• Помощь
• Помощь в выборе товара

Intel Sandy Bridge

Функциональные возможности компьютера зависят от слаженной и эффективной работы всех его компонентов. Причем главную роль в таком своеобразном оркестре играет центральный процессор (ЦП). Именно он выполняет команды системных и прикладных программ. От скорости их обработки, определяющей производительность ЦП, в значительной степени зависят возможности всей системы.

Долгое время производительность ЦП наращивалась исключительно за счет роста тактовой частоты его полупроводникового ядра. Однако это не могло продолжаться бесконечно из-за повышения энергопотребления и теплообразования. Вот почему дальнейшее наращивание производительности стали выполнять в основном за счет увеличения числа ядер, а также совершенствования их внутренней микроархитектуры и полупроводниковых технологий. Именно такой путь избрали все производители, включая компанию Intel.

Intel использует стратегию развития полупроводниковых технологий и процессорных микроархитектур под названием Tick-Tock. Она предусматривает поэтапное внедрение нового техпроцесса, а затем и новой архитектуры.
Перед запуском в массовое производство каждая микроархитектура отрабатывается на текущем техпроцессе, а потом уже новый техпроцесс отлаживается на зрелой микроархитектуре процессорных ядер.

В соответствии с этой стратегией в 2006 году были представлены процессоры микроархитектурой Core. На ее основе изготовлены линейки процессоров Merom, созданных по технологии 65 нм, и Penryn — по 45 нм.
В дальнейшем по микроархитектуре с кодовым именем Nehalem были выпущены линейки Nehalem (45 нм) и Westmere (32 нм).
Первая представлена моделями для настольных ПК с кодовыми наименованиями Bloomfield (45 нм, до 4 ядер и до 8 потоков, встроенный контроллер трех каналов памяти DDR3, разъем LGA1366) и Lynnfield (45 нм, до 4 ядер и до 8 потоков, встроенные контроллер двух каналов памяти DDR3 и видеоконтроллер PCI Express 2.0 конфигураций 1×16 или 2×8, шина DMI, разъем LGA1156).
Вторая — Westmere — это модели, получившие в дополнение к встроенному контроллеру памяти интегрированную графику, что означает перенос функций северного моста чипсета непосредственно в процессор.
Линейка включает модели с кодовым именем Clarkdale (32 нм, до 2 ядер и до 4 потоков, встроенные контроллер двух каналов памяти DDR3 и видеоконтроллер PCI Express 2.0 конфигураций 1×16 или 2×8, встроенные графические средства, шина DMI, разъем LGA1156), а также семейство Gulftown (32 нм, шестиядерные 12-поточные, для разъема LGA1366 с контроллером на три канала памяти DDR3.

Процессоры, созданные на основе указанных разработок, вышли на рынок под именами Intel® Core™ i7, Intel® Core™ i5, Intel® Core™ i3, а также Intel® Pentium™ и Intel® Celeron™ и подтвердили свои высокие показатели производительности и энергоэффективности.
Несмотря на совершенство моделей, конструкторы понимали, что внутренняя архитектура их ядер уже практически исчерпала ресурс дальнейшего роста производительности. В результате Intel решила существенно модифицировать архитектуру процессорных ядер и на основе проделанной работы выпустить новые ЦП.

Было объявлено 29 моделей под кодовым именем Sandy Bridge, из которых 14 процессоров предназначены для настольных компьютеров и 15 — для мобильных ПК, и их количество будет расти .
Все они являются «наследниками» Westmere, оснащены 2/4 процессорными ядрами, а также встроенными графикой и контроллерами памяти. В названиях моделей сохранились привычные наименования Core i7/i5/i3, но дополненные соответствующими цифро-буквенными символами.
Новые процессоры получили цифру 2 в цифровом индексе. Обычно настольные варианты лишены буквенного суффикса. Тем не менее в ряде случаев он присутствует: К указывает на разблокированный множитель, S — энергоэкономичные модели, T — еще более энергоэкономичные модели. Суффикс М — мобильная модель; QМ обозначает, что в данной мобильной модели 4 вычислительных ядра, XМ — экстремальная (Extreme Edition) мобильная модель, у которой в ущерб тепловыделению достигаются максимальные уровни производительности.
В новых процессорах, выполненных на основе новой микроархитектуры, по-прежнему по 32 Кбайт кэша инструкций и данных первого уровня (L1) вместе с 256 Кбайт кэша второго уровня (L2) у каждого ядра, но Sandy Bridge включает теперь и кэш инструкций нулевого уровня (L0), содержащий до 1500 декодированных микроопераций. И если декодер обнаруживает во входном потоке команд находящиеся в кэше уже перетранслированные ранее инструкции, он сразу заменяет их внутренними микрокомандами без нового декодирования. Наличие кэша результатов декодирования позволяет существенно разгрузить декодер — достаточно энергоемкую часть процессора. В результате можно сэкономить энергию и повысить пропускную способность.

