NetBurst (микроархитектура) - NetBurst (microarchitecture)

NetBurst
Главная Информация
Запущен20 ноября 2000 г.; 20 лет спустя (20 ноября 2000 г.)
Спектакль
Максимум. ЦПУ тактовая частотаОт 267 МГц до 3,73 ГГц
ФСБ скоростиОт 400 МТ / с до 1066 МТ / с
Кеш
L1 тайникОт 8 КБ до 16 КБ на ядро
Кэш L2От 128 КБ до 2048 КБ
От 256 КБ до 2048 КБ (Xeon)
Кэш L3От 4 МБ до 16 МБ совместно
Архитектура и классификация
АрхитектураNetBurst x86
инструкцииMMX
Расширения
Физические характеристики
Транзисторы
Ядра
  • 1-2 (2-4)
  • 2-6 (2-6) (Xeon)
Розетки)
Продукты, модели, варианты
Модель (ы)
  • Celeron серии
  • Celeron серии D
  • Pentium 4 серии
  • Pentium D серии
  • Xeon серии
История
ПредшественникP6
ПреемникIntel Core
P7 Itanium (IA-64 )

В Микроархитектура NetBurst,[1][2] называется P68 внутри Intel, был преемником Микроархитектура P6 в x86 семья центральные процессоры (CPU) производства Intel. Первым процессором, использующим эту архитектуру, был Pentium 4 с ядром Willamette, выпущенный 20 ноября 2000 г. и первым из Pentium 4 Процессоры; все последующие Pentium 4 и Pentium D варианты также были основаны на NetBurst. В середине 2004 г. Intel выпустила Фостер ядро, которое также было основано на NetBurst, таким образом переключая Xeon ЦП тоже под новую архитектуру. Pentium 4 на базе Celeron ЦП также используют архитектуру NetBurst.

NetBurst был заменен на Основная микроархитектура основан на P6, выпущенном в июле 2006 года.

Технологии

Микроархитектура NetBurst включает в себя такие функции, как Hyper Threading, Гипер конвейерная технология, Механизм быстрого выполнения, Кэш трассировки выполнения, и система воспроизведения которые все были представлены впервые в этой конкретной микроархитектуре, а некоторые больше никогда не появлялись впоследствии.

Hyper Threading

Основная статья: Hyper Threading

Гиперпоточность является собственностью Intel. одновременная многопоточность (SMT) реализация, используемая для улучшения распараллеливания вычислений (выполнения нескольких задач одновременно), выполняемых на микропроцессорах x86. Intel представила его с процессорами NetBurst в 2002 году. Позже Intel повторно представила его с Микроархитектура Nehalem после его отсутствия в Core 2.

Фронтальный автобус с четырьмя насосами

«Northwood» и «Willamette» имеют внешнюю шину Front-Side, которая работает на частоте 100 МГц и имеет ширину 64 бита, но также имеет четырехкратную прокачку, что обеспечивает пропускную способность памяти 3,2 ГБ / с. Чипсет Intel "Northwood" i850 с двухканальной RD-RAM может обеспечить пропускную способность памяти 3,2 ГБ / с. "Presler" имеет фронтальную шину 800 МГц, ширину 64 бита, способную передавать 6,4 ГБ / с, с памятью DDR2 800 МГц.

Гипер конвейерная технология

Так называется 20-ступенчатая конвейер команд внутри ядра Willamette. Это значительное увеличение количества ступеней по сравнению с Pentium III, у которого в конвейере было всего 10 ступеней. Ядро Prescott имеет 31-этапный конвейер (некоторые этапы просто перемещают данные по ЦП). Хотя более глубокий конвейер имеет повышенный штраф за неправильное предсказание переходов, большее количество этапов в конвейере позволяет ЦП иметь более высокие тактовые частоты, что, как считалось, компенсирует любые потери в производительности. Меньший инструкции в час (IPC) является косвенным следствием глубины трубопровода - это вопрос компромисса при проектировании (небольшое количество длинных конвейеров имеет меньший IPC, чем большее количество коротких конвейеров). Еще одним недостатком наличия большего количества стадий в конвейере является увеличение количества стадий, которые необходимо отследить в том случае, если предсказатель ветвления делает ошибку, увеличивая штраф, уплаченный за неверный прогноз. Чтобы решить эту проблему, Intel разработала Rapid Execution Engine и много вложила в свою технологию прогнозирования переходов, которая, по утверждению Intel, сокращает неверные предсказания ветвей на 33% больше Pentium III.[3]

