональным и обладать всеми необходимыми интегрированными устройствами, такими как модем, сетевой адаптер, картридер и т.д.

В качестве мобильного ПК ноутбук должен обеспечивать возможность работать в течение продолжительного времени в автономном режиме. Ну и наконец, поскольку речь опять-таки идет о мобильном, а не о стационарном ПК, немаловажным фактором является вес ноутбука, который напрямую зависит от его размеров.

Однако сочетать высокую производительность, соответствующую функциональность, продолжительное время автономной работы и малый вес в единой платформе не так-то и просто. Дело в том, что многие из перечисленных факторов являются в какой-то степени взаимоисключающими. К примеру, продолжительность автономной работы ноутбука от аккумуляторных батарей напрямую зависит от размера ЖК-матрицы и от производительности процессора, то есть чем более функциональным и производительным является ноутбук, тем меньше времени он сможет работать автономно.

Для того чтобы удовлетворить все возможные потребности пользователей, производители ноутбуков на протяжении многих лет выпускали несколько их разновидностей. К примеру, для той категории пользователей, которые предпочитают использовать ноутбук преимущественно в качестве стационарного компьютера и для которых время автономной работы не является критичным, позиционировались (как, впрочем, и сейчас) полноразмерные ноутбуки. Такие ноутбуки представляют собой полнофункциональные ПК с размером ЖК-матрицы 15 дюймов и более. Однако такие ноутбуки трудно назвать в полном смысле слова мобильными, поскольку их вес и недостаточная длительность автономной работы от батареи не позволяют эффективно использовать их в командировках или вне стационарного рабочего места.

Для той категории пользователей, которая во главу угла ставит именно мобильность ноутбуков, предназначались компактные и ультракомпактные ноутбуки. При разработке подобных ноутбуков первостепенное значение приобретают вес, размеры и продолжительность автономной работы. Основой таких ноутбуков послужили специальные версии мобильных процессоров (Intel Pentium III-M, Intel Pentium 4-M), которые позволяли увеличить время автономной работы от батареи за счет технологий энергосбережения. К подобным технологиям относится Intel SpeedStep, позволяющая снижать частоту процессора и напряжение питания при работе от батареи; режим ожидания Deeper Sleep, при котором значительно снижается потребляемая мощность процессора, а также технология Intel Mobile Voltage Positioning (IMVP), позволяющая динамически изменять напряжение питания процессора в зависимости от его загрузки.

Конечно, использование мобильных версий процессоров позволяло отчасти решить проблему производительности в совокупности с увеличением времени работы ноутбука от батареи. Однако комплексного решения проблемы, обеспечивающего реализацию всех направлений развития современных мобильных ПК, до 2003 года не существовало, но 12 марта корпорация Intel представила новую мобильную технологию — Intel Centrino.

Три кита технологии Intel Centrino

Первоначально технология Intel Centrino (кодовое название Carmel) представляла собой сочетание трех составляющих: процессора Intel Pentium M, ранее известного под кодовым названием Banias, набора микросхем Intel 855 и интегрированного беспроводного решения Intel PRO/Wireless network connection. При этом в новой платформе был впервые реализован комплексный подход, позволяющий объединить в одной платформе высокую производительность, длительный срок работы батарей, формфактор и возможность установления связи. Именно поэтому о новой технологии Intel Centrino с самого начала стали говорить как о революционной мобильной технологии.

 

Три составляющих технологии Sonoma

Три составляющих технологии Sonoma

Новая версия мобильной технологии Intel Centrino, известная под кодовым названием Sonoma, также представляет собой сочетание трех составляющих:

  • процессор Intel Pentium M (Dothan), поддерживающий системную шину с частотой 533 МГц;
  • набор микросхем нового поколения для мобильных систем i915GM/PM (кодовое наименование Alviso);
  • интегрированный модуль беспроводной связи с поддержкой стандартов 802.11 a/b/g (кодовое наименование Calexico 2).

Рассмотрим основные компоненты новой технологии Sonoma более подробно.

В начало В начало

Процессор Intel Pentium M

Ключевым компонентом новой мобильной технологии Sonoma является процессор Intel Pentium M (Dothan).

Первая версия процессора Intel Pentium M, известная под кодовым названием Banias, была изготовлена по 0,13-микронному технологическому процессу и содержала 77 млн. транзисторов, большинство из которых приходилось на кэш L2 размером 1 Мбайт.

 

Процессор Intel Pentium M

Новая версия процессора Intel Pentium M, известная под кодовым названием Dothan (анонсирована 10 мая 2004 года), изготавливается по 90-нанометровому технологическому процессу и имеет увеличенный до 2 Мбайт кэш L2, а количество транзисторов в ее процессоре составляет 140 млн.

