Układy obliczeniowe. na nowocześniejszy (gęstsze upakowanie

Transkrypt

1 SPIS TREŚCI Dossier Procesory jutra 58 Test porównawczy Sieciowe odtwarzacze multimedialne 64 Zdjęcia na LCD 72 Testy 76 Top Pytania, opinie i sugestie: pcwlab@idg.com.pl Prezent na ostatnią chwilę Święta tuż tuż, a my gwarantujemy, że wśród testowanych przez nas produktów znajdziesz doskonałe propozycje na gwiazdkowe prezenty. Po raz pierwszy w historii przeprowadziliśmy porównawcze testy urządzeń z dwóch ciekawych kategorii ramek cyfrowych oraz multimedialnych odtwarzaczy sieciowych. Prezent w postaci ramki cyfrowej, na której zdjęcia zmieniają się same, a dodatkowo na niewielkim ekranie LCD jest podręczny kalendarz, spodoba się każdemu, choćby z technologicznymi gadżetami nie był za pan brat. Druga kategoria skupia produkty bardziej zaawansowane. Sieciowe odtwarzacze multimedialne mają gigantyczne możliwości, o których wielu z was z pewnością marzy, nie wiedząc, że realizacja marzeń jest na wyciągnięcie ręki. Niewielkie skrzyneczki stawiane obok telewizora potrafią odtwarzać filmy, zdjęcia i muzykę z plików praktycznie dowolnego formatu. Podłączone do sieci dają zupełnie nowe możliwości pobierania danych z Internetu i zasobów domowych komputerów. DVD i Bluray mogą iść w odstawkę. Juliusz Kornaszewski Układy obliczeniowe Procesory jutra Procesory z wbudowanymi układami graficznymi, kilkunastoma rdzeniami oraz sprzętowymi funkcjami szyfrowania danych to nie futurystyka, lecz nieodległa przyszłość. Od ponad dwóch lat Intel konsekwentnie wprowadza technologiczne zmiany w produkcji procesorów według modelu, który nazwał Tick-Tock, nawiązując do cyklicznego tykania zegarka, a ściślej, do dźwięku wydawanego przez poruszające się w nim wahadło. Model ten ma na celu określenie ścisłych i co najważniejsze regularnych przedziałów czasowych, w których będą wprowadzane kolejne zmiany technologiczne. Cykl Tick to przejście na nowocześniejszy (gęstsze upakowanie tranzystorów) proces wytwarzania półprzewodników, a Tock wprowadzenie nowej architektury procesorów. Pierwszym cyklem, realizowanym w 2006 roku, było wprowadzenie na rynek architektury Merom (układy o roboczych nazwach: Conroe, Allendale, Wolfdale), czyli procesorów z rodziny Core 2 Duo. Układy te, podobnie jak wcześniejsze z mobilnej serii Core Duo (nazwa robocza Yonah), z której notabene bezpośrednio wywodzi się ich konstrukcja, produkowane były w 65-nanometrowym procesie technologicznym. Kolejny Wszystkie 32-nanometrowe procesory Intela obsługują technologię współbieżnej wielowątkowości Hyper-Threading. etap to 45-nanometrowe wersje jednostek centralnych Core 2 Duo oraz Core 2 Quad o roboczej nazwie Penryn. Niedawno byliśmy świadkami 58 styczeń

2 następnego wahnięcia (Tock), czyli pojawienia się architektury Nehalem (Core i7), w znanym już 45-nanometrowym procesie technologicznym. Teraz przyszedł czas na Tick, a więc na przeniesienie nieznacznie zmodyfikowanych Nehalemów do 32-nanometrowego procesu technologicznego. Nowa architektura otrzymała roboczą nazwę Westmere. Procesor z grafiką, czyli dwa w jednym W nowych jednostkach centralnych o roboczych nazwach Gulftown (procesory serwerowe i zaawansowane stacje robocze), Arrandale (układy mobilne) i Clarkdale (CPU do komputerów stacjonarnych) pojawiły się jednak niewielkie, aczkolwiek bardzo istotne z punktu użytkownika zmiany. Najważniejsza z nich to wbudowanie w układy Arrandale i Clarkdale zintegrowanego modułu graficznego, który tym samym przeniesiony został z chipsetu płyty głównej do procesora. Sam moduł o roboczej nazwie Ironlake będzie produkowany w starszym, bo jeszcze 45-nanometrowym procesie technologicznym i jest unowocześnioną wersją dostępnych w chipsetach modułów graficznych Intel GMA X4500HD (między innymi w chipsecie P45). Całość zintegrowana została na jednej procesorowej płytce drukowanej, do której przylepiono dwa rdzenie procesorowy i graficzny. Oznacza to, że w maszynach nowej generacji wraz z wymianą procesora na nowszy i szybszy będzie można jednocześnie zwiększyć wydajność zintegrowanego układu graficznego, co nie jest możliwe wówczas, gdy znajduje się w chipsecie płyty głównej. Wszystkie 32-nanometrowe procesory Intela obsługują technologię współbieżnej wielowątkowości Hyper-Threading. Oznacza to, że np. sześciordzeniowy Gulftown może jednocześnie przetwarzać aż 12 wątków. Więcej szczegółów na ich temat oraz orientacyjne ceny i daty premier zamieściliśmy w tabeli. Istotną nowością architektury Westmere jest sprzętowe wspomaganie kodowania AES. We wszystkich wersjach tych procesorów, zarówno mobilnych, jak i stacjonarnych, dodano nowy zestaw instrukcji kodujących i dekodujących AES-NI. Pozwolą one na bieżąco szyfrować dane przesyłane przez sieć oraz informacje przechowywane na przykład na twardym dysku, co zademonstrowano na tegorocznym Intel Developer Forum na przykładzie notebooków z najnowszymi 32-nanometrowymi układami Arrandale. Dzięki wprowadzeniu rozszerzenia listy rozkazów AES-NI procesory zgodne z x86 będą już obsługiwać ponad 700 dodatkowych instrukcji. Startujemy od czterech rdzeni Co zrozumiałe, znacznie mniej jest informacji o kolejnych układach Intela o roboczych nazwach Sandy Bridge (technologia 32-nanometrowa, zmiana architektury procesora, etap Tock), Ivy Bridge, (technologia 22-nanometrowa, etap Tick) oraz Haswell (technologia 22-nanometrowa, zmiana architektury, etap Tock). Procesory te są planowane kolejno na lata 2011, 2012 i Ciekawostką jest to, że architektura Ivy Bridge ma wprowadzić do najtańszych komputerów procesory czterordzeniowe, Co oznacza rozmiar technologiczny Przy produkcji procesorów bardzo często fachowcy posługują się terminem rozmiar (wymiar) technologiczny. Jest to po prostu długość boku kwadratu, w którym mieszczą się wszystkie elementy składowe pojedynczego tranzystora planarnego, będącego elementem składowym procesora: źródło, bramka oraz dren, a ponadto przynależne do niego ścieżki, izolacje i wyprowadzenia elektryczne. Obecnie do produkcji procesorów w tzw. procesie litografii immersyjnej wykorzystuje się lasery o długości fali światła 193 nm, co pozwala obniżyć wymiar technologiczny do 32 nm. Użycie specjalnej, wielofazowej cieczy immersyjnej umożliwi, tak jak w wypadku pamięci SRAM Intela zademonstrowanej na IDF-ie, zmniejszenie go do 22 nm. Osiągnięcie 16 nm wymaga już lasera 157 nm. W produkcji półprzewodników obecnie znanymi metodami produkcji będzie można osiągnąć 11 nm. Wafel krzemowy z pamięciami SRAM wykonanymi w procesie technologicznym 22 nm. Oznacza to, że Intel jest już przygotowany do wytwarzania procesorów w podobny sposób. styczeń

