Tendinţe - PC Magazine Romania, Martie 2004

Operaţiunea Prescott

Bogdan Kerekes

Intel nu a purtat până acum un război uşor cu AMD. Lupta a fost crâncenă însă Intel a reuşit să stabilizeze frontul cu scalabilitatea platformei Pentium 4. Într-un scenariu favorabil ei, compania ar fi avut suficient timp pentru pregătirea unei noi ofensive bazate pe noul proces de fabricaţie de 90nm până când inamicul să se dezmeticească. Însă zvonurile din ultima perioadă au indicat faptul că 90nm nu pot fi atinşi fără o serie de probleme, printre ele numărându-se temperaturile ridicate de operare şi consumul ridicat de energie. Rezultatul poate fi văzut la lansare. Iniţial, Intel avea de gând să lanseze noul procesor în cantităţi suficiente la frecvenţe de 3,4 GHz. Însă se pare că rata de succes la 3,4 GHz a fost destul de scăzută, putându-se vorbi mai mult de o lansare "pe hârtie" la această frecvenţă.

Intel recunoaşte că disponibilitatea variantei 3,4 GHz va fi scăzută o perioadă de timp, distribuitorii având un acces mai facil la variantele 3,2 GHz şi inferioare.

Pentru a masca mişcările deloc ample de trupe, Intel mai aruncă pe câmpul de luptă şi câteva fumigene: o pereche de noi procesoare Pentium 4 construite pe baza tehnologiei precedente, Northwood. Unul dintre ele este un procesor Northwood "clasic" cu 512 kB de cache de nivel 2. Celălalt va fi o variantă îmbunătăţită a primului, ridicat astfel la rangul de Pentium 4 Extreme Edition (botezat "Emergency Edition", cel mai probabil de către inamici), cu un cache de nivel 2 de 512 kB şi cu 2 MB de cache nivel 3. Ambele vor lucra la 3,4 GHz.

Fig. 1 - Caracteristici de baza ale procesoarelor.

Microarhitectura Prescott

Atunci când Intel a trecut la procesul de 130 nm cu nucleul Northwood, proiectanţii au mai adăugat 256 KB de memorie cache de nivel 2 şi au dezlănţuit o facilitate ce era prezentă, însă ascunsă, încă de la Willamette: posibilitatea de a executa simultan mai multe activităţi, pe care Intel a botezat-o Hyper-Threading. Iniţial, această armă a fost dezactivată şi în Northwood, însă a fost pe deplin desfăşurată în faţa publicului atunci când a fost atinsă frecvenţa de 3,06 GHz.

Odată cu trecerea la 90 nm, Intel a avut din nou ocazia de a îmbunătăţi arhitectura. Prescott are un număr de îmbunătăţiri, unele fiind simple valorificări ale unui proces de fabricaţie superior, altele fiind modificări de substanţă ale arhitecturii interne. Cea mai evidentă schimbare, adusă de dimensiunea redusă a pastilei procesorului fabricat la 90 nm, este memoria cache adiţională. Atât cea de nivel 1 şi 2 a fost dublată, ajungând la 16 KB respectiv 1MB pentru cea de nivel 2, unificată pentru date şi instrucţiuni. Astfel, noua tehnologie permite construirea unui procesor cu dublul cache-ului din Northwood şi totodată cu o dimensiune redusă. Intel a mai făcut încă o manevră, promovând agresiv wafere de 300 mm (discurile de siliciu din care sunt realizate procesoarele). Rezultatul este reducerea semnificativă a costului per procesor fabricat, dintr-un wafer fiind realizate astfel mai multe procesoare. Cu siguranţă, costul noilor tehnologii de fabricaţie trebuie amortizat, însă pe termen lung costurile sunt reduse şi nu ar fi exclus ca la un moment dat să avem pe piaţă procesoare mai ieftine.

Benzi de asamblare, jocul de-a predicţia şi alte modificări

Filosofia ce a stat la baza procesorului Pentium 4 a fost scalarea performanţei prin creşterea frecvenţei de operare. O cale de a atinge frecvenţe mai mari este creşterea numărului de etape de pe pipeline, timpul de propagare între etape fiind redus. Însă o arhitectură cu o bandă lungă de asamblare trebuie să aibă o foarte bună cunoaştere a instrucţiunilor ce urmează să intre la prelucrare în viitorul apropiat.