Механизм быстрого выполнения

Благодаря этой технологии два арифметико-логические устройства (ALU) в ядре ЦП работают с двойной подкачкой, что означает, что они фактически работают с удвоенной тактовой частотой ядра. Например, в процессоре с частотой 3,8 ГГц ALU эффективно работают на частоте 7,6 ГГц. Причина этого в том, чтобы обычно компенсировать низкое количество IPC; кроме того, это значительно увеличивает целочисленную производительность процессора. Intel также заменила высокоскоростной баррель шифтер с исполнительным блоком сдвига / поворота, который работает на той же частоте, что и ядро ​​ЦП. Обратной стороной является то, что некоторые инструкции теперь намного медленнее (относительно и абсолютно), чем раньше, что затрудняет оптимизацию для нескольких целевых процессоров. Примером могут служить операции сдвига и поворота, которые страдают от отсутствия механизма сдвига, который присутствовал на каждом процессоре x86, начиная с i386, включая основной процессор конкурента, Athlon.

Кэш трассировки выполнения

Основная статья: Кеш трассировки

Intel включила в кэш L1 ЦП свой кэш трассировки выполнения. Он хранит декодированные микрооперации, так что при выполнении новой инструкции, вместо повторной выборки и декодирования инструкции, ЦП напрямую обращается к декодированным микрооперациям из кэша трассировки, тем самым значительно экономя время. Более того, микрооперации кэшируются в соответствии с их прогнозируемым путем выполнения, что означает, что, когда ЦП выбирает инструкции из кеша, они уже присутствуют в правильном порядке выполнения. Позже Intel представила аналогичную, но более простую концепцию с Песчаный Мост называется кэш микроопераций (Кеш UOP).[4]

Система воспроизведения

Основная статья: Система воспроизведения

Система воспроизведения - это подсистема в процессоре Intel Pentium 4 для перехвата операций, которые были ошибочно отправлены для выполнения планировщиком процессора. Операции, обнаруженные системой воспроизведения, затем повторно выполняются в цикле до тех пор, пока не будут выполнены условия, необходимые для их правильного выполнения.

Подсказки предсказания ветвления

Архитектура Intel NetBurst позволяет предсказание ветвления подсказки, которые необходимо вставить в код, чтобы определить, следует ли выполнять статическое прогнозирование или нет, тогда как эта функция была оставлена ​​в более поздних процессорах Intel. По данным Intel, алгоритм прогнозирования ветвлений NetBurst на 33% лучше, чем в P6.[5][6]

Проблемы с масштабированием

Несмотря на эти улучшения, архитектура NetBurst создала препятствия для инженеров, пытающихся повысить ее производительность. С помощью этой микроархитектуры Intel стремилась достичь тактовой частоты 10 ГГц,[7] но из-за увеличения тактовой частоты Intel столкнулась с возрастающими проблемами с удержанием рассеиваемой мощности в допустимых пределах. Intel достигла скоростного барьера 3,8 ГГц в ноябре 2004 года, но столкнулась с проблемами при попытке достичь даже этого. Intel отказалась от NetBurst в 2006 году после того, как проблемы с перегревом достигли уровня серьезности, а затем развились. Основная микроархитектура, вдохновленный ядром P6 Core Pentium Pro к Туалатин Pentium III -S и прямо Pentium M.

Редакции

Основная статья: Pentium 4
РедакцияБренд (ы) процессораЭтапы трубопровода
Вилламетт (180 нм)Celeron, Pentium 420
Нортвуд (130 морских миль)Celeron, Pentium 4, Pentium 4 HT20
Галлатин (130 нм)Pentium 4 HT Extreme Edition, Xeon20
Прескотт (90 нм)Celeron D, Pentium 4, Pentium 4 HT,
Pentium 4 Extreme Edition		31
Кедровая мельница (65 нм)Celeron D, Pentium 431
Смитфилд (90 нм)Pentium D31
Преслер (65 нм)Pentium D31

Intel заменила оригинал Willamette ядро с переработанной версией микроархитектуры NetBurst под названием Northwood в январе 2002 года. Northwood дизайн сочетал в себе увеличенный размер кэша, меньший производственный процесс 130 нм и Hyper Threading (хотя изначально во всех моделях, кроме модели 3,06 ГГц, эта функция была отключена) для создания более современной и высокопроизводительной версии микроархитектуры NetBurst.