3 DOSSIER a w pozostałych rynkowych segmentach na dobre zadomowią się wówczas układy sześcio- i ośmiordzeniowe. Prace nad architekturą Sandy Bridge rozpoczęły się już w 2006 roku. Z dostępnych informacji wynika, że będzie rozwinięciem architektury Nehalem. Układy te mają być produkowane w wersjach 2-, 4-, 6- i 8-rdzeniowych, najszybsze powinny być taktowane z częstotliwością nieco powyżej 4 GHz, pojemność pamięci podręcznej L3 ma wynosić 2 3 MB na jeden rdzeń, całkowita zaś do 24 MB. Wiadomo, że dostęp do zgromadzonych w niej danych powinien się zamknąć w 33 taktach zegara. Ciekawe, że poszczególne rdzenie będą miały dostęp do pamięci cache L3 zorganizowany podobnie, jak w kartach graficznych ATI znajdzie się tam 256-bitowy pierścieniowy kontroler pamięci. Przypuszczalnie mogą się również pojawić procesory Sandy Bridge z pamięcią graficzną GDDR o pojemności do 512 MB, przeznaczoną do wbudowanych, tym razem już w strukturę krzemową, następców graficznego modułu Ironlake. Te GPU będą zgodne z bibliotekami graficznymi DirectX 11. Procesory z grafitu Gotowy wafel krzemowy z rdzeniami procesorów Intel Westmere. Oszczędzamy energię Cała konstrukcja Sandy Bridge a ma zostać podporządkowana maksymalnemu oszczędzaniu energii. W układach tych zaimplementowana będzie technologia Dynamic Turbo, modyfikacja techniki Turbo Boost. Pozwoli na dochodzące do około 40 procent przyśpieszenie szybkości przełączania częstotliwości, a w konsekwencji na jeszcze lepsze zarządzanie mocą obliczeniową w stosunku do zużywanej energii. Zagadką pozostaje, czy w układach tych zostaną zintegrowane funkcje mostka południowego, czyli układy ICH (I/O Controller Hub). Pewne jest natomiast wprowadzenie w architekturze Sandy Bridge rozszerzeń instrukcji SSE x86 o nazwie AVX (Advanced Vector Extensions), Wiele nadziei dotyczących zastąpienia krzemowej technologii półprzewodnikowej wiąże się z procesorami wykonanymi z grafitu, a w zasadzie jego formy dwuwymiarowej (jak kartka papieru), zwanej grafenem, a opracowanej w 2004 roku. Grafen to w istocie pojedyncza warstwa atomów węgla, które w strukturze krystalograficznej są ułożone na kształt plastrów miodu. Z takich warstw poukładanych jedna na drugiej składa się grafit, ale wydzielenie z niego grafenu było do niedawna niemożliwe, gdyż węglowe warstwy nie chciały się rozwinąć w płaską strukturę. Skręcały się w struktury zamknięte, tworząc znane wcześniej fullereny lub nanorurki. Grafen, podobnie jak fullereny i nanorurki, jest wytrzymały, ma bardzo małą rezystancję, a co za tym idzie dobrze przewodzi prąd, a nieźle ciepło. Te cechy sprawiają, że teoretycznie nadaje się doskonale do budowy bardzo szybkich układów elektronicznych, w tym procesorów. Pierwsze sukcesy w zaprzęgnięciu grafenu do budowy układów scalonych mają na swoim koncie naukowcy z IBM. W tym roku udało im się skonstruować i uruchomić tranzystory tego typu, o częstotliwości przełączania 26 GHz i wymiarze 150 nm. Co prawda, są stosunkowo duże, ale dość szybko się przełączają. Jeśli uda się zminiaturyzować