Перспективы развития микропроцессоров

Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ
1.1 Функциональная классификация микропроцессоров
1.2 Типовая структура универсального микропроцессора
1.3 Основные технические характеристики микропроцессоров
Выводы
2. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ МИКРОПРОЦЕССОРОВ ВЕДУЩИХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
2.1 Анализ современных схем обработки информации в микропроцессорных системах
2.1.1 Схемы «классической» конвейерной обработки
2.1.2 Сравнительный анализ схем обработки информации 4-х ядерного процессора на базе микроархитектуры К10 и 2-х ядерного процессора на базе микроархитектуры К8
2.2 Архитектурные особенности современных микропроцессоров
2.2.1 Структуры процессора Bloomfield
2.2.2 Структурная схема процессора AMD
2.2.3 Структурная схема процессора Intel Core 2
2.2.4 Характеристики моделей процессоров Lynnfield и Bloomfield
2.2.5 Сравнение процессоров AMD и Intel Core 2
Выводы
3 ТЕСТИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
3.1 Тестовые конфигурации
3.2 Результаты тестирования
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Этот же самый CrossBar обеспечивает «автоматическую» маршрутизацию проходящих через процессор сообщений от периферийных устройств и других процессоров, включая обслуживание «чужих» запросов к оперативной памяти.
Шина HT специально оптимизировалась для подобного режима работы со множеством «служебных» сообщений (которые возникают при использовании MOESI, о котором мы расскажем чуть позже) и обеспечивает крайне низкую латентность обращения в «чужую» память и высокую (до 4 Гбайт/с) пропускную способность при обращении к памяти «соседей». Шина является полнодуплексной, т.е. шина позволяет одновременно передавать данные на этой скорости в «обе стороны» (до 8 Гбайт/с суммарно). Модель памяти получается неоднородной (NUMA), но различия в скорости «своих» и «чужих» участков оперативной памяти получаются относительно небольшими.
Чипсет сильно упрощается: всё, что от него требуется – это просто обеспечивать «мосты» (туннели) между HT и другими типами шин. Ну и, возможно, заодно обеспечивать какое-то количество интегрированных контроллеров. Особенно ярко этот принцип проявляется в серверном чипсете AMD 81xx, поскольку это просто набор из двух чипов – «переходников» на шины AGP и PCI-X и чипа, интегрирующего туннель на «обычную» PCI и стандартный набор периферийных контроллеров (IDE, USB, LPC и проч.). Впрочем, традиционные «большие» чипсеты тоже никто использовать не запрещает: к примеру, NVIDIA успешно выпускает Force3 и nForce4, объединяющие все необходимые туннели и контроллеры в единственном кристалле. Но зато можно, к примеру, установить на плату чип nForce Professional 2200 (решение «всё-в-одном» от NVIDIA для рабочих станций) и добавить к нему AMD 8132, который обеспечит материнской плате поддержку шины PCI-X, которой в nForce Pro 2200 нет. Или использовать несколько чипов nForce Pro 2200, чтобы обеспечить, к примеру, вдвое большее число линий PCI Express. Здесь всё совместимо со всем: любые современные чипсеты для микроархитектуры AMD64, теоретически, должны работать и с любыми процессорами AMD. В частности, все двухъядерные процессоры AMD должны работать со всеми ранее выпущенными чипсетами для процессоров архитектуры K8.
Каждый процессор K8 является «системой в миниатюре», со своим «процессором» и Northbridge; а двухядерный K8 – «двухпроцессорная SMP-система в миниатюре».
Рис.2.20 Пример двухпроцессорной архитектуры AMD
Рис.2.21 Интеграция northbridge в процессор
Интеграция Northbridge в процессор и SUMA-архитектура K8 не просто обеспечивает «более быстрый контроллер оперативной памяти», - она заодно позволяет очень эффективно решать и ряд свойственных многопроцессорным системам проблем.
Интеграция Northbridge в процессор и SUMA-архитектура K8 не просто обеспечивает «более быстрый контроллер оперативной памяти», - она заодно позволяет очень эффективно решать и ряд свойственных многопроцессорным системам проблем (рис.2.21), например решает «проблему общей памяти».
В идеале любая многопроцессорная система должна быть хорошо сбалансирована – слишком быстрая память обходится слишком дорого; слишком медленная – сводит эффект от установки нескольких процессоров к минимуму. В NUMA (типа AMD-шной), где двухканальный контроллер памяти интегрирован в каждый процессор, суммарная производительность подсистемы памяти как раз и возрастает пропорционально количеству процессоров. Правда, у NUMA, как уже было сказано, присутствует - неоднородность скорости работы различных участков памяти.
