Intel премина изключително дълъг път на развитие от малък производител на чипове до световен лидер в производството на процесори. През това време бяха създадени най-различни технологии за производство на процесори, технологичният процес бе силно оптимизиран, а характеристиките многократно подобрявани.
Възможностите на процесорите много зависят от разположението на транзисторите в силициевия кристал. Технологията за разполагането на транзисторите се нарича микроархитектура или просто архитектура. Тук ще разгледаме какви архитектури още в самото начало е използвал Intel и по какво се различават една от друга. Ще започнем с най-древните архитектури, ще разгледаме целя път, изминат до създаването на най-новите процесори и бъдещите планове на Intel.
Архитектурата на процесора и поколенията процесори
Тук няма да се спираме на разредността на процесорите. Под думата архитектура ще разбираме микроархитектурата на чипа, разположението на транзисторите, техния размер, разстоянията, технологичния процес. Няма да се спираме и на RISC и CISC инструкциите; това ще стане в следващ материал.
Друг важен момент са поколенията процесори на Intel. Навярно много пъти сте чували, че това е процесор от пето поколение, а този е от четвърто, а другият – от седмо. Мнозина считат, че това се означава чрез i3, i5, i7. Но на практика това са марките процесори. А поколенията зависят от използваната архитектура.
С всяко ново поколение, архитектурата се подобрява, процесорите стават по-бързи, по-икономични и по-малки, отделят по-малко топлина, но са и по-скъпи. Да разгледаме с какво започна всичко и какво предлага Intel към днешен ден.
Архитектурите на процесорите на Intel
Няма да се спираме на най-дребните технически подробности, които са публикувани в различните справочници. Ще разгледаме основните разлики, които биха заинтригували обикновените потребители.
Първите процесори
Да се потопим за кратко в историята, за да разберем с какво започва всичко. Няма да отиваме много далеч и ще започнем с 32-битовите процесори. Първият бе Intel 80386, появил се през 1986 година, работещ с тактова честота 40 MHz. Този чип е от третото поколение едноядрени процесори на Intel и за неговото производство се използва 1500 нанометров технологичен процес.
Следващият процесор от четвърто поколение бе 80486. Използваната в него архитектура така се и нарича – 486. Процесорът работи с честота 50 MHz и може да извършва 40 милиона команди в секунда. 80486 има 8 KB памет от първо ниво (L1), а за неговото производство се използва 1000 нанометров технологичен процес.
Следващата архитектура е P5 или Pentium. Тези процесори се появиха през 1993 година и имат увеличен до 32 KB кеш и честота до 60 MHz. Технологичният процес бе намален до 800 nm.
В шестото поколение P6 размерът на кеша също е 32 KB, а честотата достига 350 MHz. Използва се 180 nm процес.
Оттук нататък Intel започна да произвежда процесори с архитектура NetBurst. Тя е характерна с 16 KB кеш памет от първо ниво за всяко ядро и до 2 MB кеш от второ ниво (L2). Честотата нарасна до 3 GHz, а технологичният процес остана на същото ниво – 180 nm. Именно тук се появиха 64-битовите процесори, които могат да адресират голям обем памет. При тази архитектура бяха въведени множество разширения на процесорните инструкции и добавена технологията Hyper-Threading, даваща възможност за създаване на два потока на едно ядро, с което се повишава производителността.
Естествено, всяка архитектура с времето се подобрява, увеличава се тактовата честота и се намалява технологичния процес.
Intel Core
През 2006 година архитектурата Intel Core замени NetBurst. Една от причините за това бе, че нямаше как да бъде още увеличена честотата при NetBurst, както и твърде многото разсейвана топлина. Новата архитектура е предназначена за създаване на многоядрени процесори и при нея големината на кеша от първо ниво бе увеличена до 64 KB. Работната честота остана на ниво 3 GHz, но консумацията на електрическа енергия рязко бе намалена, отчасти защото Intel премина към използване на 60 nm процес.
Процесорите с архитектура Core поддържат хардуерната виртуализация Intel-VT и имат някои разширения на процесорните команди, но Hyper-Threading не се поддържа, понеже Core се базира на P6, в която такава възможност няма.