ten elektroniczny element i połączyć grafenowe tranzystory w struktury logiczne, droga do skonstruowania bardzo szybkich grafenowych procesorów będzie otwarta. oficjalnie zaprezentowanych w marcu 2008 roku. Implementacja AVX przewiduje dodanie 291 rozkazów, wśród których 166 instrukcji zapożyczono Technologia Dynamic Turbo pozwoli na dochodzące do około 40 procent przyśpieszenie szybkości przełączania częstotliwości. z rozwiązań RISC. Dzięki temu przyśpieszone zostanie nie tylko przetwarzanie danych strumieniowych, ale również szybciej będą wykonywane instrukcje skalarne, czyli rozkazy dotyczące obróbki pojedynczych danych. Kierunek: 22 nanometry O ile 22-nanometrowe procesory Ivy Bridge będą udoskonaloną wersją Sandy Bridge a, o tyle o układzie Haswell wiadomo bardzo mało. Będzie prawdopodobnie pierwszym procesorem x86 z zaimplementowanymi rozkazami FMA (Fused Multiply-Add), zwanymi też instrukcjami wielokrotnej akumulacji dodawania, mnożenia i porównywania. Z rozkazami FMA można się było dotąd spotkać w procesorach sygnałowych, w których stanowią podstawową realizowaną 60 styczeń

4 UKŁADY OBLICZENIOWE SPRZĘT I OSPRZĘT przez nie operację logiczną (w skrócie: polegają na mnożeniu w jednym takcie zegara zawartości dwóch lub więcej rejestrów z dodaniem wyniku operacji do aktualnej zawartości innego rejestru). Zastosowanie rozkazów FMA w normalnych procesorach pozwoli m.in. na znaczne przyśpieszenie przetwarzania strumieni wideo lub audio, np. na ich dekodowanie lub poprawę jakości w locie bądź też na szyfrowanie danych w czasie rzeczywistym. Rozszerzone zostaną też rejestry AVX prawdopodobnie do 512 lub nawet 1024 bitów. Procesor będzie jednak w dalszym ciągu 64-bitowy, a 128-bitowe układy wejdą do produkcji prawdopodobnie dopiero w 2015 roku, a więc przy następnym Tocku. Będą produkowane już w 16-nanometrowym procesie produkcyjnym. Trudno w tej chwili mówić o wydajności i częstotliwościach zegara 22- nanometrowych procesorów Intela. Z niepotwierdzonych informacji wynika, że częstotliwość wzrośnie nieznacznie prawdopodobnie maksymalnie do 5 5,5 GHz. Wiadomo zaś, że podstawowa wersja Haswella będzie domyślnie produkowana w wersji Plan wdrożenia kolejnych wersji mobilnych procesorów rodziny Atom. ośmiordzeniowej. Całkowicie ma też zostać przeprojektowana pamięć podręczna L3, a niektórzy analitycy rynku IT uważają, że w procesorach serwerowych może się pojawić nawet L4. Cała konstrukcja Sandy Bridge a ma zostać podporządkowana maksymalnemu oszczędzaniu energii. Bardzo prawdopodobne jest też znalezienie się na jednej procesorowej płytce PCB zintegrowanego z układem koprocesora wektorowego. Przyszłość Atomów Zostawmy teraz na chwilę procesory do komputerów stacjonarnych i zajmijmy się przyszłymi procesorami do netbooków, nettopów i urządzeń typu MID. Intel odsłonił już część tajemnic dotyczących Atomów nowej generacji. Zaprezentował m.in. działający dwurdzeniowy 45-nanometrowy Atom o nazwie roboczej Lincroft. Układy SoC Z roku na rok coraz wyraźniejszy staje się trend polegający na umieszczaniu na jednym kawałku krzemu coraz większej liczby modułów funkcjonalnych. Dlatego zarówno AMD, jak i Intel coraz częściej mówią o układach SoC (System on Chip). Jest