В настоящее время компанией Intel выпускается несколько моделей процессора Intel Pentium M (Dothan), отличающихся друг от друга тактовой частотой, напряжением питания, поддерживаемой частотой системной шины, потребляемой мощностью и даже разъемом (табл. 1). Все процессоры Dothan изготавливаются по 90-нанометровому технологическому процессу и имеют кэш второго уровня (L2) размером 2 Мбайт.

 

Таблица 1. Технические характеристики процессоров Intel Pentium M (Dothan)

Таблица 1. Технические характеристики процессоров Intel Pentium M (Dothan)

Процессор Intel Pentium M фактически был первым в отрасли процессором, разработанным непосредственно для мобильных систем. Изначально он обеспечивал высочайшую производительность в сочетании с низким энергопотреблением для продолжительной работы ноутбука в автономном режиме.

     

На протяжении последних лет деятельность Intel служит катализатором развития технологий мобильных вычислений и беспроводного доступа на территории России и других стран СНГ. Корпорация работает на всех уровнях отраслевой экосистемы: активно сотрудничает с производителями мобильных ПК и сервис-провайдерами беспроводного доступа в Интернет, выступает одним из инициаторов и бренд-спонсоров крупных проектов по развитию хот-спотов.

Во многом благодаря многогранной деятельности Intel, профиль и масштаб рынка мобильных и беспроводных технологий в России за последние годы значительно изменились. Так, по данным исследовательской компании Dataquest, в течение 2004 года произошло удвоение российского рынка мобильных ПК: рост продаж за год составил 100%, что более чем втрое превышает аналогичный средний показатель для стран Западной Европы. При этом если в 2003 году доля ноутбуков в общих продажах ПК на отечественном рынке составляла всего 7,6%, то к концу 2004-го она выросла до 13,7%. В наступившем году, по оценкам Dataquest, объем продаж ноутбуков в России приблизится к 1 млн. штук, а в 2008 году, по прогнозу J’son & Partners, превысит отметку 1,78 млн. устройств.

Доля ноутбуков на базе архитектуры Intel на конец 2004 года в России составляла около 92%. Причем каждый третий ноутбук с архитектурой Intel, проданный в России в прошедшем году, был произведен на базе технологии Intel Centrino для мобильных ПК (один из наиболее высоких показателей по всему региону EMEA, куда входят страны Европы, Ближнего Востока и Африки).

По данным Mercury Research, в IV квартале 2004 года рост продаж процессоров для мобильных ПК составил 22% по сравнению с предыдущим кварталом. На данный момент это наиболее быстро развивающийся сегмент рынка процессоров. В своем отчете о результатах деятельности за IV квартал прошлого года корпорация Intel сообщила о рекордном объеме поставок процессоров для мобильных ПК. По прогнозам корпорации Intel, в наступившем году появится более 150 различных моделей ноутбуков на базе новейшей технологии Intel Centrino для мобильных ПК. В число новых моделей войдут как полностью укомплектованные модели с 17-дюймовым экраном, технологией Intel High Definition Audio и поддержкой эффекта «звук вокруг», так и тонкие ПК с низким энергопотреблением и массой менее полутора килограммов. Стоимость новых моделей будет начинаться от 1000 долл.

«Когда два года назад мы впервые представили технологию Intel Centrino для мобильных ПК, мы изменили индустрию мобильных ПК, показав набор технологий, обеспечивающих длительное время автономной работы, удобную беспроводную связь, высочайшую производительность и стильный дизайн, — сказал Мули Иден (Mooly Eden), вице-президент и директор по маркетингу подразделения Intel Mobile Platforms Group. — Новые функции технологии Intel Centrino для мобильных ПК, которые мы представляем сегодня, ориентированы как на массовых потребителей, так и на бизнес-пользователей и призваны поднять ноутбуки на новый, небывалый уровень мобильных вычислений. Технология Intel Centrino для мобильных ПК стала важнейшей составляющей для ноутбуков».

Согласно последним результатам исследований IT-рынка, проведенных компанией IDC, Европа опережает остальной мир по темпам и масштабам внедрения беспроводной связи, и 2005 год станет в этом регионе «годом мобильности». Крупнейшие европейские компании переходят на технологию Intel Centrino для мобильных ПК в целях повышения эффективности своей деятельности.

