СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №8/2016

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 60 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2016 Процессоры Intel Skylake: многообразие и применение Часть 1 В 2015 г. компания Intel, не без труда освоившая 14-нанометровый литографический процесс, вывела на рынок следующее поколение процессоров с новой микроархитектурой под кодовым названием Skylake. В рамках статьи рассмотрим отличия этой микроархитектуры от предшествующей (Haswell/Broadwell), познакомимся со структурой ассортимента нового поколения процессоров, подробнее остановимся на моделях для встраиваемых систем и промышленных рабочих станций. Любовь Бабушкина (Москва) К РАТКИЙ ЭКСКУРС В НЕДАВНЕЕ ПРОШЛОЕ Как известно, принятая в компа- нии Intel с 2007 г. технологическая концепция «Тик-так» предусматри- вает чередование двух стадий обнов- ления процессоров – перенос суще- ствующей микроархитектуры на тех- процесс с меньшими нормами («тик») и реализация на освоенном техпро- цессе обновлённой микроархитек- туры («так»). Эта концепция позво- ляет, с одной стороны, выводить на рынок следующее поколение процес- соров каждые 12–18 месяцев, а с дру- гой стороны, обеспечивать разработ- чикам и технологам двух- трёхлетний запас времени как для создания функ- циональных усовершенствований, так и для освоения новых литографиче- ских норм. Незадолго до введения концепции «Тик-так» компания Intel решила отой- ти от стратегии развития, основанной на наращивании производительности процессоров путём увеличения такто- вой частоты, и поставила во главу угла энергоэффективность, то есть удель- ную производительность на ватт потре- бляемой энергии [1]. Именно эта новая стратегия и легла в основу разработки процессоров Core, которые десять лет назад пришли на смену процессорам Pentium 4 с архитектурой NetBurst. По мере совершенствования всех после- дующих поколений чипов, к реали- зации допускались только те методы повышения скорости работы, кото- рые при этом давали вдвое больший выигрыш в экономичности. Поэтому за прошедшее десятилетие макси- мальная тактовая частота процессоров выросла незначительно (менее чем на 20%), однако производительность уве- личилась в несколько раз за счёт цело- го ряда технологий, позволивших рас- крыть потенциал параллельных вычис- лений на уровне инструкций, уровне данных и уровне задач. Итак, начиная с архитектуры Core 2 Duo, разработчики Intel сфокусирова- лись на способах наращивания произ- водительности, не связанных с ростом тактовой частоты. Например, увеличи- вали число инструкций, исполняемых за один такт, добавляя в ядро допол- нительные декодеры и исполнитель- ные блоки. Кроме того, был использо- ван такой метод повышения скорости работы процессоров, как уменьшение числа операций, необходимых для обработки одних и тех же объёмов данных. В частности, процессорная архитектура Core пополнилась набо- рами SIMD-инструкций – 128-битных SSE и 128/256-битных AVX, позволяю- щими выполнять за один такт вектор- ные операции [2] (последнее поколе- ние процессоров поддерживает набо- ры инструкций SSE 4.1/4.2 и AVX 2.0). При этом, следуя стратегии увеличе- ния энергоэффективности, инженеры Intel постоянно искали новые спосо- бы снижения энергопотребления про- цессоров. В частности, была реализо- вана технология активации отдельных логических блоков кристалла только по мере необходимости. С введением в 2010 г. классификации процессоров Intel Core на семейства i3, i5 и i7, была введена нумерация поко- лений. Процессоры с микроархитек- турой Skylake представляют собой уже шестое поколение (см. табл. 1). Выпуск очередного поколения Core сопрово- ждался обновлением семейств процес- соров Xeon, Celeron и Pentium, а также появлением более функциональных моделей микросхем системной логи- ки (чипсетов), поддерживающих новые процессоры. Эволюция процессоров продолжа- лась: от поколения к поколению энер- гоэффективность чипов Intel Core постепенно увеличивалась, причём не только за счёт архитектурных ноу-хау, но и благодаря уменьшению техноло- гических норм, поскольку микромини- атюризация транзисторов в интеграль- ной схеме способствовала их быстрому переключению и снижению тепловы- деления. Недавно появившаяся микроархи- тектура Skylake не просто стала оче- редным витком развития процессоров Core. Она принесла рынку вычисли- тельных систем целый ряд принци- пиально новых возможностей. Но не будем забегать вперёд, обо всём по порядку. Таблица 1. Шесть поколений Intel Core Поколение 1 2 3 4 5 6 Год выпуска 2008 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Стадия обновления «так» «тик» «так» «тик» «так» «тик» «так» Кодовое название микроархитектуры Nehalem Sandy Bridge Haswell Skylake Кодовое название процессоров Nehalem Westmere Sandy Bridge Ivy Bridge Haswell Broadwell Skylake Техпроцесс 45 нм 32 нм 22 нм 14 нм