Рис. 2.22 1P, 2P, 4P, 8P микропроцессорные систем
В случае AMD Opteron можно подсчитать, что «в среднем» пропускная способность памяти в пересчёте на один процессор составляет для 2P-систем порядка 81% (100% в лучшем, 62% в худшем), для 4P – где-то между 62% и 53% (31% в худшем случае) [13]. Для 8P-систем всё гораздо неприятнее – без учета особенностей NUMA там не получится «выжать» из подсистемы памяти и 30% её пропускной способности.
Решение «проблемы общей памяти» - далеко не единственное преимущество подхода AMD. Обычные SMP страдают еще и от «проблемы общей шины»: мало сделать быстрый контроллер памяти – нужно еще и обеспечить достаточно быструю передачу полученных из памяти данных к процессору. Intel, правда, нашла достаточно успешный способ отчасти обойти эту проблему, используя в новейших многопроцессорных системах сразу две независимых процессорных шины. Но в неоднородной AMD-шной SUMA-архитектуре этой проблемы нет. И хотя два ядра в двухядерниках AMD разделяют общую шину SRI, работает эта шина все же, как и кросс-бар, на полной частоте процессора, как и вообще все его «внутренние» шины. То есть ничем не отличается, скажем, от шины, соединяющий между собой его кэш-память различных уровней. В итоге эта «общая» шина у AMD получается настолько быстродействующая, что ядра друг другу практически не мешают – их ограничивает только пропускная способность оперативной памяти, да ведущих во «внешний мир» линков HyperTransport.
2.3 Перспективы развития микропроцессоров
Проведенный анализ исследований по развитию микропроцессорных технологий позволяет сделать главный вывод о том, что каждый шаг в освоении тонких технологических процессов означает снижение линейных размеров транзистора примерно в 1,4 раза и его площади примерно в 2 раза.
Поэтому на современном этапе развития микропроцессоров можно выделить следующие тенденции и перспективы дальнейшего развития.
1. Продолжается уменьшение длины канала транзисторов, которые составляют дискретные структуры процессора, что в свою очередь, приводит к росту их быстродействия.
2. Происходит дальнейшее снижение площади транзистора и снижение его внутренних емкостей, но применение high-k диэлектрика для изоляции затвора транзисторов выполненных по 45 нм технологическому процессу, сохраняет емкость затвора на уровне близком к 65 нм технологическому процессу. Это не способствует снижению удельной (на 1 ключ) потребляемой мощности (только для 45 нм ТП) не смотря на снижение размера.
3. Не смотря на рост быстродействия тактовые частоты ядра процессора перестали расти и остановились на 4 ГГц.
4. Уменьшение площади занимаемой транзистором позволяет на подложке аналогичного размера разместить, большее число транзисторов, усложнив структуру процессора. Это увеличивает скорость вычислений.
5. Происходит дальнейший рост числа ядер процессоров, количество которых в прогнозах приблизится к сотне. Растут и объемы кэш-памяти.
6. Величина, показывающая, на отвод какой тепловой мощности должна быть рассчитана система охлаждения процессора (TDP) приближается к предельной величине, в принятой конструкции процессора, 130 — 140 Вт.
7. Происходит дальнейшее увеличение числа контактов процессорного разъема (соединителя) — Soket'а.
8. Одновременно с достижением теплового предела TDP, перестала расти мощность генерируемых процессором помех.
8. Периодически разрабатываются новые технические решения. В основном они относятся к новым, более быстродействующим транзисторам. Например, так называемые транзисторы с вертикальной структурой.
 Последние два пункта существенно влияют на экономическую целесообразность выпуска в продажу новых моделей, и на их цену.
 По мнению официальных представителей корпорации Intel, в 2012 г. производители микрочипов перейдут на 10-нм технологический процесс. Вице-президент Intel Digital Enterprise Group (подразделение Intel отвечающее за проектирование и производство дискретных чипов) Пэт Гелсингер, считает, что фабрики Intel смогут делать транзисторы величиной 10 и менее нанометров.
Однако, в истории не только Intel, но и других корпораций , не было таких скачкообразных переходов на новые технологические процессы. Поэтому реально, ожидать принятый Intel шаг технологических процессов, что даст ряд 32, 22, 16, 11 нм (табл.).
Таблица 2.2
Перспективные технологические процессы
ГОД 2011 >2012 >2014 >2017 Конструктив Стандарт Другой Технология нм 32 22 16 11 11 Длина канала нм 24 17 12 8-9 8-9 Время переключенияτ (псек) 6-7 5-6 3-5 2-3 2-3 Число контактов 1500 2000 3000 4000 - Число транзисторов до млн. 1100 1600 2400 3600 До 8000 Макс. частота помехи,fмакс ГГц >130 >150 >200 >250 >250
Специалистам известны зависимости, которые связывают длину канала МОП транзистора (размер технологического процесса) и его быстродействие. График, описывающий данную зависимость на рис.2.23.
