Соединения QuickPath.

Хотя архитектура Core была эффективной c шиной Front Side Bus (FSB), которая соединяет процессор с северным мостом, но для многопроцессорных конфигураций архитектура с трудом справлялась с увеличением нагрузок. Процессорам приходилось совместно использовать эту шину не только для доступа в память, но и для обеспечения когерентности данных, находящихся в соответствующей Cache–памяти.

В данной ситуации поток транзакций по шине быстро приводил к насыщению. Долгое время Intel обходила эту проблему просто переходом на более скоростную шину или на большую Cache–память, но настало время исправить причину этой проблемы, полностью переработав механизм общения процессоров с памятью и другими компонентами.

Решение, выбранное Intel под названием QuickPath Interconnect (QPI), представляет собой встроенный контроллер памяти и очень быструю последовательную двунаправленную 20-битную шину с топологией соединения «точка-точка», при этом 16 бит в каждую сторону несут полезную информацию, и ещё 4 бита служат для коррекции ошибок и прочих служебных целей. Работая со скоростью 6,4 миллиарда транзакций в секунду, QPI обеспечивает скорость передачи данных 12,8 ГБ/с в каждую сторону, и, соответственно, 25,6 ГБ/с в сумме.

Функциональная схема QuickPath Interconnect

Поэтому интерфейс QPI даёт пропускную способность почти в два раза выше шины FSB, если запись и чтение сбалансированы должным образом. Теоретически, когда есть только операции чтения или записи, пропускная способность будет идентична FSB. Но следует помнить, что шина FSB использовалась как для доступа к памяти, так и для передачи всех данных на периферию или между процессорами. В случае Nehalem, интерфейс QPI исключительно предназначается для передачи данных на периферию, а за работу с памятью отвечает интегрированный в процессор контроллер. Связь между несколькими CPU в многосокетной конфигурации осуществляется ещё одним интерфейсом QPI. Даже в самой тяжёлой ситуации QPI должен показать лучшую производительность, чем FSB.

Таким образом, Nehalem был разработан с учётом гибкой и масштабируемой архитектуры, поэтому число доступных интерфейсов QPI меняется в зависимости от ориентации на тот или иной сегмент рынка – от одного интерфейса для связи с чипсетом в односокетных конфигурациях до целых четырёх для четырёхсокетных серверов. Это позволяет создавать полносвязные четырёхпроцессорные системы, когда каждый процессор может получать доступ к любой области памяти через один QPI, поскольку каждый процессор напрямую подключён к трём остальным.

Ядро настольных Core i7 имеет одну шину QPI, а вот в серверных процессорах содержатся два одноименных интерфейса. Один из них, по-прежнему, отвечает за связь с чипсетом, а второй служит «мостиком» между процессорами. В любом случае, производительности QuickPath Interconnect вполне достаточно, чтобы обеспечить жизнедеятельность платформ с несколькими CPU.

Принцип работы QPI в настольных и серверных платформах

Разумеется, для десктопного процессора такая пропускная способность в подавляющем большинстве случаев избыточна, особенно учитывая тот факт, что QPI будет использоваться исключительно для связи с чипсетом — контроллер памяти уже встроен в процессор. (Актуальность данное решение имеет только для ситуации, когда чипсет обеспечивает большое количество линий PCI Express 2.0, как это реализовано в чипсете для платформы Nehalem — Intel Х58). Процессоры на базе новой архитектуры, предназначенные для использования в серверном сегменте, будут содержать несколько контроллеров QPI, что позволит им быть связанными между собой напрямую «каждый с каждым» для оптимальной реализации архитектуры памяти Non-Uniform Memory Access (NUMA).

Встроенный контроллер памяти

Последний важный элемент процессорного кристалла Bloomfield – Integrated Memory Controller (IMC). Напомним, что это первый опыт Intel в переносе управляющих структур памяти из северного моста в тело CPU.

Дебютное воплощение IMC предлагает трехканальный (192-битный) режим работы оперативной памяти.

Заложив в конструкцию контроллера памяти Nehalem сразу три канала с поддержкой DDR3-1333 (серверные версии под кодовым наименованием Nehalem-EP) или DDR3-1066 (десктопные Nehalem), Intel скорее всего рассчитывал избавиться от необходимости кардинально переделывать данный узел хотя бы в ближайшие годы, или, по крайней мере, переделывать крайне незначительно. Например, добавление будущим CPU поддержки более высокочастотной DDR3 при желании можно реализовать таким образом, чтобы ради их установки не пришлось менять системную плату.

Встроенный контроллер памяти

Поэтому считается, что лучшими наборами модулей RAM для платформы Nehalem LGA1366 станут комплекты DDR3, состоящие из трех планок. Впрочем, предварительные тесты показывают лишь небольшой, 1-5-процентный, прирост производительности при переходе с двух- на трехканальную организацию подсистемы памяти.

В целом, сниженная латентность доступа к RAM, возникшая за счет переноса IMC в тело процессора, дает значительный прирост пропускной способности памяти. Интересно другое: в большинстве приложений DDR3-1066 CL7 ничуть не уступает DDR3-1600 CL8, следовательно, потребность мощных систем в высокочастотных модулях памяти отходит на второй план.