Еще одно важное усовершенствование — улучшение блока предсказания ветвлений. Это важно, поскольку неправильное прогнозирование ветвления приводит к остановке и полному сбросу конвейера. В результате ошибки предсказателя влекут за собой не только снижение производительности, но и дополнительные затраты энергии для повторного заполнения конвейера. Количество правильно прогнозируемых ветвлений в Sandy Bridge выросло по сравнению с предшественником более чем на 5%.
Изменения коснулись и блока переупорядочивания инструкций — одного из важнейших узлов современных процессоров. Итогом усовершенствований стала не только ликвидация лишних пересылок данных, но и устранение многократных дублирований содержимого регистров. Это значительно увеличило скорость обработки информации.

Для повышения производительности был расширен и набор команд. Процессоры, созданные на основе новой микроархитектуры, являются первыми решениями с поддержкой улучшенных векторных вычислений Intel® Advanced Vector Extension (Intel® AVX) — 256-битного набора инструкций к SSE.
Intel® AVX будут полезны для реализации целого ряда мультимедийных, финансовых или научных алгоритмов. Принципиальное отличие новой разработки от предыдущих наборов векторных инструкций семейства SSE заключается в увеличении разрядности операндов со 128 до 256 бит, так что для многих задач они дадут возможность обрабатывать большие объемы данных с меньшими затратами.

С целью дальнейшего повышения производительности модернизирована и технология Intel® Turbo Boost.
Как и в предыдущих разработках, в случае загрузки не всех процессорных ядер она обеспечивает автоматическое увеличение тактовой частоты работы тех из них, которые остаются активными. Однако если раньше это осуществлялось в пределах максимального энергопотребления, задаваемого параметром TDP, то новый вариант технологии, Intel® Turbo Boost 2.0, предусматривает кратковременное превышение установленного предела.
Дело в том, что на практике процессор разогревается не сразу, и чтобы из состояния покоя дойти до ограничения теплового уровня, ему потребуется некоторое время. Преимущество новой реализации заключается в том, что управление тактовыми частотами стало более интеллектуальным, с ориентацией на реальные температуры процессорных узлов, а не только на их энергопотребление. А значит, если процессор работает в благоприятных температурных условиях, его энергопотреблению разрешается выходить за границу, задаваемую параметром TDP, связанным с микроархитектурными и конструктивными особенностями процессоров. В некоторых случаях частота может повышаться на 40% от штатной.

И конечно, еще одним способом увеличения производительности является для ряда моделей поддержка технологии Intel® Hyper-Threading. Ее применение позволяет удвоить число одновременно обрабатываемых потоков, что в большинстве случаев воспринимается операционной системой как удвоение числа ядер с соответствующим увеличением производительности. Таким образом, у четырехъядерных ЦП с Intel® Hyper-Threading информация обрабатывается восемью потоками.

Оценивая особенности процессора Sandy Bridge, следует отметить, что в отличие от моделей Clarksdale, созданных в рамках семейства Westmere, все узлы реализованы на едином полупроводниковом кристалле. Для соединения вычислительных ядер и L3-кэша была использована специальная разработка — кольцевая шина, которая позволила существенно сократить количество внутрипроцессорных соединений, необходимых для маршрутизации сигналов.

Соответствующие изменения коснулись и встроенных видеосредств. В моделях Sandy Bridge они представлены двумя версиями графического ядра: Intel® HD Graphics 3000 и HD Graphics 2000. У первого насчитывается 12 исполнительных блоков, у второго — 6.
Как и у предшественников, в новинках предусмотрено аппаратное ускорение для декодирования MPEG, VC-1 и AVC, однако этот процесс теперь осуществляется намного быстрее. В процессорах Sandy Bridge есть отдельный блок, занимающийся кодированием/декодированием видео. Здесь необходимо отметить, что использование аппаратного ускорения с точки зрения энергоэффективности гораздо выгоднее по сравнению с программными методами, да и производительность, как правило, значительно выше.
Из 14 новых процессоров для настольных решений только три оснащены графическим ядром Intel® HD Graphics 3000. Остальные 12 моделей — получили Intel® HD Graphics 2000.
Все десктопные модели Sandy Bridge обладают одинаковой базовой частотой графических ядер (850 МГц). Благодаря технологии Intel® Turbo Boost 2.0, реализованной и для встроенных графических средств, в процессе их функционирования величина рабочей частоты изменяется. Причем у старших ЦП (2600 и 2600K) она может достигать 1350 МГц против 1100 МГц у остальных. На результате также будет сказываться мощность вычислительных ядер ЦП и объем кэш-памяти. Здесь следует отметить, что одной из особенностей новой графики является прямой доступ к контроллеру памяти и совместное с вычислительными ядрами использование кэш-памяти третьего уровня. Все это реализовано благодаря кольцевой шине.
Все 15 мобильных новых процессоров снабжены Intel® HD Graphics 3000. Некоторые работают на частоте графических ядер 1300 МГц, другие — 1100 МГц, еще два — 950 МГц. Окончательные спецификации зависят от теплового пакета TDP.