Първото поколение: Nehalem
Оттук, номерацията на поколенията бе започната отначало, понеже всички следващи архитектури са подобрени версии на Intel Core и става дума за многоядрени процесори. Архитектурата Nehalem замени Core, която имаше някои ограничения, като например невъзможността за повишаване на тактовата честота. Nehalem се появи през 2007 година, при нея се използва 45 нанометров технологичен процес и се поддържа технологията Hyper-Threading.
Процесорите Nehalem имат 64 KB L1 кеш памет, 4 MB L2 кеш и 12 MB кеш памет от трето ниво (L3), достъпен за всички процесорни ядра. Именно при Nehalem архитектурата се появи възможност за интегрирането на графични ускорители в процесора. Честотата не се промени, но производителността сериозно нарасна, а размерите на чипа станаха по-малки.
Второто поколение: Sandy Bridge
Sandy Bridge излезе през 2011 година и замени Nehalem. Тук вече се използва 32 nm процес, кешът от първо ниво е същият, L2 е вече 256 MB и L3 – 8 MB. В някои експериментални модели се използваше до 16 MB общ кеш.
От Sandy Bridge нататък, всички процесори се произвеждат с интегриран графичен ускорител, но има някои сървърни модели без GPU. При тези процесори отново е увеличена тактовата честота и общата производителност.
Третото поколение: Ivy Bridge
Процесорите Ivy Bridge са по-бързи от Sandy Bridge и се произвеждат чрез 22 нанометров технологичен процес. Те консумират 50% по-малко енергия от предишните и имат 25-60% по-висока производителност. Тези процесори хардуерно поддържат технологията Intel Quick Sync, чрез която кодирането на видео става няколко пъти по-бързо.
Четвъртото поколение: Haswell
Intel Haswell поколението бе разработено през 2012 година. Използва се същият 22 nm процес, но е променен дизайна на кеша, подобрени са механизмите за консумация на енергия и малко е увеличена производителността. Но тези процесори са характерни с поддръжката на много нови сокети – LGA 1150, BGA 1364, LGA 2011-3, както и DDR4 паметта и други. Основното преимущество на Haswell е, че може да се използва в портативните устройства с ниска консумация.
Петото поколение: Broadwell
Това е подобрена версия на архитектурата Haswell, при която се използва 14 nm процес. Въведени са някои подобрения, които повишават производителността с около 5%.
Шестото поколение: Skylake
Следващата архитектура на Intel Core процесорите е Skylake, излязла през 2015 година. Това е най-голямото обновяване на архитектурата Core. За поставянето на процесора се използва LGA 1151 сокет, поддържа се DDR4 паметта, но е запазена поддръжката на DDR3. Тук вече се появява поддръжката на Thunderbolt 3.0 интерфейса и DMI 3.0 шината, която осигурява двойно по-голяма скорост. Традиционно е увеличена производителността и намалена консумацията.
Седмото поколение: Kaby Lake
Най-новото седмо поколение на Core, а именно Kaby Lake излезе тази година, а първите процесори се появиха през месец януари. Използва се същият 14 нанометров технологичен процес и същия LGA 1151 сокет. Поддържат се DDR3L SDRAM и DDR4 SDRAM паметите, PCI Express 3.0 шините и USB 3. Максималната тактова честота достига 4,2 GHz, променена е плътността на транзисторите.
Заключение
Дотук разгледахме архитектурите на процесорите на Intel, използвани преди и сега. Следва прехода към 10 nm процес, чрез който ще се произвеждат процесорите CanonLake. Но засега Intel не е готов с това.
Ето защо, през 2017 година Intel възнамерява да представи подобрена версия на Skylake с кодово име CoffeLake. Очаква се появата и на съвсем нови процесорни архитектури след като Intel усвои 10 nm процес.
Често се задава въпроса, моят лаптоп е с процесор Core i7 и какво е това – Haswell, Broadwell или Skyline? При проверка се оказва например, че процесорът е Intel Core [email protected],40 GHz, но пак не е ясно.
Всъщност е доста лесно: първата цифра след i7 показва поколението. Тоест, този процесор е пето поколение или Broadwell. Ако бе i7-7700k, то това би било седмото поколение Kaby Lake.
