Nghiên cứu cấu trúc các dòng chip Intel Core I hiện nay

Trường Đại Học Kinh Tế Kĩ Thuật Công Nghiệp******Khoa Công Nghệ Thông TinLớp CNTT 4A2 Bài Thảo luận Môn Kiến trúc máy tính Giáo viên HD : Trần Thanh Đại Nhóm Thảo luận 5 Đỗ Văn Mạnh Nguyễn Thị Thiệp Nguyễn Thị Quỳnh Hương Trần Thị Tình Đỗ Thị Tuyết Vũ Đình Vinh Nghiên cứu cấu trúc các dòng chip Intel Core I hiện nay. Phần 1 – Sơ lược về dòng chip core I của Intel Hiện tại, Intel có khá nhiều dòng BXL Core i khác nhau nhằm đáp ứng nhu cầu từ phổ thông đến cao cấp. Kể từ khi kiến trúc Nehalem thay thế kiến trúc Core 2, Intel đã liên tục cho ra đời nhiều dòng bộ xử lý (BXL) dựa trên nền tảng này với những cách đặt tên hoàn toàn mới. Vậy có gì khác nhau giữa những dòng BXL đó? Mời bạn cùng Test Lab điểm qua một vài công nghệ nổi bật cũng như những điểm khác biệt của chúng. Đặc điểm chung của Nehalem Trước đây các BXL Core 2 muốn giao tiếp với các thành phần khác đều phải thông qua chipset cầu bắc bằng tuyến FSB (Front Side Bus) khiến hiệu suất hoạt động của các thành phần quan trọng cần băng thông lớn như bộ nhớ RAM, card đồ họa bị giảm. Để giải quyết điều này Intel đã tích hợp luôn một chip điều khiển bộ nhớ trong BXL giúp tăng tốc độ giao tiếp với bộ nhớ, băng thông giao tiếp giữa BXL với các thành phần khác trong hệ thống. Cùng với việc tích hợp thêm chip vào BXL thì số chân giao tiếp giữa BXL và bo mạch chủ (BMC) cũng nhiều hơn trước đây. Kiến trúc tổng quát hệ thống Bloomfield Hệ thống bộ nhớ đệm (cache) trên các BXL mới cũng có chút thay đổi với việc tăng cường thêm mức cache L3 dùng chung (L1, L2 riêng trên mỗi nhân) thay vì chỉ có 2 mức cache là L1 riêng trên mỗi nhân và L2 dùng chung như Core 2. Ưu điểm của thiết kế này giúp việc trao đổi dữ liệu giữa các nhân hiệu quả hơn mà không cần thông qua các cache bên trong của mỗi nhân. Giao thức truy xuất dữ liệu trong cache của các nhân cũng có sự chuyển biến thành giao thức MESIF (Modified, Exclusive, Shared, Invalid and Forward) giúp giảm bớt tần suất truy cập cache của các nhân để nâng cao hiệu quả tính toán song song. Ngoài ra, trong vi kiến trúc Nehalem, Intel lần đầu tiên còn tích hợp một chip điều khiển năng lượng PCU (Power Control Unit) để hiện thực công nghệ mới là Turbo Boost, giúp tự động chuyển năng lượng dư thừa từ những nhân “rảnh rỗi” sang nhân đang cần tải công việc lớn và nhân này sẽ hoạt động ở mức xung nhịp cao hơn mặc định nhằm tăng hiệu quả đồng thời cũng tiết kiệm điện hơn. Và một công nghệ khá quen thuộc trên các dòng vi xử lý Pentium 4 trước đây vốn bị quên lãng trên kiến trúc Core 2 do không cải thiện nhiều hiệu năng, giờ đây đã trở lại là Hyper Threading (công nghệ siêu phân luồng - HT) nhờ ưu điểm của kiến trúc Nehalem. Với công nghệ này mỗi nhân trong BXL có thể xử lý cùng lúc đến hai luồng, mang lại hiệu năng cao hơn khi chạy đa nhiệm cũng như các ứng dụng đa luồng. Chiến binh Bloomfield “đỉnh” Đây là dòng Nehalem đầu tiên cho máy để bàn hướng đến nhu cầu xử lý đồ họa, chơi game đỉnh nhất (Extreme Edition) với đầy đủ các công nghệ bên trên, kí hiệu nhận diện là Core i7-9xx. Chip điều khiển bộ nhớ bên trong các BXL dòng này hỗ trợ đến 3 kênh (triple channel) thay vì chỉ hai kênh (dual channel) như thông thường giúp nâng băng thông giao tiếp bộ nhớ lên đến 25,6GB/s và dung lượng RAM tối đa là 24GB DDR3. Tuyến FSB trước đây cũng được đổi thành Intel QPI (QuickPath Interconnect) và chỉ đảm nhiệm việc trao đổi giữa BXL với các thành phần còn lại trong hệ thống thông qua chipset cầu bắc (ngoài bộ nhớ). Và