Основная проблема на пути повышенияпроизводительности
Решение об организации P6 как трех независимых и взаимодействующих через пул команд устройств было принято после тщательногоанализа факторов, ограничивающих производительность современныхмикропроцессоров. Фундаментальный факт, справедливый для Pentiumи многих других процессоров, состоит в том, что при выполненииреальных программ мощность процессора не используется в полноймере.
В то время как скорость процессоров за последние 10 лет выросла по меньшей мере в 10 раз, время доступа к основной памятиуменьшилось только на 60 процентов. Это увеличивающееся отставание скорости работы с памятью по отношению к скорости процессораи было той фундаментальной проблемой, которую пришлось решать припроектировании P6.
Один из возможных подходов к решению этой проблемы – переносее центра тяжести на разработку высокопроизводительных компонентов, окружающих процессор. Однако массовый выпуск систем, включающих и высокопроизводительный процессор, и высокоскоростные специализированные микросхемы окружения, был бы слишком дорогостоящим.
Можно было попытаться решить проблему с использованием грубой силы, а именно увеличить размер кэша второго уровня, чтобыуменьшить процент случаев отсутствия необходимых данных в кэше.
Это решение эффективное, но тоже чрезвычайно дорогостоящее, особенно учитывая сегодняшние скоростные требования к компонентамкэша второго уровня. P6 проектировался с точки зрения эффективнойреализации целостной вычислительной системы, и требовалось, чтобывысокая производительность системы в целом достигалась с использованием дешевой подсистемы памяти.
Вывод
Таким образом, реализованная в P6 комбинация таких архитектурных методов, как улучшенное предсказание переходов (почтивсегда правильно определяется предстоящая последовательность команд), анализ потоков данных (определяется оптимальный порядоквыполнения команд) и опережающее выполнение (предвиденная последовательность команд выполняется без простоев в оптимальном порядке), позволила удвоить производительность по отношению к Pentium при использовании той же самой технологии производства. Этакомбинация методов называется динамическим выполнением.
В настоящее время "Intel" ведет разработку новой 0,35 мкмтехнологии производства, что даст возможность выпускать процессоры P6 с тактовой частотой ядра свыше 200 МГц.
.
Р6 как платформа для построения мощных серверов
Среди наиболее значимых тенденций развития компьютеров впоследние годы можно выделить как все возрастающее использованиесистем на основе процессоров семейства х86 в качестве серверовприложений, так и растущую роль "Intel" как поставщика непроцессорных технологий, таких как шины, сетевые технологии, сжатие видеоизображений, флэш-память и средства системного администрирования.
Выпуск процессора Р6 продолжает проводимую "Intel" политикупереноса возможностей, которыми ранее обладали лишь более дорогиекомпьютеры, на массовый рынок. Для внутренних регистров Р6 предусмотрен контроль по четности, а соединяющая ядро процессора икэш второго уровня 64-битовая шина оснащена средствами обнаружения и исправления ошибок. Встроенные в Р6 новые возможности диагностики позволяют производителям проектировать более надежныесистемы. В Р6 предусмотрена возможность получения через контактыпроцессора или с помощью программного обеспечения информации оболее чем 100 переменных процессора или происходящих в нем событиях, таких как отсутствие данных в кэше, содержимое регистров,появление самомодифицирующего кода и так далее. Операционная система и другие программы могут считывать эту информацию для определения состояния процессора. В Р6 также реализована улучшеннаяподдержка контрольных точек, то есть обеспечивается возможностьотката компьютера в зафиксированное ранее состояние в случае возникновения ошибки.
Р6 поддерживает те же возможности по контролю при помощифункциональной избыточности (FRC), что и Pentium. Это означает,что в P6 предусмотрена возможность построения систем с параллельным выполнением одних и тех же операций двумя процессорами с взаимным контролем результатов и сообщением об ошибке в случае расхождения. При этом, к сожалению, P6 по-прежнему не сообщает опричине ошибки.
В модели Р54С процессора Pentium "Intel" предложила простойи недорогой способ организации двухпроцессорной работы: ведущий иведомый процессоры используют общий кэш и невидимо для приложенийразделяют программу на потоки. Однако использовать такую организацию работы могут лишь многопоточные операционные системы.
Р6 переводит организацию многопроцессорной работы на новыйуровень, соответствующий определенной "Intel" мультипроцессорнойспецификации MPS 1.1. Одним из наиболее сложных аспектов симметричной многопроцессорной работы является поддержание кэш-соответствия для всех подсоединенных к отдельным процессорам кэшей.