Платформа LGA1366

Жизнеспособность процессоров линейки Core i7 обеспечивают соответствующие материнские платы на базе чипсета Intel X58 Express (Tylersburg). Упомянутый набор логики, в свою очередь, состоит из северного моста X58 IOH и южного моста ICH10(R), знакомого по актуальным предложениям на 775-м сокете.

Официально Core i7 рекомендуется использовать с планками DDR3-1066 (8,5 Гбит/с), однако существуют достоверные сведения об успешной работе на платах Intel X58 модулей памяти номиналом 1600 МГц и выше. В расчете на трехканальные комплекты оперативной памяти предусматривается, как правило, 3 или 6 слотов RAM; максимальный объем устанавливаемой DDR3 – 4 ГБ на один слот. На всякий случай отметим, что материнские платы LGA1366 под DDR2 выпускаться не будут, т.к. поддержка второго поколения DDR не реализована на уровне контроллера.

Графическая подсистема включает в себя от 2 до 4 слотов PCI-Express 2.0 (всего 36 линий, с возможностью расширения), совместимых с конфигурацией ATI CrossFireX и опционально с NVIDIA SLI. Производители материнских плат могут выбирать между программным и аппаратным способом реализации SLI. Впрочем, оба пути сопряжены с существенными материальными затратами, поэтому тандем видеокарт GeForce мы, скорее всего, увидим только на флагманских изделиях.

Модельный ряд Core i7.

В таблице представлены основные параметры четырехядерных процессоров Intel Core i7 (архитектура Bloomfield) на основе сокета LGA1366.

Модель CPU/Параметры	Intel Core i7-975 Extreme Edition	Intel Core i7-965 Extreme Edition	Intel Core i7-960	Intel Core i7-950	Intel Core i7-940	Intel Core i7-920
Частота ядра, ГГц	3,30	3,20	3,20	3,06	2,93	2,66
L1 Cache, КБ	32/32	32/32	32/32	32/32	32/32	32/32
L2 Cache, КБ	4 x 256	4 x 256	4 x 256	4 x 256	4 x 256	4 x 256
L3 Cache, МБ	8	8	8	8	8	8
Пропускная способность QPI, ГТ/с	6,4	6,4	4,8	4,8	4,8	4,8
TDP	130 Вт	130 Вт	130 Вт	130 Вт	130 Вт	130 Вт

Процессор Intel Core i7-920 – представитель семейства Core i7 в ближайшее время покинет каталог производителя. Замена этой модели должна появиться в первом квартале 2010 года под обозначением Core i7-930, который будет рассчитан на установку в процессорное гнездо LGA 1366 и тактовую частоту 2,88 ГГц (напомним, Core i7-920 рассчитан на частоту 2,66 ГГц). Он получит четыре ядра, способных исполнять восемь потоков команд, 8 МБ кэш-памяти третьего уровня, встроенный трехканальный контроллер памяти DDR3. Значение TDP составит 130 Вт. Пока неизвестно, какой техпроцесс будет использован в производстве нового процессора — 45-нанометровый или 32-нанометровый. Цена изделия на момент дебюта составит $255.

Выводы

Conroe стал серьёзным фундаментом для новых процессоров, и Nehalem построен как раз на нём. Здесь используется такая же эффективная архитектура, но теперь она более модульная и масштабируемая, что должно гарантировать успех в разных рыночных сегментах.

Компания Intel впервые применила встроенный контроллер памяти, причем, сразу же трехканальный, и отказалась от использования шины FSB. Внедрение новых энергосберегающих функций и технологий позволят, как снизит нагрев, так и повысить быстродействие при выполнении однопоточных приложений. Кроме того, была возвращена технология Hyper-Threading, которая использовалась в процессорах Pentium 4. Несмотря на серверную архитектуру, новые CPU имеют все шансы стать именно настольными после внедрения многопоточной обработки в обычные и игровые приложения, которые поднимут эффективность данных процессоров.

Вполне очевидно, что самый серьёзный прирост будет в тех ситуациях, где основным "узким местом" была оперативная память. Кроме добавления встроенного контроллера памяти, который, без сомнения, даст наибольший прирост касательно операций доступа к данным, есть и множество других улучшений, как крупных, так и мелких – новая архитектура Cache и TLB, и блоки предварительной выборки.

Процессоры Core i7 изготовлены по 45 нм технологии, но в отличие от своих предшественников все четыре ядра расположены на одном кристалле. Тогда как Core 2 Quad состоит из двух ядер Core 2 Duo, объединенных в одном корпусе. Кроме того, процессоры Nehalem содержат Cache–память третьего уровня объемом 8 МБ, встроенный трехканальный контроллер памяти DDR3 и контроллер шины Quick Path Interconnect (QPI), которые потребовали значительное увеличение контактов – до 1366, из-за чего размеры CPU нового поколения стали больше и по форме он уже напоминает прямоугольник, а не квадрат как у Core 2. Естественно, ни о какой совместимости разъемов речи не идет.