để phù hợp với những thay đổi mới, socket LGA775 (775 chân) cũng được thay thành LGA1366 với số chân lên đến 1.366; đi cùng với thế hệ BXL này là các BMC chipset Intel X58 với khả năng hỗ trợ cả hai công nghệ đồ họa SLI và ATI CrossFireX. Các BXL Bloomfield đều có 4 nhân cùng công nghệ HT giúp BXL có thể xử lý cùng lúc đến 8 luồng. Chính trong dòng Bloomfield này cũng chia ra hai phân khúc nhỏ là 9x0 thông thường và 9x5 Extreme Edition với điểm khác biệt duy nhất nằm ở tuyến bus hệ thống (9x0 là 4,8GT/s trong khi 9x5 là 6,4GT/s). Hiện phiên bản mạnh nhất trong dòng này là BXL Intel Core i7-975 Extreme Edition (ID: A0906_49). Mới đây Intel cũng đã tung ra BXL 6 nhân Core i7-980X Extreme Edition cũng với những kiến trúc tương tự nền tảng Bloomfield nhưng có đến 6 nhân với 12 luồng xử lý và được đổi tên thành Gulftown (tên mã thêm chữ X phía sau 9xx). Intel cũng đã tích hợp thêm chức năng bảo mật mới vào BXL này là Intel AES-NI (Advanced Encryption Standard New Instructions) giúp tăng hiệu suất mã hóa và giải mã, mang lại tốc độ hoạt động cao hơn trong các môi trường đòi hỏi bảo mật cao. Đây là BXL 9xx đầu tiên sản xuất trên công nghệ 32nm thay cho 45nm, giúp BXL tận dụng điện năng hiệu quả hơn. Cụ thể i7-980X với 6 nhân, mỗi nhân xung nhịp 3,33GHz nhưng chỉ tiêu thụ ngang với i7-975 bốn nhân cùng xung nhịp. BXL mới vẫn chạy trên nền tảng chipset Intel X58 và tuyến bus hệ thống vẫn là 6,4GT/s tương tự dòng Core i7-9x5. Lynnfield cho trung và cao cấp Các BXL Core i7-9xx tuy hiệu năng cao nhưng giá thành cho một hệ thống Bloomfield cũng quá “khủng” (BXL + bo mạch chủ + RAM triple channel…) và đa số người dùng không cần đến hiệu năng quá “đỉnh”. Để giải quyết điều này, Intel đã cho ra đời dòng Lynnfield (máy để bàn) với một vài điểm khác biệt so với "đàn anh" Bloomfield. Chip điều khiển bộ nhớ tích hợp trong BXL chỉ hỗ trợ bộ nhớ DDR3 kênh đôi thay vì 3 và băng thông bộ nhớ cũng giảm xuống còn 21GB/s; dung lượng hỗ trợ tối đa là 16GB. Lynnfield cũng tích hợp luôn điều khiển giao tiếp với card đồ họa vào BXL nên giờ đây trên BMC chỉ còn lại một chip cầu nam và tuyến Intel QPI được rút gọn thành Intel DMI với băng thông thấp hơn (2,5GT/s) - vì băng thông cho hai thành phần ngốn nhiều nhất là RAM và card đồ họa đã được tích hợp vào BXL. Tuy nhiên điều khiển đồ họa trong BXL Lynnfield chỉ hỗ trợ băng thông 16x khi chạy 1 card và 8x8x khi chạy hai card (SLI hay ATI), trong khi Bloomfield là 16x16x và những BXL Lynnfield thế hệ đầu tiên này cũng được Intel khóa hệ số nhân nên không thể ép xung bằng những cách thông thường. Những rút gọn này đã giúp các BXL Lynnfield có giá thành thấp hơn so với "đàn anh". Và trong dòng Lynnfield, Intel cũng chia ra hai phân khúc là Core i5 (7xx, 4 nhân, không có công nghệ HT), đại diện là i5-750 (ID: A0910_42) cho người dùng tầm trung và Core i7 (8xx, 4 nhân, có HT), đại diện là i7-870 (ID: A0910_42) cho nhu cầu cao hơn. Đi kèm nền tảng này là các BMC chipset Intel P55. Kiến trúc tổng quát hệ thống Lynnfield Intel vừa mới bổ sung một phiên bản cho dòng này là Intel Core i7-875K với một cải tiến đáng giá là hệ số nhân đã được mở, đáp ứng cho những người đam mê ép xung cũng như những game thủ muốn tăng tốc hệ thống khi đối đầu với những game hạng nặng. Về cơ bản, Core i7-875K thực chất là Core i7-870 với những thông số tương đương nhưng được mở hệ số nhân và rút gọn 2 tính năng là VT-d (Virtualization Technology for Directed I/O - tính năng cho phép người dùng gán trực tiếp thiết bị vật lý trong hệ thống cho