«Чтобы улучшить обслуживание пассажиров, мы поставили перед собой задачу предоставить пилотам и членам экипажа во время выполнения авиарейсов доступ к полезной информации в реальном времени, — говорит Энди Швайгер (Andy Schweiger), руководитель подразделения Mobile Technologies Competence Center компании Lufthansa Systems. — Решение на базе технологии Intel Centrino для мобильных ПК — важный шаг к воплощению нашей концепции Paperless Plane. Представляемое Intel новое решение обеспечит рекордную производительность мобильных ПК, необходимую для запуска самых ресурсоемких приложений в воздухе. Упрощенные функциональность и управляемость беспроводной сети позволят нашей компании идти в ногу со временем и сохранить свое конкурентное преимущество».

 

Разработка процессоров для мобильных систем принципиально отличается от разработки процессоров для настольных ПК. В последнем случае основной упор делается именно на производительность процессора, а такая характеристика, как энергопотребление, является вторичной. В случае же мобильных процессоров определяющим становится именно их энергопотребление, точнее основная идея, заложенная в дизайн мобильного процессора Intel Pentium M, — необходимость обеспечить максимальную производительность в заданных условиях энергопотребления.

Прежде чем перейти к рассмотрению особенностей микроархитектуры процессора Intel Pentium M, уместно напомнить о принципах функционирования современных процессоров.

Микроархитектура процессора

В основе архитектуры любого процессора лежат несколько обязательных конструктивных элементов: кэш команд и данных, предпроцессор и блоки исполнения команд. В этом смысле процессор Intel Pentium M тоже не является исключением: в нем имеются все обязательные элементы.

Процесс обработки данных состоит из нескольких характерных этапов. Сначала инструкции и данные забираются из кэша, который разделен на кэш данных и кэш инструкций,  — эта процедура называется выборкой. Затем выбранные из кэша инструкции декодируются в понятные для данного процессора примитивы — микроинструкции (mops) (эта процедура называется декодированием). Далее декодированные команды поступают на исполнительные блоки процессора, где и выполняются, а результат записывается в оперативную память.

Процессы выборки инструкций из кэша, их декодирования и продвижения к исполнительным блокам осуществляются в предпроцессоре (front end), а процесс выполнения декодированных команд — в блоке исполнения команд (execution core). Таким образом, даже в самом простейшем случае команда проходит как минимум четыре стадии обработки:

  • выборка из кэша;
  • декодирование;
  • выполнение;
  • запись результатов.

Указанные стадии принято называть конвейером обработки команд (pipeline). В простейшем случае конвейер является четырехступенчатым, и каждую из этих ступеней команда должна проходить ровно за один такт. Для четырехступенчатого конвейера на выполнение одной команды соответственно отводятся ровно четыре такта.

В реальных процессорах конвейер обработки команд может быть более сложным и включать большее количество ступеней. Так, в процессорах Intel Pentium 4 на ядре Northwood длина конвейера составляла 20 ступеней, а в новом процессоре на ядре Prescott она увеличена до 31 ступени. Достоверно известно, что конвейер процессора Intel Pentium M немного длиннее в сравнении с конвейером процессора Intel Pentium III, но короче конвейера процессора Intel Pentium 4. Точная же длина конвейера процессора, как, впрочем, и другие детали архитектуры, компанией Intel не разглашается.

Для выборки команд из кэша L2 и их последующего декодирования в микрооперации отводится несколько начальных ступеней конвейера. Соответственно при выполнении фрагмента программного кода для декодирования команд будет использовано несколько процессорных тактов. Однако во многих современных приложениях один и тот же фрагмент кода может повторяться многократно, и было бы нерационально тратить процессорные такты на повторную выборку, транслирование и декодирование. Выгоднее хранить уже готовые к исполнению микроинструкции в специальном кэше L1, где из них формируются мини-программы, называемые отслеживаниями (Тraces). Мини-программы создаются из инструкций, которые выполняются последовательно (именно поэтому они и называются отслеживаниями). При этом в самом программном коде указанные инструкции могут не следовать друг за другом, то есть реализуется внеочередное выполнение инструкций (Оut-of-Оrder). При попадании в кэш L1 происходит внеочередное выполнение команд; при этом значительно экономятся ресурсы процессора, поскольку по своей сути внеочередное выполнение команд подразумевает устранение первых ступеней конвейера.

 

Кристалл процессора Intel Pentium M

Кристалл процессора Intel Pentium M

Режим работы процессора при внеочередном выполнении команд (то есть в том случае, когда происходит попадание в Trace Cache и используются уже декодированные команды) является естественным для процессора Intel Pentium M.

Чтобы обеспечить высокий процент попаданий в кэш L1 с отслеживаниями (Trace Cache) и построение в нем мини-программ, используется специальный блок предсказания ветвлений (Branch Unit). Этот блок позволяет модифицировать мини-программы, основываясь на спекулятивном предсказании. Так, если в программном коде имеется точка ветвления, то блок предсказаний может предположить дальнейший ход программы вдоль одной из возможных ветвей и с учетом этого спекулятивного предсказания построить мини-программу.