 
Рис. 2.23.- График зависимости быстродействия от технологического процесса
 
Понятие быстродействие, до 90 нм тех. процесса, однозначно было связано с тактовой частотой процессора. Растет быстродействие транзистора — растет и тактовая частота ядра процессора.
Сейчас, быстродействие уже не значит - тактовая частота ядра.
В существующих технологиях изготовления системных (материнских) плат применять для внешних шин времена переключения равные временам переключения транзисторов ядра нельзя.
Потому что, с ростом быстродействия, повышаются требования к точности времени прихода (синхронности) сигналов по параллельным шинам передачи информации и синхронизации.
Это не критическое ограничение, его можно обойти применив передачу информации по последовательным каналам.
Снижаются площади занимаемые транзистором в чипе, примерно в два раза на каждый шаг снижения технологических норм, в результате должны снижаться его внутренние емкости.
Но применение high-k диэлектрика для изоляции затвора транзисторов выполненных по 45 нм тех. процессу, снижает емкость затвора незначительно. Это снижает удельную (на 1 ключ) потребляемую мощность меньше, чем раньше при переходе от одного тех. процесса к другому.
Вообще-то мощности тепловыделения более 100 Вт требуют особого подхода к проблеме охлаждения процессора и системного блока. Малейшая неточность в этом вопросе, приводит к возникновению температурных градиентов на чипе, что не способствует его долговечности.
По моим данным, применение high-k диэлектрика в качестве изолятора привело к сохранению емкости (100-70%) транзистора при переходе от 65 к 45 нм. тех. процессу.
В результате роста числа транзисторов мощность и незначительного снижение емкости затвора транзистора потребляемая процессором растет.
Поэтому рост тактовых частот ядра ограничен его тепловыделением.  Не смотря на рост быстродействия тактовые частоты ядра процессора перестали расти не достигнув 4 ГГц. (рис.2.24)
Рис.2.24 Изменение тактовой частоты во времени или при снижении норм тех. процессов они
Уменьшение площади занимаемой транзистором позволяет на подложке аналогичного размера разместить большее число транзисторов, усложнив структуру процессора. Это в некоторой степени положительно сказывается на общей скорости вычислений.
Этим и пользуются разработчики процессоров. Количество транзисторов на чипе постоянно растет (рис.2.25).
 
Рис. 2.25 Зависимость количества транзисторов от технологического процесса
 
Рост числа транзисторов происходит за счет усложнения структуры процессора и размещения на чипе процессора большего числа ядер, кэшей увеличенного объема (которые к слову имеют тенденцию увеличения), контроллеров памяти, .....
Следует отметить, что наиболее тяжелые для чипа, с точки зрения тепловыделения, ядра которые работают на высоких тактовых частотах.
Чтобы не греть чип, существует идея, в многоядерных процессорах использовать дополнительные ядра заточенные под выполнение каких то узких (специализированных) задач. Это позволит отключать их при отсутствии задач и тем самым снизить потребляемую процессором мощность и тепловыделение.
Другой существенный вклад в увеличение числа транзисторов — применение архитектур с несколькими ядрами.
Но количество узлов — ядер и размер кэша не могут быть бесконечны, начиная с некоторого уровня управление ими займет столько ресурсов, что прирост производительности процессора прекратится.
Поэтому разговоры о применении 100 и 1000 ядерных процессоров в ПК пока преждевременны.
Результатом этого является увеличение числа внешних связей (линий) процессора и рост числа контактов его соединителя — Soket'а.
Растет число ядер процессоров, количество которых в прогнозах приближается к сотне. Увеличение их количества вызвано стремлением увеличить производительность системы. Такое увеличение не может продолжаться бесконечно. Ведь синхронизация и управление параллельными вычисления, тоже требует вычислительных ресурсов. Конец умножения количества ядер там, где их дальнейшее увеличение не дает прироста производительности.
Но, нельзя забывать, увеличение количества ядер, как и размеров КЭШей, кроме того требует еще и ресурсов.
Увеличение числа контактов процессорного разъема (соединителя) — Soket'а. 3 фактора влияющие на увеличение числа контактов:
-усложнение структуры процессора,
- рост потребляемого тока,
- увеличение частоты помехи.
Усложнение структуры процессора и увеличение его внешних связей создает потребность в увеличении числа контактов на Soket'е процессора. Но увеличение идет не только на количество внешних связей. Передача идет по парам проводников, поэтому число контактов увеличивается на удвоенное число внешних связей процессора (рис.2.26).
 
Рис.2.26. Зависимость количества контактов от технологического процесса
 
2. Как мы знаем, число контактов на Soket'е, для подачи питания на процессор превышает 150 пар. Этого требуют большие токи подаваемые для питания процессора. Причем снижение питающего напряжения требует приводит к росту подаваемого на процессор тока. Это происходит даже при сохранении потребляемой процессором мощности, потому что снижается величина напряжения питающего напряжения (пока до 1 В).