nim zaprezentowany na tegorocznym IDF-ie procesor o roboczej nazwie Jasper Forest. W tym 45-nanometrowym układzie zgodnym z architekturą Nehalem na jednej krzemowej płytce oprócz jądra CPU znalazły się: trzykanałowy kontroler pamięci DDR3, kontroler PCI Express 2.0 oraz kontroler RAID. To niemal kompletna platforma systemowa, pozwalająca na budowę miniaturowego, a zarazem wydajnego peceta, umieszczona w jednym układzie scalonym! Na początku 2010 roku ta specyficzna wersja Nehalema znajdzie się w systemach embedded i co ciekawe w serwerach storage. Na przyszły rok planowana jest też produkcja przemysłowo-serwerowych kontrolerów pamięci masowej i platform Storage Bridge Bay oraz komputerów przemysłowych PC i kontrolerów systemów automatyki. Wielu producentów zapowiedziało już produkcję opartych na Jasper Foreście serwerów kasetowych (tzw. blade) i specjalnych systemów wojskowych. styczeń

5 DOSSIER Wiadomo, że inżynierowie z AMD intensywnie pracują nad architekturą AMD Fusion, czyli procesorów zintegrowanych z układami graficznymi, które mają stworzyć nową Również AMD szykuje się do wprowadzenia wkrótce 32-nanometrowej technologii produkcji prawdopodobnie pod koniec 2010 roku. Wafel krzemowy z rdzeniami graficznymi Ironlake, które zostaną zintegrowane z CPU. W jego architekturze wprowadzono podział procesora na strefy zasilania i doprowadzania sygnału zegarowego. Jak wiadomo, Lincroft jest częścią platformy mobilnej Moorestown, która dostępna będzie na rynku już w 2010 roku. Ciekawe, że procesor ten został wyposażony w zintegrowany układ graficzny, sprzętowy dekoder wideo oraz kontroler pamięci. Intel przewiduje też zastosowanie modelu Tick-Tock do układów Atom. 32-nanometrowe Atomy pojawią się najprawdopodobniej pod koniec przyszłego roku. Układy AMD Również AMD szykuje się do wprowadzenia wkrótce 32-nanometrowej technologii produkcji prawdopodobnie pod koniec 2010 roku. Niestety, ujawniło niewiele na temat swoich procesorowych planów, a informacje w Internecie często są sprzeczne. klasę układów o nazwie APU (Accelerated Processing Unit). Pierwsza generacja układów AMD Fusion będzie produkowana właśnie w 32-nanometrowym procesie technologicznym, a APU o nazwie roboczej Llano ma być przeznaczony do komputerów niskobudżetowych. Z niepotwierdzonych informacji wynika, że Llano będzie wyposażony w rdzeń klasy Phenom II o roboczej nazwie Shanghai, 4 MB pamięci podręcznej trzeciego poziomu, kontroler pamięci RAM DDR MHz oraz moduł graficzny zgodny z DirectX 11. Jednocześnie w laboratoriach AMD trwają PRZEGLĄD TECHNOLOGII 32-NANOMETROWYCH PROCESORÓW INTELA (ARCHITEKTURA WESTMERE) Nazwa robocza Gulftown Clarkdale Arrandale Przeznaczenie serwery/ zawansowane stacje robocze i komputery dla graczy komputery biurkowe komputery mobilne nd. nie dotyczy; bd. brak danych 62 styczeń Liczba rdzeni (wątki) Typ gniazda Nazwa handlowa Platforma (MHz) Częstotliwość zegara Rdzeń (GHz) Zintegrowany układ graficzny (MHz) Tryb Turbo Mode 6 (12) LGA-1366 Xeon DP/Core i ,06 nd. tak (4) 2 (2) brak obsługi technologii HT LGA (4) mpga-989 Core i5 Core i , ,33 3,20 3,06 2,93 TDP (W) tak 733 Pentium 2, Core i7 Core i , ,13 2,00 1,20 1,06 2,53 2,40 nie nie