В процессоре Intel Pentium M используется усовершенствованный метод предсказания команд, который включает технологию прогнозирования ветвлений Advanced Branch Prediction и технологию предвыборки данных Enhanced Data Prefetch.

Технология Advanced Branch Prediction обеспечивает увеличение производительности посредством анализа поведения программы в прошлом и прогнозирования будущих операций, то есть процессор изучает прошлое поведение программ и пытается предугадать следующие инструкции.

В процессоре Intel Pentium M реализованы блоки прогнозирования ветвлений трех типов:

  • бимодальный (прогнозирование условных и безусловных переходов);
  • локальный (прогнозирование циклов, завершающихся при определенном значении счетчика);
  • глобальный (прогнозирование ветвлений путем отслеживания хода выполнения программы).

Для сравнения отметим, что процессоры с микроархитектурой P6 содержали только блок локального прогнозирования, а блоки бимодального и глобального прогнозирования появились лишь в микроархитектруре Intel NetBurst.

В результате использования всех блоков прогнозирования ветвлений удается снизить ошибки прогнозирования более чем на 20%.

Технология предвыборки данных подразумевает анализ кэш-памяти L1 и поиск в потоке запросов тех данных, к которым будет происходить обращение. Процессор Intel Pentium M отслеживает два типа потоковых операций:

  • «поток вверх», то есть переход от низших адресов к высшим;
  • «поток вниз», то есть переход от высших адресов к низшим.
  • Процессор Intel Pentium M позволяет отследить одновременно до восьми операций типа «поток вверх» и до четырех операций типа «поток вниз».

Для сравнения отметим, что процессор Intel Pentium III-M отслеживает только операции типа «поток вверх».

На следующих ступенях конвейера, которые называются Allocate & Rename (рис. 1), происходит переименование и распределение дополнительных регистров процессора. Переименование регистров позволяет добиться их бесконфликтного существования.

 

Рис. 1. Структурная схема процессора Intel Pentium M

Рис. 1. Структурная схема процессора Intel Pentium M

Далее на ступенях конвейера происходит планирование и распределение (Schedule) микрокоманд. Планировщик (Scheduler) — это своего рода сердце ядра процессора  — выполняет две основные функции: переупорядочивание микрокоманд и распределение их по функциональным устройствам. Суть переупорядочивания микрокоманд заключается в том, что планировщик определяет, какую из них уже можно выполнять, и в соответствии с их готовностью меняет порядок следования.

На следующих ступенях конвейера реализуется этап диспетчеризации (Dispatch): инструкции попадают на один из портов диспетчеризации (Dispatch Ports), которые выполняют функцию шлюзов к функциональным устройствам.

После того как инструкции пройдут порты диспетчеризации, они загружаются для дальнейшего выполнения в блок регистров. После загрузки инструкций в блок регистров все готово для непосредственного выполнения команд.

Описанная выше структурная схема работы процессора вполне типична. По такой же схеме работают процессор Intel Pentium 4, процессор Intel Pentium III и даже процессоры AMD. Разница здесь заключается в длине конвейера, в количестве исполнительных блоков и в особенностях работы отдельных функциональных блоков.

Так, одной из особенностей работы процессора Intel Pentium M является технология объединения микроопераций (Micro-Op Fusion), которая обеспечивает слияние нескольких микроопераций в одну.

Инструкции, поступающие в процессор, декодируются в микрооперации. Традиционно эти микрооперации обрабатываются по отдельности. Технология объединения микроопераций позволяет объединить инструкции с операндами памяти. При этом микрокоманда выполняется за время максимальной длительности инструкции.

Данная технология способствует увеличению производительности одновременно с ростом эффективности энергопотребления.

Другой особенностью процессора Intel Pentium M является наличие выделенного диспетчера стеков (Dedicated Stack Manager) — совокупности специализированных аппаратных средств отслеживания загрузки системных ресурсов, обеспечивающих бесперебойное выполнение процессором программных команд.

Традиционно управление стеком осуществляется программно с помощью команд PUSH, POP, RET и CALL. Естественно, что операции управления стеком приводят к непроизводительным затратам. В процессоре Intel Pentium M реализована технология аппаратного управления стеком, позволяющая уменьшить число микроопераций более чем на 5%.

Технологии энергосбережения процессора Intel Pentium M

Как уже отмечалось, отличительной особенностью новой микроархитектуры процессора Intel Pentium M является сочетание высокой производительности и низкого энергопотребления и соответственно тепловыделения. Кроме того, процессор Intel Pentium M поддерживает ряд технологий энергосбережения, таких, например, как технология Intel SpeedStep и технология оптимизации энергопотребления процессорной шины.