3. Параллельное соединение линий питания требует не только подача питания, но и вывод за пределы чипа и Soket'а широкополосных помех генерируемых процессором при работе. Для этого нужна низкая индуктивность линий распределения питания, что достигается, в применяемом конструктиве Soket'а, параллельным соединением множества контактов.
Хотелось бы сказать несколько слов о новых полупроводниковых материалах, которые оказывают существенное влияние на производительность и рабочую температуру процессора.
Сейчас появились новые полупроводниковые материалы, транзисторы выполненные на которых работают на более высокой частоте, при более высоких температурах (табл.2.3).
 
Таблица 2.3
Современные полупроводниковые материалы и их характеристика
Материал Ширина запрещенной зоны, эВ Подвижность электронов, см2/В*с Напряженность поля пробоя,МВ/см Скорость электронов, 107 см/с Теплопроводность, Вт/см*К Рабочая температура, ºС, макс Si 1,1 1350 0,3 1 1,5 200 GaAs 1,4 8500 0,4 2 0,5 300 GaN 3,4 900 3,3 2,7 1,3 500 AlN 6,2 300 11,7 2,0 2,5 500  
Полевые транзисторы [1] на основе GaN уже поступили в продажу.
Intel проводит исследования по возможности применения полупроводников III группы (куда относится и GaN).
Существует несколько вариантов конструкций высокопроизводительных процессоров.
Предположить сложно, но явно не чисто оптической, которая пока находится на начальной стадии.
Но оптические технологии уже прорабатываются Intel и другими.
Пока не оптические процессоры, а только высокоскоростные оптические интерфейсы ввода/вывода для межкомпонентных соединений «кристалл-кристалл».
По мнению Intel - «применяемые в настоящее время технологии межкомпонентных соединений на базе медных проводников скорости в 15-20 Гбит/с являются предельными из-за неизбежного на сверхвысоких тактовых частотах ухудшения характеристик сигнала, рассеивания мощности и усиления негативного влияния электромагнитных помех.»
Выводы
Таким образом, модельный ряд современных процессоров Intel для настольных ПК составляют 2 семейства микропроцессоров — Intel Core i7 и Intel Core i5. Все процессоры этих семейств производятся по 45-нм техпроцессу, основаны на микроархитектуре Nehalem и являются четырехъядерными.
Семейство процессоров Intel Core i7 составляют 8 моделей: Core i7-975 EE, Core i7-965 EE, Core i7-960, Core i7-950, Core i7-940, Core i7-920, Core i7 870, Core i7 860, а семейство Intel Core i5 — только одну модель Core i5-750.
В семейство Intel Core i7 входят процессоры как с разъемом LGA 1366 (процессоры Intel Core i7 900-й серии; Bloomfield), так и с разъемом LGA 1156 (процессоры Intel Core i7 800-й серии; Lynnfield). Семейство Intel Core i5 состоит из одного процессора Lynnfield с разъемом LGA 1156.
Процессоры Intel Core i7 800-й серии и Intel Core i5-750 снабжены интегрированным контроллером интефейса PCI Express 2.0. В процессорах Intel Core i7 900-й серии встроенный контроллер PCI Express 2.0 отсутствует, поэтому взаимодействие с дискретной графикой реализуется через чипсет по высокоскоростной шине QPI.
Еще одно различие между процессорами Bloomfield и Lynnfield заключается в том, что в различном реализации технологии Intel Turbo Boost. В процессорах Lynnfield используя эту технологию возможен разгон процессора на большее количество ступеней по 133 МГц. Во всем остальном процессоры Bloomfield и Lynnfield схожи друг с другом — совпадают и размер L2-кэша, и размер разделяемого между всеми ядрами L3-кэша.
Если же говорить о разнице между процессорами Intel Core i7 800-й серии и Intel Core i5-750, то она заключается в том, что процессоры Intel Core i7 800-й серии поддерживают технологию Hyper-Threading.
Модельный ряд современных процессоров AMD для настольных ПК более разнообразен его составляют два больших семейства — Phenom II и Athlon II.
В каждом из семейств, и в Phenom II, и в Athlon II, имеются серии четырехъядерных (Phenom II X4, Athlon II X4), трехъядерных (Phenom II X3, Athlon II X3) и двухъядерных (Phenom II X2, Athlon II X2) процессоров. Ну а главное различие между семействами Phenom II и Athlon II заключается в том, что в процессорах семейства Phenom II есть кэш L3, а в процессорах семейства Athlon II он отсутствует.
3 ТЕСТИРОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
3.1 Тестовые конфигурации
Для проведения практического тестирования были выбраны 8 моделей процессоров Intel и 6 моделей процессоров AMD: Phenom II X4 965 BE, Phenom II X4 810, Phenom II X3 720 BE, Phenom II X2 550 BE, Athlon II X3 435, Athlon II X2 250.
