Tài liệu Bên trong vi cấu trúc Intel Nehalem (phần 1) doc

Bên trong vi cấu trúc Intel Nehalem (phần 1)

Nehalem là tên mã của CPU Intel mới mà có tích hợp Bộ phận điều khiển
bộ nhớ bên trong và sẽ có mặt trên thị trường trong tháng tới và sẽ có tên gọi
Core i7 . Cấu trúc này cũng sẽ được dùng cho những bộ vi xử lí trong những
hệ thống Máy chủ những năm tới và nó cũng sẽ có mặt trong những CPU giá
rẻ.
Những CPU dựa trên cấu trúc này sẽ tích hợp bộ phận điều khiển bộ nhớ hỗ
trợ tới Triple-Channel DDR3 , 03 mức Cache và quay trở lại với công nghệ HyperThreading và
có Bus ngoài mới có tên gọi QPI ( QuickPath ) . Trong bài này chúng tôi sẽ giải thích những gì
mới trong cấu trúc này .
Bên dưới là tóm lược những đặc điểm chính của Nehalem
• Dựa vào Vi cấu trúc Intel Core
• Có 02 tới 08 lõi
• Tích hợp Bộ phận điều khiển bộ nhớ , có thể hỗ trợ Triple-Channel DDR3 .
• 256KB Cache L2 cho mỗi lõi
• 8MB Cache L3
• Tập lệnh SSE 4.2 mới với 07 lệnh mới
• Hỗ trợ công nghệ HyperThreading
• Turbo Mode ( tự động Overclock )
• Nâng cấp vi cấu trúc ( hỗ trợ Maro-Fusion 64-bit , cải tiến Loop Stream Detector , 06
cổng gửi dữ liệu – Dispatch …) .
• Cải tiến Bộ phận Dự đoán rẽ nhánh bằng cách thêm BTB thứ hai ( Branch Target Buffer )
• Tối ưu hoá những lệnh SSE không thẳng hàng .
• Cải thiện hiệu suất ảo hoá . Theo Intel thời gian trễ giảm đi 65% so với bộ vi xử lí 65nm
Core 2 và giảm 20% so với 45nm Core 2 .
• Bus ngoài QPI ( QuickPath Interconnect ) mới .
• Bộ phận điều khiển năng lượng mới .
• Công nghệ sản xuất hiện tại là 45nm và những Model tương lai sẽ là 32nm có tên mã
“Westmere” .
• Socket mới với 1366 chân .

Một điều quan trọng nên nhớ đó là những bộ vi xử lí Core 2 được sản xuất dựa trên công nghệ
dưới 45nm sẽ có nhiều tính năng hơn những bộ vi xử lí được sản xuất trên công nghệ 65nm . Tất
cả những tính năng này đều có mặt trong bộ vi xử lí Nehalem đáng chú ý nhất đó là :
· Tập lệnh SSE 4.1 với 47 lệnh SSE mới .
· Công nghệ Deep Power Down ( chỉ có trong những CPU Mobile và được gọi là Trạng thái C6
– State )
· Công nghệ Enhanced Intel Dynamic Acceleration Technology ( chỉ có trong những CPU
Mobile ) .
· Cải thiện FPU ( Bộ tính toán dấu phảy động ) bằng những phép chia theo hệ số 16 nhanh hơn “
Fast Radix-16 Divider “
· Cải thiện FPU ( Bộ tính toán dấu phảy động ) bằng “Super Shuffle Engine”
· Công nghệ Ảo hoá nâng cao “Enhanced Virtualization Technology” ( hiệu suất tăng 25 – 75%
khi chuyển trạng thái sang máy ảo ) .
Bộ phận điều khiển bộ nhớ tích hợp
Ngay từ khi bắt đầu những CPU của Intel sử dụng Bus ngoài có tên gọi FSB ( Front Side Bus )
để chia xẻ việc truyền thông tin giữa Bộ nhớ và những yêu cầu I/O . Những bộ vi xử lí mới dựa
trên lõi Nehalem sẽ tích hợp Bộ phận điều khiển bộ nhớ bên trong và như vậy sẽ cung cấp hai
Bus ngoài : Bus bộ nhớ để nối CPU tới bộ nhớ và Bus I/O để nối CPU với thế giới bên ngoài .
Việc thay đổi này sẽ nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống vì hai lí do
• Có hai đường dữ liệu riêng biệt cho việc truy cập những thiết bị I/O và bộ nhớ .
• Truy cập bộ nhớ nhanh hơn vì CPU không cần trao đổi thông tin với bất kì những linh
kiện bên ngoài CPU .
Trong Hình 1 và Hình 2 so sánh cấu trúc truyền thống dùng với những CPU của Intel và cấu trúc
mới sẽ được dùng với những CPU mà có tích hợp Bộ phận điều khiển bộ nhớ .

Hình 1 : Cấu trúc dùng với những CPU Intel hiện tại

Hình 2 : Cấu trúc được dùng với những CPU mà có tích hợp Bộ phận điều khiển bộ nhớ .
Bus ngoài mới dùng có tên gọi QPI ( QuickPath Interconnect ) và nó cung cấp hai đường dữ liệu
riêng biệt ( một để Truyền dữ liệu và một để Nhận dữ liệu ) để CPU trao đổi thông tin với

Chipset hoặc với những CPU khác , trong trường hợp máy chủ có nhiều CPU . Như thế cũng dễ
dàng nhận thấy QPI có ý tưởng tương tự như với Bus HyperTransport của hệ thống AMD . Thế
hệ QPI đầu tiên sẽ làm việc với tốc độ 3.2GHz , truyền hai dữ liệu 16-bit tương đương với tốc độ
truyền dữ liệu lớn nhất theo lí thuyết là 12.6 GB/s theo mỗi hướng . Chúng tôi đã có bài viết về
Bus QPI các bạn nên xem để biết thêm chi tiết .
Những CPU dùng cho máy tính để bàn sẽ chỉ có 01 đường QPI , trong khi đó những CPU sử
dụng trong hệ thống Máy chủ sẽ có 02 Bus QPI độc lập cho phép chúng được nối với nhau trong
môi trường SMP ( Symmetric MultiProcessing ) .
Bộ phận điều khiển bộ nhớ tích hợp trong những bộ vi xử lí Nehalem có thể thiết lập theo cấu
hình Triple-Channel , có nghĩa là nó có khả năng truy cập ba thanh nhớ cùng một lúc , điều này
cho phép cải thiện hiệu suất làm việc trong toàn bộ hệ thống . Theo lí thuyết cấu trúc Triple-
Channel cung cấp băng thông tăng thêm 50% so với cấu trúc Dual-Channel trước kia với cùng
một tốc độ xung nhịp .
Do vậy để đạt được hiệu suất cao nhất có thể với những hệ thông của Nehalem nếu CPU đó hỗ
trợ Triple-Channel như Core i7 , chúng ta cần 03 hoặc 06 thanh nhớ .
Bạn nên chú ý điều thay đổi này bởi vì hầu hết hiện nay trong PC dùng 2GB hoặc 4GB ( với hai
hoặc bốn thanh nhớ cho những cấu trúc Dual-Channel ) và với hệ thống Nehalem mới thì bộ nhớ
trong PC sẽ có dung lượng 1.5GB , 3GB hoặc 6GB cho hiệu suất cao nhất.