Технология Intel SpeedStep

Усовершенствованная технология Intel SpeedStep, реализованная в процессоре Intel Pentium M, определяет использование нескольких возможных напряжений питания и частот (в совокупности — рабочих точек), что позволяет достичь лучшего соотношения «напряжение/частота» и более эффективного режима функционирования, при котором производительность согласуется с рабочей нагрузкой.

Крайние рабочие точки процессора задаются аппаратно, а промежуточные точки устанавливаются программно.

Управление переходами между различными рабочими точками выполняется только самим процессором и блоком регулятора напряжения (VRM). Для установки требуемого напряжения процессор Intel Pentium M посылает служебные VID-последовательности непосредственно в VRM-модуль. При этом при осуществлении перехода между рабочими состояниями процессора никакие другие компоненты системы не используются.

Переход между различными рабочими точками процессора, характеризующимися напряжением и частотой, происходит таким образом, чтобы в процессе самого перехода (который не может осуществляться мгновенно) обеспечить работоспособность процессора. Для того чтобы осуществить переход на более высокую тактовую частоту, сначала меняется напряжение процессора до требуемого уровня. Процесс изменения напряжения длится порядка 100 мкс, то есть является достаточно длительным. Чтобы сохранить работоспособность процессора при изменении напряжения, частота процессора остается неизменной. Когда же напряжение изменится и достигнет требуемого уровня, происходит скачкообразное увеличение частоты процессора, которое длится порядка 10 мкс. Если же требуется осуществить переход к меньшей частоте, то первоначально происходит практически мгновенное изменение частоты (в течение 10 мкс), а после этого, уже при неизменной частоте, постепенно снижается напряжение самого процессора (рис. 2).

 

Рис. 2. Переход на более высокую и более низкую частоту

Рис. 2. Переход на более высокую и более низкую частоту

Технология оптимизации энергопотребления процессорной шины

Технология оптимизации энергопотребления процессорной шины предназначена для снижения энергопотребления процессора. Как правило, процессоры сохраняют свою системную шину в рабочем состоянии даже тогда, когда она не используется. При этом значительную долю энергии при использовании шины процессора потребляют усилители считывания, которые применяются на шине данных (64 вывода), стробах данных (8 выводов) и для сигналов инверсии данных (4 вывода). Для оптимизации энергопотребления процессор Intel Pentium M включает усилители считывания только непосредственно при приеме данных и отключает их при отсутствии транзакций данных, что приводит к значительной экономии энергопотреблениях.

Весь комплекс перечисленных новых технологий обеспечивает существенный прирост производительности без снижения времени работы от батареи.

В начало В начало

Набор микросхем Intel 915GM/PM/GML/GMS Express

Естественно, что новый по своей архитектуре процессор требует и нового набора микросхем (чипсета). В первом варианте технологии Intel Centrino (Carmel) это был чипсет серии Intel 855, который изначально существовал в двух вариантах: Intel 855PM и Intel 855GM. Чипсет Intel 855PM предусматривал внешний по отношению к чипсету графический контроллер, а чипсет Intel 855GM имел интегрированную графическую подсистему.

Контроллеры памяти чипсетов Intel 855PM и Intel 855GM поддерживают работу с памятью DDR266/200 с максимальным объемом до 2 Гбайт, а взаимодействие с процессором происходит у них по 400-мегагерцевой шине с пониженным напряжением питания.

Несколько позднее компанией Intel были анонсированы модифицированные варианты наборов микросхем, поддерживающие память DDR333.

В качестве южного моста в чипсетах семейства Intel 855 использовался хаб ввода-вывода ICH4-M, обеспечивавший стандартные функции: шесть портов USB 2.0, AC’97 v. 2.3, два канала ATA66/100 IDE, а также PCI-шина с частотой 33 МГц.

В новом наборе микросхем используется мобильная версия чипсета семейства Intel 915 Express, являющаяся неотъемлемой частью технологии Sonoma и известная под кодовым названием Alviso (рис. 3-6).

Всего существует четыре варианта мобильных чипсетов: i915PM Express, i915GM Express, i915GML Express и i915GMS Express (табл. 2), которые отличаются друг от друга поддержкой интегрированного графического ядра и шины PCI Express x16, поддерживаемыми типами процессоров и памяти, а также поддерживаемой частотой системной шины.