Тестирование процессоров выполнялось по традиционной методике, предложенной в журнале «Компьютер пресс». Для интегрального сравнения производительности процессоров в нашей методике используется понятие референсного ПК на базе процессора Intel Core i7-965 Extreme Edition (тактовая частота 3,2 ГГц, режим Turbo Boost активирован). Интегральный результат производительности референсного персонального компьютера взяты за оценку 1000 баллов.
Для тестирования процессоров Intel Core i7 900-й серии применялся стенд, конфигурация которого представлена в таблице 3.1.
Таблица 3.1
Конфигурация стенда для тестирования процессоров Intel Core i7 900-й серии
Параметр Значение Системная плата Gigabyte GA-EX58-UD4 Чипсет системной платы Intel X58 Express; Память DDR3-1066 (Qimonda IMSH1GU03A1F1C-10F PC3-8500); Объем памяти 3 Гбайт (три модуля по 1024 Мбайт); Режим работы памяти DDR3-1333, трехканальный режим; Тайминги памяти 9-9-9-20; Видеокарта Gigabyte GeForce GTX295; Видеодрайвер ForceWare 191.07; Жесткий диск Western Digital WD3200AAKS; Блок питания Tagan 1300W; Операционная система Microsoft Windows 7 Ultimate (32-bit). Для тестирования процессоров Intel Core i7 800-й серии и Intel Core i5-750 использовался стенд с конфигурацией представленной в табл. 3.2.
Таблица 3.2
Конфигурация стенда для тестирования процессоров Intel Core i7 800-й серии и Intel Core i5-750
Параметр Значение Системная плата ASUS P7P55D Pro Чипсет системной платы Intel P55 Express Память DDR3-1066 (Qimonda IMSH1GU03A1F1C-10F PC3-8500); Объем памяти 2 Гбайт (2 модуля по 1024 Мбайт); Режим работы памяти DDR3-1333, двухканальный режим; Тайминги памяти 9-9-9-20; Видеокарта Gigabyte GeForce GTX295; Видеодрайвер ForceWare 191.07; Жесткий диск Western Digital WD3200AAKS; Блок питания Tagan 1300W; Операционная система Microsoft Windows 7 Ultimate (32-bit).
Для тестирования процессоров AMD Phenom II и Athlon II серии применялся стенд, конфигурация которого представлена в табл.3.3
Таблица 3.3
Конфигурация стенда для тестирования AMD Phenom II и Athlon II серии
Параметр Значение Системная плата MSI 790FX-GD70; Чипсет системной платы AMD 790FX; Память DDR3-1066 (Qimonda IMSH1GU03A1F1C-10F PC3-8500); Объем памяти 2 Гбайт (2 модуля по 1024 Мбайт); Режим работы памяти DDR3-1333, двухканальный режим; Тайминги памяти 9-9-9-20; Видеокарта Gigabyte GeForce GTX295; Видеодрайвер ForceWare 191.07; Жесткий диск Western Digital WD3200AAKS; Блок питания Tagan 1300W; Операционная система Microsoft Windows 7 Ultimate (32-bit).
Как показано в таблицах 3.1.-3.3, стенды, применяемые для тестирования процессоров отличались типом материнской платы и объемом памяти, это обусловлено тем, что процессоры Bloomfield имеют встроенный трехканальный контроллер памяти, и для них логично применять либо три, либо шесть модулей памяти (в противном случае память не будет функционировать в трехканальном режиме). Мы использовали три модуля памяти емкостью по 1 Гбайт (применение шести модулей памяти не имеет смысла, поскольку у нас используется 32-битная операционная система).
Процессоры Lynnfield и AMD Phenom II и Athlon II имеют встроенный двухканальный контроллер памяти, и для них логично применять либо два, либо четыре модуля памяти (в противном случае память не будет функционировать в двухканальном режиме).
3.2 Результаты тестирования
Приведем лишь интегральные результаты тестирования по методике журнала «Компьютер пресс», а также частные интегральные показатели по группам тестов. В методике журнала «Компьютер пресс» все тесты разбиты на 6 логических секций:
- конвертирование видеофайлов;
- преобразования и редактирование аудиофайлов;
- создание видеофайлов (кодирование);
- обработка цифровых фотоснимков в различных форматах;
- выполнение операций по распознаванию текстов;
- архивация и разархивация файлов.
В секцию конвертирование видеофайлов включают тесты с использованием приложений – MainConcept Reference v.1.6.1, DivX Converter 7.1, Windows Media Encoder 9.0, Adobe Media Encoder CS4 и ImToo MPEG Encoder Ultimte 5.1.26.