Важное изменение произошло и в части поддерживаемых дисплейных интерфейсов. Графическое ядро новых процессоров получит возможность использования HDMI версии 1.4, что расширяет возможности графических средств.
Для поддержки процессоров Sandy Bridge компания Intel предлагает четыре чипсета для настольных компьютеров: Intel® P67, Intel® H67, Intel® Z68  и Intel® H61.
Первый чипсет, Intel® P67, предназначен для работы в паре только с дискретными видеокартами, поддерживает распределение 16 линий контроллера PCI Express среди нескольких видеокарт и подойдет для энтузиастов. В нем доступен разгон процессора, памяти и других компонентов.
Второй, Intel® H67, является оптимальным на сегодняшний день выбором для тех, кто предпочитает преимущества интегрированного графического ядра. Например, встроенное видео обладает очень мощным специализированным аппаратным блоком для кодирования видео, что позволит преобразовывать из формата в формат любимые фильмы (например, для iPhone в iTunes) до 15 раз быстрее процессоров предыдущего поколения (называется эта технология Intel Quick Sync Video)! Тем не менее, всегда можно добавить дискретное решение — после этого интегрированное ядро автоматически выключится. Как чипсет для стабильного домашнего/рабочего ПК, он не поддерживает разгон — оверклокерских настроек попросту нет в BIOS.
Третий чипсет, Intel® Z68, вышел на несколько месяцев позже, но объединил в себе все преимущества двух предыдущих чипсетов. Таким образом, и интегрированная в процессор видеокарта, и несколько дискретных для SLI/CrossfireX, и разгонные настройки — все будет доступно покупателю! Помимо этого Intel приготовила три замечательных сюрприза!

Первые три чипсета поддерживают 14 портов USB 2.0, (но без поддержки USB 3.0), а также до шести портов SATA, два из которых могут работать со скоростью передачи 6 Гбит/с. Кстати, ни один из чипсетов не поддерживает традиционную шину PCI — на системных платах разъем реализован благодаря дополнительным контроллерам на плате, и его наличие — на усмотрение производителя платы.
Что же касается производительности новых процессоров, при той же стоимости ЦП она оказалась выше, чем у предшественников: обычно на 10—20%, а в некоторых тестах превышение может достигать и 40—50%.

Оценивая все нововведения, реализованные в микроархитектуре процессоров Sandy Bridge, необходимо отметить, что они отразились и на таком важном для некоторой части пользователей явлении, как разгон — способности компонентов, в данном случае процессора, работать на повышенных частотах. Увы, но энтузиасты пока будут разочарованы. Ведь, как показывает тестирование, стабильный разгон через увеличение внешней тактовой частоты пока ограничен лишь несколькими мегагерцами: от 100 примерно до 105 МГц. Это не обеспечивает существенного прироста производительности, а следовательно, и не представляет особого интереса.

Тем не менее компания Intel не забывает об энтузиастах, приготовив для них ряд устройств, среди которых имеются модели с суффиксом K. Данные модели допускают возможность разгона через изменение множителя, связывающего внешнюю тактовую частоту с частотой работы ядер. Именно этот метод позволяет значительно увеличивать производительность процессора Sandy Bridge, легко запуская процессоры на частотах, приближающихся к шокирующим 5 ГГц!. И это при обычной воздушной системе охлаждения!
И действительно, уже появились сообщения, что благодаря разгону через множитель группе энтузиастов удалось значительно повысить частоту работы процессора — более чем на 5,5 ГГц.

В заключение следует отметить, что в Sandy Bridge предусмотрен новый интерфейс процессора — LGA1155. Он несовместим с LGA1156, установленным в процессорах Lynnfield и Clarkdale (однако можно использовать прежние кулеры под LGA1156). Как результат — требуется смена материнской платы. Однако если принять во внимание достоинства нового процессора, переход на новую платформу того стоит.