В феврале 2004 г. Intel представила Прескотт, более радикальный пересмотр микроархитектуры. В Прескотт Ядро было произведено по 90-нм техпроцессу и включало несколько серьезных изменений конструкции, включая добавление еще большего размера кеш-памяти (от 512 КБ в Northwood до 1 МБ и 2 МБ в Prescott 2M), гораздо глубже конвейер команд (31 этап против 20 в Northwood), сильно улучшенный предсказатель ветвления, введение SSE3 инструкции, а затем реализация Intel 64, брендинг Intel для их совместимой реализации x86-64 64-битная версия x86 микроархитектура (как и при гиперпоточности, все Прескотт чипы Pentium 4 HT имеют оборудование для поддержки этой функции, но изначально она была включена только на high-end Xeon процессоры, прежде чем они были официально представлены в процессорах с Pentium торговая марка). Потребление энергии и рассеивание тепла также стали серьезными проблемами с Прескотт, которые быстро стали самыми быстрыми и энергоемкими среди одноядерных процессоров Intel x86 и x86-64. Проблемы с питанием и перегревом помешали Intel выпустить Prescott с тактовой частотой выше 3,8 ГГц вместе с мобильной версией ядра с тактовой частотой выше 3,46 ГГц.

Intel также выпустила двухъядерный процессор на базе микроархитектуры NetBurst под маркой Pentium D. Первое ядро ​​Pentium D получило кодовое название Smithfield, который на самом деле представляет собой два ядра Prescott в одном кристалле, а позже Presler, состоящий из двух Кедровая мельница сердечники на двух отдельных плашках (Кедровая мельница усадка 65 нм Прескотт).

Дорожная карта


Преемник

У Intel были преемники на базе Netburst в разработке под названием Теджас и Джейхок от 40 до 50 этапов конвейера, но в конечном итоге решили заменить NetBurst на Основная микроархитектура,[8][9] выпущен в июле 2006 г .; эти преемники были напрямую заимствованы из 1995 г. Pentium Pro (Микроархитектура P6 ). 8 августа 2008 г. закончился выпуск процессоров на базе Intel NetBurst.[10] Причиной отказа от NetBurst стали серьезные проблемы с нагревом, вызванные высокими тактовыми частотами. В то время как некоторые процессоры на базе Core и Nehalem имеют более высокую TDP, большинство процессоров являются многоядерными, поэтому каждое ядро ​​выделяет часть максимального TDP, а одноядерные процессоры на базе ядра с максимальной тактовой частотой выделяют максимум 27 Вт тепла. Процессоры Pentium 4 (одноядерные) для настольных ПК с самой быстрой тактовой частотой имели TDP 115 Вт по сравнению с 88 Вт для мобильных версий с самой быстрой тактовой частотой. Хотя с введением новых степпингов TDP для некоторых моделей в конечном итоге был снижен.

Микроархитектура Nehalem, преемница микроархитектуры Core, на самом деле должна была быть развитием NetBurst в соответствии с дорожными картами Intel, датируемыми 2000 годом. Но из-за отказа от NetBurst Nehalem теперь представляет собой совершенно другой проект, но имеет некоторое сходство с NetBurst. Nehalem заново реализует технологию Hyper-Threading, впервые представленную в 3,06 ГГц. Northwood ядро Pentium 4. Nehalem также реализует кэш L3 в процессорах на его основе. Для реализации процессора потребителя кэш L3 был впервые использован в Галлатин ядро Pentium 4 Extreme Edition, но его странным образом не хватало Прескотт 2М ядро того же бренда.

Чипы на основе NetBurst

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ https://pdfs.semanticscholar.org/presentation/cfcc/9d5a7480c4ea87e77084386d74aaff9a1ee1.pdf
  2. ^ «X-bit labs - Версия для печати». web.archive.org. 6 марта 2016 г.
  3. ^ «Блок прогнозирования ветвлений кэша трассировки: новый процессор Intel Pentium 4». Томсаппаратное обеспечение. 20 ноября 2000 г.. Получено 2 января, 2012.
  4. ^ «Блок прогнозирования ветвлений кэша трассировки - новый процессор Intel Pentium 4».
  5. ^ Туман, Агнер (1 декабря 2016 г.). «Микроархитектура процессоров Intel, AMD и VIA» (PDF). п. 36. Получено 22 марта, 2017.
  6. ^ "www.ece.uah.edu" (PDF).
  7. ^ Шимпи, Ананд Лал. «Будущее производственных процессов Intel». Получено 4 апреля, 2018.
  8. ^ «Intel говорит Adios чипам Tejas и Jayhawk». Реестр.
  9. ^ Гудвинз, Руперт. «Intel отменяет Tejas и Jayhawk». ZDNet. Получено 21 августа, 2019.
  10. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал 17 октября 2015 г.. Получено 29 ноября, 2015.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)

внешние ссылки