Секцию преобразования и редактирование аудиофайлов образуют тесты с применением приложений ImToo Audio Encoder 2.1.77 и Adobe Sounbooth CS4.
Секцию создание видеофайлов (кодирование) включают тесты приложений ProShow Gold 4.2548 и Pinnacle Studio Ultimate 12.0.
Сенкция обработка цифровых фотоснимков в различных форматах определяется одним тестом на базе приложения Adobe Photoshop CS4.
При выполнении операций по распознаванию текстовпроводится тест на основе программы ABBYY FineReader 10.
Секция тестов архивация и разархивация файлов выполняется используя архиваторы WinRAR 3.9 и WinZip 11.2.
Промежуточный результат тестирования обрабатывается по секциям интегрально как среднегеометрическое от нормированных относительно референсной конфигурации результатов по каждому тесту. Интегральный результат рассчитывался как среднегеометрическое от промежуточных интегральных результатов по всем секциям.
Интегральные результаты тестирования по секциям тестов представлены на рис. 3.1-3.6.
Рис. 3.1. Интегральные результаты тестирования в секции - конвертирование видеофайлов
Рис. 3.2. Интегральные результаты тестирования по секции преобразования и редактирование аудиофайлов
Рис. 3.3. Интегральные результаты тестирования по секции «Создание видеофайлов (кодирование)»
Рис. 3.4. Интегральные результаты тестирования в секции обработка цифровых фотоснимков в различных форматах
Рис. 3.5. Интегральные результаты тестирования при выполнении операций по распознаванию текстов
Рис. 3.6. Интегральные результаты при архивации и разархивации файлов
Рис. 3.7. Интегральные результаты тестирования процессоров с учетом их стоимости
Интегральные результаты тестирования процессоров представлены на графике (рис. 3.7), по оси абсцисс откложена стоимость процессора в рублях, а по оси ординат — интегральная производительность в баллах.
Выводы
На основании проведенного тестирования процессоров можно сделать следующие важные выводы.
Процессоры семейства Core i7 900-й серии (Bloomfield) обладают на сегодняшний день навысшей производительностью. За исключением младшей модели (Intel Core i7-920). Оценка производительности других моеделей выше 900 баллов, т.е. существенно опережает бымтродействие процессоров семейства Core i7 800-й серии (Lynnfield) и процессоров AMD.
Если выбирать оптимальный процессор в семействе Core i7 900-й серии, то имеет смысл обратить внимание на модель Core i7-960. При гораздо меньшей стоимости его интегральная производительность такая же, как и у процессора Core i7-965 EE.
Оптимальный выбор процессора с разъемом LGA 1156 это Core i7-860. Стоимость этого процессора на 85% ниже, чем процессора Core i7-870, а его производительность ниже производительности процессора Core i7-870 всего на 3,6%.
Показателен и тот факт, что младшая модель процессоров Intel, то есть процессор Intel Core i5-750, превосходит на 12% по производительности старшую модель в семействе AMD Phenom II X4, то есть процессор AMD Phenom II X4 965 BE. Но самое главное, что стоит процессор Intel Core i5-750 примерно на 11% меньше, чем процессор AMD Phenom II X4 965 BE.
Если говорить обо всех остальных процессорах AMD, принявших участие в нашем тестировании, то они относятся к категории бюджетных процессоров стоимостью менее 5 тыс. руб. и, конечно же, не могут конкурировать по производительности с процессорами Intel Core i7 и Intel Core i5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
По результатам анализа данных сегмента IT-индустрии, отвечающей за производство и продажу центральных процессоров за второй квартал 2011 года сотрудниками известного исследовательского агентства International Data Corporation (IDC) отмечено что в целом уровень роста данной отрасли снизился на 2,9%, если сравнивать с первым кварталом этого года.
Так, например, по сравнению с первым отчётным периодом за этот год аналитики IDC сообщают о снижении объёма поставок центральных процессоров на 2,9%, уровень продаж CPU снизился на 4%. Ровно год назад данные показатели были выше на 0,6 и 5,4% выше. Как и стоило того ожидать, безусловное лидерство в обозначенном сегменте IT-индустрии осталось за компанией Intel.
Тем не менее, Intel немного сдал позиции. Если в первом квартале текущего года компания Intel контролировала 80,8% рынка CPU, то во втором её гегемония снизилась до 79,3%. Рыночная доля AMD составила 20,4%, немного усилила свои позиции компания VIA с 0,2 до 0,3%.
D текущем году компания Intel планирует выпустить 10 недорогих CPU для настольного и мобильного сегментов. Сегодня стало известно, что ассортимент процессорного гиганта вскоре пополнится ещё восьмью микрочипами семейства Sandy Bridge, ориентированными на бюджетную и среднюю ценовую нишу. Возглавляет список будущих новинок процессор Intel Core i5-2320 с четырьмя вычислительными ядрами. Его номинальная тактовая частота равна 3,0 ГГц, в режиме Turbo она возрастает до отметки 3,3 ГГц. Термальный пакет у данного микрочипа не превышает значение 95 Вт.