Р6 поддерживает кэш-соответствие для вторичного кэша на внутреннем уровне, а внешняя шина P6 выступает как симметричная мультипроцессорная шина.
Раньше проектировщики мультипроцессорных систем должны былисоздавать собственные шины для связи процессоров, либо приобретать лицензию на уже существующие решения, например CorollaryC-bus II. Теперь средства, реализованные "Intel" в Р6, позволяютобъединить четыре процессора в мультипроцессорную систему. Четыре- это предел, обуславливаемый принятой в Р6 логикой арбитража.
Еще одна проблема для производителей многопроцессорных систем на базе Р6 состоит в том, что для эффективной работы такихсистем к каждому процессору подключается выделенный кэш, размеркоторого должен быть больше, чем 256 кб - размер кэша в корпусеР6. Таким образом, проектировщики высокопроизводительных серверовбудут вынуждены использовать внешние контроллеры кэша и дополнительные микросхемы статической памяти.
Эта проблема будет разрешена, если "Intel" увеличит размеркэша второго уровня в корпусе Р6, что достижимо либо за счет увеличения размера кристалла, либо за счет перехода к более миниатюрной технологии производства. Сегодня производители, которыехотят строить системы с более чем четырьмя процессорами, должныобъединять две или более четырехпроцессорных системы с помощьювысокоскоростного последовательного соединения память-память. Реализации таких соединений для PCI ожидаются в этом году.
Системы на основе Р6
Можно предположить, что компьютеры на базе P6 первоначальнобудут напоминать сегодняшние наиболее мощные Pentium-компьютеры:
по меньшей мере 1 Гб жесткий диск, 32 Мб оперативной памяти, мощные графические контроллеры. Появятся первые многопроцессорныесерверы на Р6.
Улучшенная диагностика и средства обработки ошибок в Р6 позволяют проектировать на базе Р6 надежные серверы уровня предприятия. Улучшенная поддержка симметричной многопроцессорной работы всочетании с поддерживающими такую работу версиями OS/2 и NetWareприведет к построению на Р6 еще более мощных серверов.
"Intel" предполагает, что первыми Р6-системами будут серверы, однако настольные компьютеры на P6 появятся почти одновременно с ними. Цена первых настольных Р6-компьютеров будет начинатьсяс 4000 долларов и расти с ростом мощности конфигурации. С учетомразмера корпуса Р6, его потребления энергии и рассеиваемого тепла(требуется активное охлаждение), не следует ожидать быстрого появления портативных компьютеров на Р6.
Как обычно, первыми пользователями настольных компьютеров напроцессоре нового поколения будут разработчики программного обеспечения и пользователи из таких областей, как САПР, настольныеиздательские системы, научное моделирование и визуализация егорезультатов, статистика, одним словом, те области, которым всегданедоставало и будет недоставать существующих скоростей.
Что касается серверов, то первыми кандидатами на переход кР6 являются серверы приложений, осуществляющие такие работы, какрассылку сообщений, доступ к базам данных и хранилищам документов. Системные серверы и серверы печати не привязаны к конкретному типу процессоров и поэтому не испытывают таких потребностей вувеличении мощности.
Вполне вероятно, что первыми покупателями Р6- систем будутсравнительно небольшие организации, где на эти системы будет возложено выполнение самостоятельно разработанных критичных для деятельности организации приложений. Большие предприятия будут приобретать такие системы несколько позднее, после тщательной оценкии подготовки. Дело в том, что большие организации эксплуатируютзначительно большее число разработанных на заказ программ и стандартного программного обеспечения, и требуется провести проверкуна его совместимость с новыми системами.
Типичная Р6-система будет включать процессор Р6 с тактовойчастотой 133 МГц, внешнюю шину, работающую на половине, однойтретьей или одной четверти от этой частоты, набор чипов IntelР6/PCI по имени Orion, поддерживающий версию 2.1 32-битовой шиныPCI с частотой 33 МГц, но не поддерживающий 64-битовые расширенияPCI.
Вследствие наличия встроенного кэша второго уровня, в большинстве Р6-систем будет отсутствовать внешний кэш и контроллеркэша. Для построения основной памяти будут использоваться обычные60-наносекундные DRAM или, в некоторых случаях, поддерживаемые внаборе чипов Intel Triton для Pentium более скоростные EDO DRAM.
Стандартной будет конфигурация с 16 Мб оперативной памяти при всевозрастающем числе систем с 32 Мб.Первоначально Р6-системы будут включать как шину PCI, так ишины EISA/ISA. Однако по мере роста поддержки PCI необходимость в