 

Таблица 2. Технические характеристики мобильных чипсетов семейства Intel 915M

Таблица 2. Технические характеристики мобильных чипсетов семейства Intel 915M

Мобильные варианты чипсетов семейства Intel 915 Express в плане функциональных возможностей во многом схожи со своими десктопными собратьями — чипсетами семейства Intel 915 Express. Впрочем, различий между мобильным и десктопным вариантами чипсетов также немало. Основное отличие мобильного варианта чипсета от десктопного заключается в оптимизации энергопотребления.

Чипсет i915PM Express (рис. 3) не имеет интегрированного в северный мост графического контроллера и ориентирован на ноутбуки с внешним (по отношению к чипсету) мобильным графическим контроллером с интерфейсом PCI Express x16. Этот чипсет поддерживает все типы процессоров Intel Pentium M и Intel Celeron M c частотой FSB 533 и 400 МГц, а также двуканальную память DDR2-533/400 и память DDR333.

 

Рис. 3. Структурная схема набора микросхем: i915PM

Рис. 3. Структурная схема набора микросхем: i915PM

Чипсет i915GM Express (рис. 4) обладает всеми возможностями чипсета i915PM Express, но вдобавок к этому имеет интегрированный в северный мост графический контроллер, однако, как и чипсет i915PM Express, допускает возможность использования внешнего по отношению к чипсету графического контроллера.

 

Рис. 4. Структурная схема набора микросхем: i915GP

Рис. 4. Структурная схема набора микросхем: i915GP

Чипсет i915GMS Express (рис. 5) также имеет интегрированный в северный мост графический контроллер, но, в отличие от чипсета i915GM, не поддерживает использование внешнего графического контроллера. Кроме того, поддерживаемая частота FSB в данном случае составляет 400 МГц, что ведет к ограничениям в плане поддерживаемых процессоров и типов памяти. Так, чипсет i915GMS Express поддерживает только процессоры с пониженным (LV) и сверхнизким (ULV) энергопотреблением (для которых частота FSB составляет 400 МГц) и только память DDR2-400.

 

Рис. 5. Структурная схема набора микросхем: i915GMS

Рис. 5. Структурная схема набора микросхем: i915GMS

Чипсет i915GML Express (рис. 6) также имеет интегрированный в северный мост графический контроллер и, подобно чипсету i915GMS Express, поддерживает только частоту FSB 400 МГц. Разница между чипсетами i915GML и i915GMS Express заключается в том, что чипсет i915GML Express ориентирован исключительно на процессор Intel Celeron M и обеспечивает работу памяти DDR2-400 в одноканальном режиме. Кроме того, данный чипсет поддерживает использование внешнего графического контроллера с интерфейсом PCI Express x16.

 

Рис. 6. Структурная схема набора микросхем: i915GML

Рис. 6. Структурная схема набора микросхем: i915GML

Основным отличием нового набора микросхем бесспорно является поддержка нового типа памяти DDR2-533 и новой шины PCI Express. Естественно, это не единственные новшества, реализованные в новом чипсете. Так, если сравнивать его с предыдущим поколением чипсетов (Intel 855), то можно заметить 33% увеличение частоты FSB: теперь она составляет 533 МГц — против прежних 400 МГц. В результате возросла и пропускная способность процессорной QPB-шины, которая теперь составляет 4,2 Гбайт/с (напомним, что QPB-шина связывает по 64-битному интерфейсу процессор с северным мостом чипсета).

Контроллер памяти (MCH) нового чипсета является двухканальным и поддерживает только новую память DDR2-533/400. При использовании памяти DDR2-533 в двухканальном режиме максимальная пропускная способность шины памяти составляет 8,6 Гбайт/с.

Всего же, в соответствии со спецификацией, контроллер памяти поддерживает до 2 Гбайт памяти и два DIMM-слота (по одному на каждый канал).

Технология Intel Flex Memory позволяет работать с памятью как в одноканальном, так и в двухканальном режиме. Для реализации двухканального режима работы необходимо только, чтобы в обоих каналах был установлен одинаковый объем памяти. Если же в каналах устанавливается различный объем памяти (асимметричный режим) или используется только один канал памяти, то контроллер будет работать с памятью в одноканальном режиме.

Конечно, сегодня нельзя говорить о том, что память DDR2-533 имеет серьезные преимущества перед памятью DDR400. И уж тем более у памяти DDR2-400 нет абсолютно никаких преимуществ перед памятью DDR400. Действительно, как показывают тесты, прирост производительности при использовании памяти DDR2-533, в сравнении с памятью DDR400, составляет единицы процентов. В этом смысле новая память DDR2-533/400  — это своего рода фундамент для дальнейшего развития этого вида памяти.