Семейство микрочипов Core i3 пополнится сразу тремя новыми моделями, каждая из которых обладает двумя ядрами и поддержкой технологии Hyper Threading, но лишена функциональности Turbo. Первый процессор в данном модельном ряду – это Intel Core i3-2130 с тактовой частотой 3,4 ГГц, TDP на уровне 65 Вт, видеочипом Intel HD 2000 и оптовой стоимостью $138. Следом за ним в списке значится Intel Core i3-2125 со сниженной до 3,3 ГГц частотой, зато более производительной графикой Intel HD 3000, цена – $134. Замыкает данную линейку процессор Intel Core i3-2120T с термальным пакетом всего 35 Вт, частотой 2,6 ГГц и ценой $127.
Зарубежные СМИ говорят, что массовое производство микрочипов Bulldozer начнётся всентябре 2011 года, компания из Саннивейла представит на суд общественности два восьмиядерных процессора AMD FX-8100 и FX-8150, микрочип AMD FX-6100 с шестью вычислительными ядрами и четырёхъядерную модель AMD FX-4100.
В первом квартале 2012 года AMD планирует выпустить вторую волну процессоров с архитектурой Bulldozer.
ГЛОССАРИЙ
Адрес (англ.: address) – цифровой код, по которому осуществляется обращение к оперативной памяти или к компонентам вычислительной системы.
Арифметическо-логическое устройство (АЛУ -  Arithmetic logic unit (ALU)), которое выполняет основные математические операции (сложение, вычитание, побитовые операции и прочие).
Быстродействие процессора - processor speed (компьютера)  – скорость выполнения вычислительной системой определённых задач (программ).
Графического процессора (ГП) в литературе используется термин (англ.: Graphics Proccesing Unit - GPU). Графический процессор выполняет обработку графической информации. Он обычно монтируется на видеокарте, но бывает и на материнской плате.
Данные (англ.: data) – данные в машинном виде, необходимые для выполнения операции. Данные могут иметь различную длину и тип. Наиболее распространены типы данных – целые и дробные (с плавающей запятой) числа. В языках высокого уровня количество типов данных может быть существенно расширено, например, введены строковые данные, контейнеры и пр. 
Количество ядер (от 1 до 60 ) Число ядер в процессоре. Новая технология изготовления процессоров позволяет разместить в одном корпусе более одного ядра. Наличие нескольких ядер значительно увеличивает производительность процессора.
Конвейер (англ.: pipelining) – способ ускорения работы процессора за счет разбивки операции на набор однотипных действий, которые для нескольких операций могут выполняться одновременно (выборка команды, её дешифрация и т.д.). 
Корпус процессора (англ.: Processor package) – способ упаковки микросхемы процессора. Существует несколько десятков типов корпусов, применяемые для размещения в них микросхемы процессора. Существуют керамические и пластиковые корпуса, с различными способами вывода контактов. Подробнее корпусам процессоров будет посвящена отдельная часть статьи. 
Кэш (англ.: CPU cache) обычная принадлежность современных процессоров. Кэш, это память предназначенная для хранения промежуточных результатов работы узлов процессора и позволяет сократить время работы с оперативной памятью компьютера. Объем кэш-памяти от нескольких десятков килобайт до нескольких гигабайт.
Линейка  - Модельный ряд, или линейка, к которой относится процессор. В рамках одной линейки процессоры могут значительно отличаться друг от друга по целому ряду параметров. У каждого производителя существует так называемая бюджетная линейка процессоров.
Максимальная рабочая температура (от 54.8 до 105 C) Допустимая максимальная температура поверхности процессора, при которой возможна нормальная работа. Температура процессора зависит от его загруженности и от качества теплоотвода. В холостом режиме и при нормальном охлаждении температура процессора находится в пределах 25-40°C, при высокой загруженности она может достигать 60-70 градусов.
Математический сопроцессор (МСП) – один из основных компонентов центрального процессора, который обеспечивает ускорение выполнения математических операций с плавающей запятой. Допускается сокращение термина математический сопроцессор до простого термина сопроцессор, однако в данном случае следует быть внимательным, так как существуют сопроцессоры, выполняющие различные специализированные задачи. В англоязычной литературе для обозначения таких компонентов используют термин Floating point unit (FPU). Конструктивно сопроцессор может быть вмонтирован в центральный процессор и выполнен в виде отдельного модуля вычислительной системы. 
Машинная команда – компьютер осуществляет обработку операций, записанных в специальном машинном коде (англ.: Machine code), который состоит из машинных команд (англ.: machine code instruction). 