Abilitatea de a prezice momentul când codul se va ramifica şi deci a cunoaşte ce cod va intra la prelucrare în procesor este cunoscută drept "predicţia salturilor". O arhitectură cu benzi de asamblare prelungi are nevoie de o unitate de predicţie a salturilor aproape infailibilă. Dacă la prelucrare intră instrucţiuni de pe ramura incorectă, banda de asamblare va trebui oprită, golită de conţinut şi reîncărcată cu instrucţiunile corecte.

Aritectura Prescott a mai primit 8 KB cache de nivel 1, pentru un total de 16 KB, ce este acum de tip asociativ pe 8 căi. Noul cache de 1 MB de nivel 2 a rămas tot de tip asociativ pe 8 căi.

A fost adăugată o nouă unitate de înmulţire pentru întregi. Anterior, multiplicatorul în virgulă mobilă era folosit şi pentru întregi, însă astfel era crescută latenţa prin mutarea operanzilor în unitate şi apoi preluarea rezultatului ca întreg. Acum şi instrucţiunile de deplasare laterală şi rotire pot fi executate mai rapid şi asta datorită unui nou bloc logic inclus în una dintre cele două unităţi rapide aritmetico-logice. În arhitecturile anterioare, astfel de operaţii erau complexe şi mari consumatoare de ciclu procesor.

Multe dintre îmbunătăţiri pot părea absolut minore din punct de vedere al eficienţei. Însă toate au fost făcute având Hyper-Threading-ul dreot ţintă. De fapt, unele dintre modificările arhitecturale nu au nimic de a face cu rularea unui singur thread, însă îşi dovedesc eficienţa în condiţii multi-threading.

Instrucţiuni SSE3

Prescott a primit şi un număr de 13 instrucţiuni SSE printre care:

• o instrucţiune pentru accelerarea conversiei de la virgulă mobilă la întreg
• 5 instrucţiuni pentru îmbunătăţirea eficienţei încărcării, mutării şi duplicării datelor SIMD, utile în algoritmi numerici complecşi
• o instrucţiune pentru evitarea afectării cache-ului atunci când se încarcă date, utilă în anumite aplicaţii de compresie video
• 4 instrucţiuni pentru facilitarea manipulării structurilor masive de date. Utile în grafica 3D mai ales la manipularea vertecşilor.
• două instrucţiuni pentru facilitarea sincronizării threadurilor, cu îmbunătăţiri ale performanţelor Hyper-Threading

Asemeni adăugirilor anterioare la setul standard de instrucţiuni, beneficiile pot fi văzute doar în cazul recompilării aplicaţiilor, iar în unele cazuri doar în cazul în care ele vor fi optimizate manual. Din moment ce Prescott a fost trimis partenerilor încă de acum câteva luni, aşteptarea pentru o serie de aplicaţii cheie s-ar putea sa nu fie chiar aşa îndelungată.

Ce urmează

Prescott nu îşi va putea arăta adevărata valoare în teste până când aplicaţiile nu vor fi optimizate SSE3. Însă SSE3 nu va însemna salturi spectaculoase în toate aplicaţiile. De exemplu, aplicaţiile tip office nu vor avea cum să câştige performanţă la acest capitol. Iar viteză crescută în jocuri nu se va putea vorbi până când bibliotecile DirectX şi driverele nu vor fi optimizate pentru Prescott.

Adevărata putere a lui Prescott stă însă în Hyper-Threading, tehnologie ce va rămâne în atenţia Intel. Testele au arătat că în majoritatea testelor, un Prescott de 3,2 GHz depăşeşte un Northwood de 3,4 GHz. Dacă lucraţi pe un desktop cu o mulţime de ferestre deschise şi cu multe procese ce rulează în background, o situaţie deloc excepţională în zilele noastre, Prescott s-ar putea să fie exact ce vă doreaţi.

Performanţa Prescott este de aşteptat să crească destul de rapid odată cu ajungerea la cota 4 GHz către finalul anului. O linie mai lungă de asamblare va permite o scalare mai bună comparativ cu Northwood. Iar performanţa multitasking este doar un alt as aflat în cărţile Intel. În curând vom vedea ca de obicei si procesoare Xeon bazate pe noul nucleu, cu mai mult cache şi cu facilităţi multiprocesor.