Другой особенностью северного моста мобильного чипсета является поддержка новой шины PCI Express x16 для внешней графической карты нового поколения. В сравнении с шиной AGP 4x, обеспечивающей общую пропускную способность 1 Гбайт/с, пропускная способность новой шины PCI Express x16 — 8 Гбайт/с, то есть в восемь раз больше. Кроме того, в шине AGP 4x каналы для чтения и записи данных используются совместно и шина оптимизирована для одиночных операций. В шине PCI Express x16 применяются выделенные каналы для чтения и записи, то есть шина оптимизирована для одновременных операций чтения/записи. В результате шина PCI Express x16 допускает высокопроизводительный вывод нескольких потоков видео и графики. Конечно, особенно обольщаться на счет этой шины пока не стоит. Дело в том, что сама по себе шина PCI Express x16 — это лишь потенциал для будущих решений. Именно для будущих, поскольку в настоящее время высокопроизводительных мобильных видеокарт для шины PCI Express x16 просто не существует.

Северный мост чипсетов Intel 915GM/GML/GMS имеет, как уже отмечалось, встроенный графический контроллер Graphics Media Accelerator 900 (Intel Extreme Graphics 3). Новое графическое ядро обладает рядом серьезных преимуществ перед решениями предыдущих поколений.

Однако подчеркнем, что Intel GMA 900 является графическим чипом DirectX 9.0, который не поддерживает все функции DirectX 9.0 аппаратно. Графическое ядро ускоряет только пиксельные программы, в то время как вершинные программы остаются исключительно в ведении системного процессора. Как и предшествующее графическое ядро Intel Extreme Graphics 2, новое ядро использует для своей работы часть системной памяти, причем максимальный объем графической памяти можно задать в настройках BIOS.

Как и в случае всех интегрированных графических решений, использование системной памяти в качестве графической очень негативно сказывается на 3D-производительности, поскольку ее пропускная способность далека от выделенной памяти современных графических карт. Встроенные графические решения с трудом подбираются к производительности дешевых карт начального уровня.

Северный мост чипсета Intel 915 связан по высокоскоростному интерфейсу DMI с концентратором ввода-вывода (южный мост) ICH6-M. Всего существует два типа южного моста: ICH6-M и ICH6W-M.

Новая версия южного моста имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с предыдущей версией ICH4-M — прежде всего следующих:

  • новый 8-канальный звук Intel High Definition Audio (Intel HD Audio);
  • восемь портов USB 2.0;
  • шина PCI Express x1;
  • шина PCI;
  • два SATA-канала;
  • один PATA-канал;
  • технология Intel Wireless Connect;
  • сетевой гигабитный интерфейс Intel GbE.

Начнем с нового 8-канального звука Intel HD Audio. Это решение, известное также под кодовым названием Azalia, является совместной разработкой компаний Dolby Laboratories и Intel. Даже краткий обзор его возможностей свидетельствует, что перед нами высококачественная звуковая карта. Действительно, новое решение поддерживает 8-канальный звук (формат 7.1) и обеспечивает 24-разрядное кодирование при 192-кГц частоте дискретизации, что гарантирует высокое качество звучания. До сих пор такие кодеки можно было встретить только на дорогих звуковых картах. Кроме того, Intel HD Audio поддерживает все новые аудиоформаты: Dolby, DTS, DVD-Audio.

Результаты сравнения возможностей нового звукового решения с AC’97 отображены в табл. 3.

 

Таблица 3. Сравнение AC’97 и Intel HD Audio

Таблица 3. Сравнение AC’97 и Intel HD Audio

Конечно, наличие высококачественной звуковой карты в ноутбуке может показаться весьма экзотическим, а потому и не востребованным решением. Собственно говоря, вовсе не очевидно, что производители ноутбуков намерены разводить все восемь аудиоканалов. Однако сама возможность использования ноутбука в стационарном режиме с восемью колонками формата 7.1 превращает его в своего рода домашний театр.

Следующей важной особенностью нового южного моста ICH6-M является поддержка шины PCI Express x1. По сравнению с традиционной шиной PCI (32 бит/33 МГц), имеющей пропускную способность 132 Мбайт/с, последовательная шина PCI Express x1 обеспечивает пропускную способность до 500 Мбайт/с. Кроме того, она поддерживает двусторонний трафик и имеет меньшие задержки.

Сам чипсет Intel 915 Express поддерживает до четырех слотов PCI Express x1 (всего имеется 20 линий PCI Express, 16 из которых задействованы для шины PCI Express x16).

Южный мост ICH6-M имеет встроенный двуканальный SATA-контроллер. Появившиеся жесткие диски и оптические приводы с SATA-интерфейсом, скорее всего, будут задействовать эти SATA-каналы, однако в настоящее время в большинстве ноутбуков (в том числе и на платформе Sonoma) оптические приводы и жесткие диски используют PATA-канал).