Микроконтроллер (МК - micro-controller, MCU или µC) - эти устройства являются специализированными миникомпьютерами, собранными в одной микросхеме. В состав микроконтроллера может входить помимо микропроцессора: модули памяти, АЦП и ЦАП и периферийные устройства и др. 
Напряжение на ядре (от 0.65 до 1.75 В) Номинальное напряжение питания ядра процессора. Этот параметр указывает напряжение, которое необходимо процессору для работы (измеряется в вольтах). Он характеризует энергопотребление процессора и особенно важен при выборе CPU для мобильной, нестационарной системы. 
Операнд (operand) – указатель на расположение данных, необходимых для выполнения операции. 
Оператор (англ.: statement) – команда процессору на выполнение определённых действий (инструкция) 
Операция (англ.: operator) – некоторое типовое действие процессора. Операции могут быть арифметическими, логическими и прочими, например операции сложения, вычитания, побитовое сложение и пр. 
Потребляемая мощность – одна из электрических характеристик процессора, которая характеризует максимальное расчетное значение потребляемой мощности. Потребляемая мощность соответствует сумме произведений мгновенных значений силы тока на электрическое напряжение всех активных компонентов процессора. Как правило, употребляя термин потребляемая мощность, имеется в виду максимальная потребляемая мощность, потребляемая всеми компонентами процессора в соответствии с логикой выполнения команды. Диапазон потребляемой мощности может варьироваться от 1 до 100Вт. Следствием потребления электрической энергии является нагрев процессора или выделение тепловой энергии, для обозначения которой используют термин выделяемая тепловая энергия (ВТЭ). В англоязычной литературе распространён термин thermal design power (TDP), который соответствует термину ВТЭ, но в некоторых случаях он ассоциируется с потребляемой мощностью. 
Производительность процессора (англ.: processor’s performance) – характеризует количество операций, выполненных процессором в единицу времени. Существует несколько способов измерения производительности процессора. Наиболее простой – это измерение количества атомарных побитовых операций, выполняемых процессором за секунду (МОВС, в англоязычной литературе – million instruction per second (MIPS)). Более сложным является измерение скорости выполнения операций с плавающей запятой, которая измеряется в флопсах.
Процессор (англ.: Processor) – один из основных компонентов компьютера, в задачи которого входит выполнение различных арифметических операций и координация работы различных компонентов компьютера. Процессоры присутствуют не только в персональных компьютерах, но и в различных бытовых и промышленных устройствах, таких как утюги, стиральные машины, печатающие устройства и прочие.
Разъём процессора – (socket) - гнездовой или щелевой разъем для установки процессора на плате, который предназначен для облегчения монтажа и демонтажа процессора на материнскую плату, заменив прямую распайку процессора. Как правило, разъём процессора употребляется в отношении центрального процессора, т.к. графический и прочие виды процессоров жестко монтируются на карте.
Регистры процессора (processor register) – малоразмерная, но очень быстрая память процессора. Используется процессором для хранения обрабатываемых данных (операнда, результатов вычислений и пр.). Выделяются сегментные регистры и регистры данных. 
Сетевой процессор (англ.: network processor) – это микропроцессор, размещаемый в сетевых устройствах, выполняющий специализированные операции, которые востребованы при передаче данных по сетям. Как правило, сетевой процессор размещается в сетевом устройстве: сетевых платах, маршрутизаторах, коммутаторах и пр. 
Системной шиной (СШ) обозначают линии передачи данных между процессором и различными компонентами компьютера и периферийными устройствами. В англоязычной литературе шину обозначают термином Front side bus (FBS). Выделяется шина адреса (англ.: address bus) и шина данных (англ.: data bus). Одной из ключевых характеристик шины является её разрядность (англ.: width of bus). В современных компьютерах разрядность шины составляет 32 (32-bit) или 64 бита (64-bit). Однако в ряде специализированных устройств можно встретить и шины другой разрядности.
Такт процессора (англ.: processor cycle) – промежуток времени между двумя сигналами тактового генератора, синхронизирующего выполнение операций. 
Тепловыделение (от 10 до 165 Вт) TDP еличина тепловыделения процессора. Тепловыделение - это мощность, которую должна отводить система охлаждения, чтобы обеспечить нормальную работу процессора. Чем больше значение этого параметра, тем сильнее греется процессор при работе.
Техпроцесс  - это масштаб технологии, которая определяет размеры полупроводниковых элементов, составляющих основу внутренних цепей процессора (эти цепи состоят из соединенных соответствующим образом между собой транзисторов). Совершенствование технологии и пропорциональное уменьшение размеров транзисторов способствуют улучшению характеристик процессоров.
Транзистор (англ.: transistor) – базовых элемент процессора, на котором выполнены все его узлы. Процессоры используемые в компьютерах выполнены по МОП технологии. Современный п