một máy ảo thay vì phải giả lập bằng phần mềm giúp cải thiện hiệu năng của các giải pháp ảo hóa) và Trusted Execution Technology (bảo vệ dữ liệu cũng như chương trình khỏi những mối nguy hiểm). Có thể phân biệt dòng hệ số nhân mở với các thế hệ trước bằng kí tự “K” phía sau tên mã. Clarkfield Clarkfield (hay còn gọi là Lynnfield cho máy tính xách tay) dựa trên nền tảng gần như tương đương với Lynnfield nhưng được Intel chế tạo với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn (45W thay vì 95W như Lynnfield). BXL Clarkfield cũng hỗ trợ bộ nhớ DDR3 với băng thông tối đa 21GB/s nhưng dung lượng tối đa chỉ 8GB. Hiện tại, các BXL Clarkfield chỉ có hai dòng là Core i7-7xxQM (cache L3 6MB) và Core i7-8xxQM (cache L3 8MB). Cả hai dòng đều sở hữu đến 4 nhân cùng công nghệ HT với 8 luồng xử lý giúp các máy tính xách tay đủ sức chinh phục những ứng dụng đồ họa nặng ký cùng game đỉnh. Các BXL dòng này hỗ trợ các công nghệ chạy đa card đồ họa (16x hay 8x8x) SLI lẫn ATI CrossFireX. Socket của dòng Clarkfield cũng được đổi từ LGA1156 thành PGA988. Clarkdale cho phổ thông và tầm trung Đối với đại đa số người dùng thông thường thì một hệ thống máy tính với đồ họa tích hợp đã là quá đủ, nhưng nền tảng Lynnfield lại bắt buộc phải có card đồ họa rời. Câu trả lời là thế hệ Nehalem Clarkdale tích hợp một nhân xử lý đồ họa khá mạnh bên cạnh chip điều khiển bộ nhớ và điều khiển giao tiếp với đồ họa rời như Lynnfield (16x hay 8x8x). Số nhân xử lý của Clarkdale được rút gọn còn hai nhân với 4 luồng xử lý qua công nghệ HT; mức cache L3 cũng giảm xuống còn 4MB. Clarkdale đi cùng các chipset H55, H57 và Q57 đồng thời vẫn có thể chạy trên các BMC chipset Intel P55 (không sử dụng được đồ họa tích hợp). Kiến trúc tổng quát hệ thống Clarkdale Dòng này cũng được chia thành 2 phân khúc là Core i3 (tên mã Core i3-5xx) cho người dùng phổ thông và Core i5 (tên mã Core i5-6xx) cho phân khúc cao hơn với điểm khác biệt nằm ở công nghệ Intel Turbo Boost: Core i5 vẫn có, còn Core i3 không có tính năng này, có lẽ để giảm giá thành. Tương tự Core i5-875K, Intel mới tung ra thêm phiên bản hệ số nhân mở cho phân khúc Clarkdale là Intel Core i5-655K với những thông số tương tự Core i5-650 nhưng rút gọn tính năng VT-d và Trusted Execution Technology. Arrandale Bên cạnh BXL Clarkdale với đồ họa tích hợp cho máy để bàn, Intel đưa ra dòng BXL với đồ họa tích hợp cho máy tính xách tay là Arrandale (hay còn gọi là Clarkdale cho máy tính xách tay). Tất nhiên Arrandale cũng có kiến trúc tương đồng với Clarkdale nhưng có mức tiêu thụ điện năng tối đa thấp hơn, chỉ còn 35W với dòng thường và 18W-25W đối với các dòng điện thế thấp. Dung lượng RAM tối đa hỗ trợ giảm xuống còn 8GB DDR3 và băng thông bộ nhớ tối đa là 17,1GB/s thay vì 21GB/s như Clarkdale. BXL Arrandale cũng trang bị hai nhân với 4 luồng xử lý đồng thời nhưng có mức cache L3 khác nhau tùy theo dòng. Core i3 (tên mã Core i3-3xx) với mức cache L3 là 3MB, không có công nghệ Turbo Boost hướng đến đối tượng người dùng phổ thông. Core i5 với hai dòng là Core i5-4xx và Core i5-5xx (cao hơn 4xx) cũng với mức cache L3 3MB, có công nghệ Turbo Boost hướng đến người dùng tầm trung. Và phiên bản cao nhất trong dòng Arrandale là Core i7 (tên mã Core i7-6xx) với hai nhân, 4 luồng xử lý, công nghệ Turbo Boost nhưng mức cache L3 là 4MB. Tóm lại, phân khúc các BXL Intel Core i có thể được sắp xếp như sau: Máy để bàn: Core i3-5xx 82% rất đáng để các bạn dừng lại để suy nghĩ. Một bảng so sánh của Coolaler thực hiện THE END See You Again !