Как уже отмечалось, в мобильном наборе микросхем Intel 915 Express используются разнообразные средства оптимизации энергопотребления. И именно они принципиально отличают мобильный чипсет от его десктопного собрата. Собственно, все средства энергосбережения, которые были реализованы в семействе мобильных чипсетов Intel 855, реализованы и в мобильных чипсетах Intel 915 Express, но в улучшенном варианте. Кроме того, к ним добавились и новые технологии энергосбережения, к каковым относятся:

  • сниженное напряжение Vcc ядра процессора;
  • управление питанием памяти;
  • управление питанием блока ввода-вывода;
  • управление блоком FSB I/O;
  • поддержка технологии DDR Read Throttling с помощью внешнего датчика температуры;
  • управление вводом-выводом DDR I/O;
  • сокращение питания в C3.

Управление питанием памяти DDR2 подразумевает отключение питания при любой возможности и использование оптимизированного метода управления страницами, при котором количество одновременно открытых страниц (что само по себе вызывает рост энергопотребления) сводится к минимуму.

Управление питанием блока ввода-вывода заключается в использовании сигналов управления с тремя дискретными состояниями, неполный запуск сигналов управления (во время циклов ожидания), а также сокращение числа переключений линий управления.

Управление блоком FSB I/O заключается в уменьшении напряжения Vccp (перепад PSB) и в аппаратном строббировании для отключения.

Сокращение питания в C3 подразумевает возможность отключения интерфейса концентратора и Host PLL.

Из новых технологий можно отметить поддержку технологии Intel Display Power Saving Technology 2.0. Данная технология позволяет динамически регулировать яркость ЖК-экрана в зависимости от условий внешнего освещения.

Как уже отмечалось, одним из составных компонентов новой технологии Sonoma является модуль беспроводной связи Intel PRO/Wireless 2915ABG, известный под кодовым названием Calexico 2. Этот модуль интегрируется на PCI-шине (вставляется в разъем Mini PCI) и позволяет работать по стандарту IEEE 802.11a/b/g.

Модуль Calexico 2 поставляется совместно с программным обеспечением Intel PROSet Wireless Software 9.0, что оптимизирует управление сетевыми соединениями, то есть позволяет настраивать неограниченное число профилей для связи с различными сетями WLAN. Также поддерживается автоматическая WLAN-коммутация между проводными и беспроводными сетями. Кроме того, в беспроводном модуле поддерживается технология Intel Wireless Coexistence System, обеспечивающая ограниченную совместимость между устройствами сетей 802.11b и Bluetooth.

Новый модуль беспроводной связи Intel PRO/Wireless 2915ABG поддерживает отраслевой стандарт шифрования IEEE 802.11i для беспроводных сетей. Опциональное программное обеспечение Intel PROSet Wireless Software наряду с этим предусматривает поддержку протокола Cisco Compatible Extensions.

С целью увеличения продолжительности времени работы от батареи модуль беспроводной связи поддерживает энергосберегающий протокол PSP. Это позволяет использовать несколько различных параметров мощности и выбирать наиболее эффективный режим использования батареи.

Другим нововведением, реализованным в беспроводном модуле, стали разнесенные антенны. Такой подход позволяет в реальном времени оптимизировать эффективность подключения к сети WLAN.

 

Модуль беспроводной связи

Модуль беспроводной связи

Ну и последнее, на что хотелось бы обратить внимание, — реализация регулируемого сканирования. Беспроводной модуль позволяет управлять частотой сканирования точек доступа, что уменьшает потребляемую мощность и соответственно продлевает время автономной работы от батареи.

В начало В начало

Заглядывая в будущее

Итак, вслед за удачным дебютом мобильной технологии Intel Centrino в варианте Carmel пришло время новой реализации этой технологии в варианте Sonoma. Остается надеяться, что платформы на базе технологии Sonoma окажутся не менее востребованными на рынке и более производительными в сравнении с платформами на базе технологии Carmel.

Уже сейчас компанией Intel определены планы по дальнейшему развитию мобильной технологии Intel Centrino. Вслед за платформой Sonoma появится платформа Napa, которая будет включать двухъядерный мобильный процессор Yohan, изготовляемый по 65-нанометровому технологическому процессу, чипсет Calistoga с графическим ядром нового поколения и модуль беспроводной связи нового поколения Golan.

КомпьютерПресс 2'2005

Наш канал на Youtube

1999 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2002 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2003 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2004 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2006 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2008 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2009 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2010 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2013 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Популярные статьи
КомпьютерПресс использует