6 UKŁADY OBLICZENIOWE SPRZĘT I OSPRZĘT też prace nad nowymi rdzeniami o roboczych nazwach Bulldozer oraz odpowiednikiem intelowskiego Atoma układem Bobcat i platformą Yukon. Granice zmniejszania CPU W 2015 roku powinna się rozpocząć seryjna produkcja układów Intela w 16-nanometrowym procesie produkcyjnym, a w 2017 układy 11-nanometrowe, których pierwsze próbki najprawdopodobniej pokazane zostaną już w 2015 roku, a więc w chwili wdrożenia technologii 16-nanometrowej. Wytwarzanie układów 11-nanometrwych jest możliwe przy wykorzystaniu technologii dzisiejszej, a 8-nanometrowa, czyli następny etap technologiczny w produkcji półprzewodników, prawdopodobnie będzie dostępna za dziesięć lat. Naukowcy przewidują, że do granicy możliwości technologii półprzewodnikowej, a więc wymiaru technologicznego rzędu 4 6 nanometrów dojdziemy w roku. Opracowanie jeszcze bardziej zaawansowanego procesu dla technologii krzemowej będzie trudne. Pojedyncze cząsteczki związków chemicznych, takich jak kwasy tłuszczowe składające się z atomów węgla, mają już długość od 2 do 4 nanometrów. Poniżej Zintegrowane interfejsy i kontrolery Komunikacja z chipsetem 2 QPI (QuickPath Interconnect) DMI (Direct Media Interface) DMI (Direct Media Interface) Zintegrowany kontroler pamięci trzykanałowy DDR MHz PCI Express dwukanałowy DDR MHz 1x16 (do obsługi grafiki) dwukanałowy DDR MHz dwukanałowy DDR MHz tych wymiarów zaczynamy operować na pojedynczych warstwach atomowych, a więc wkraczamy w sferę elektroniki molekularnej w bardzo wczesnej fazie rozwoju: tranzystorów budowanych na pojedynczych cząsteczkach i atomach. Intel założył obecnie rozwój technologii półprzewodnikowych ze skokami do wymiarów technologicznych odpowiednio 32, 22, 16, 11 i 8 nanometrów. Jednak większość specjalistów uważa (ich opinię podzielają: AMD, IBM, Motorola oraz tajwańska TSMC produkująca m.in. Pamięć cache L3 (MB) Planowana data premiery Szacowana cena hurtowa (dol.) brak 12 drugi kwartał x16 (do obsługi grafiki) Dwurdzeniowy Atom już gotowy. 4 styczeń bd MB koniec roku układy graficzne dla ATI i NVIDII), że skoków powinno być więcej, co pozwoliłoby wykorzystywać jeszcze wydajniej półprzewodniki nie przez 15, lecz przez lat. W tym czasie można by dopracować konstrukcję procesorów optycznych, molekularnych lub kwantowych. Powinny to być skoki: 32, 28, 22, 18, 16, 11, 8 nanometrów i w takich technologiach prawdopodobnie będą się pojawiać kolejne generacje procesorów konkurencji Intela. Omawiając możliwości technologii półprzewodnikowej, trzeba wspomnieć o wielkości wafli wykorzystywanych do produkcji. Obecnie większość fabryk korzysta z 300-milimetrowych o grubości 775 μm. Na takim waflu mieści się przeciętnie procesorów. Zwiększając średnicę, można wytworzyć ich więcej. Już w przyszłym roku fabryki półprzewodników mają zacząć produkcję układów scalonych na waflach o średnicy 450 mm i grubości 925 μm. Ta pozornie niewielka zmiana pozwoli każdej fabryce na ponaddwukrotne zwiększenie liczby produkowanych procesorów. Miejmy nadzieję, że dzięki temu układy będą tańsze, a rezultaty inżynierskich badań pozwolą użytkownikom cieszyć się nowymi modelami coraz lepszych i szybszych procesorów co najmniej przez lat. INFO: go.pcworld.pl/16961 Marcin Bieńkowski styczeń