Основные характеристики процессоров

Перечень основных характеристик процессора

Основными характеристиками процессора являются:

  1. Технологический процесс.

  2. Количество транзисторов на кристалле.

  3. Тактовая частота (внутренняя и внешняя).

  4. Производительность.

  5. Потребляемая (рассеиваемая) мощность.

  6. Тип корпуса (разъема), количество выводов.

  7. Архитектура.

Технологический процесс и количество транзисторов на кристалле

Технологический процесс определяется размером электронного элемента, создаваемого на кристалле. Обычные значения этой величины — 130, 90, 65, 45, 32 нм.

Чем меньше размер элемента, тем соответственно, большее их число (число транзисторов) можно разместить на кристалле одной площади. Основным электронным элементом интегральной схемы является транзистор. Поэтому характеристикой процессора является именно число транзисторов на кристалле. Для современных процессоров значение этой характеристики перевалило за миллиард.

Тактовая частота и производительность процессора

Для оценки производительности используются различные единицы и различные тесты. Наиболее распространенными основными единицами являются IPS(InstructionsPerSecond) иFLOPS(FloatingPointInstructionsPerSecond), кратными —MIPS, MFLOPS, GFLOPS(M—Mega,G—Giga). Кроме того, существуют различные виды производительности: пиковая и реальная. Пиковая производительность — это теоретический максимум быстродействия процессора. Она определяется как максимально возможное число вычислительных операций, выполняемое в единицу времени всеми обрабатывающими устройствами процессора. Пиковая производительность связана с тактовой частотой процессора, разрядностью операндов, числом циклов (тактов) в команде. Например, Pentium за один такт может формировать один результат 64-разрядной операции с плавающей точкой или два результата 32-разрядных целочисленных операций. Таким образом, для Pentium 133 пиковая производительность равна 133 MFLOPS при выполнении вычислений с плавающей точкой и 266 MIPS при выполнении целочисленных 32-разрядных вычислений. Реальная производительность будет ниже, хотя и ненамного. SiSoftwareSandra2005 показывает, например, такие цифры: 131 MFLOPS и 236 MIPS.

Для пиковой производительности можно написать следующую формулу:

E = I/T = (I/Clock) ? (Clock/T) = F ? (I/Clock) = F ? IPC

Из этой формулы видно, что производительность можно повышать увеличением тактовой частоты или увеличением числа параллельно работающих исполнительных блоков.

Реальная производительность ниже пиковой, теоретической или идеальной, по двум причинам.

В определении пиковой производительности предполагается, что вся необходимая информация для выполнения программы, команды и данные, всегда доступна процессору. Однако в действительности это не так. Канал между процессором и памятью — это т. н. "бутылочное горлышко" (bottleneck) фоннеймановской архитектуры. Поэтому реальная производительность может быть увеличена путем совершенствования интерфейса процессора с памятью.

Вторая причина состоит в том, что не все параллельные блоки могут быть загружены в каждый момент времени. Для их полной загрузки необходимо, чтобы у исполняемой программы была необходимая степень внутреннего параллелизма, которую можно определить как долю команд, которые могут быть выполнены параллельно. Таким образом, создание параллельного кода — второй способ увеличения реальной производительности "параллельных" процессоров.

Тактовая частота и потребляемая мощность

Итак, мы отметили, что производительность компьютера можно повысить увеличением тактовой частоты. Однако, при этом увеличивается другая характеристика, связанная с тактовой частотой — потребляемая (рассеиваемая) мощность:

P = Cd ? U2 ? F,

где

Cd— динамическая емкость;

U— напряжение питания;

F— тактовая частота.

Рассеиваемая мощность первых процессоров была не велика, и они не требовали специального охлаждения. Оно требуется, лишь начиная с 4 Вт рассеиваемой мощности. Снижение температуры процессора на 10 градусов ведет к удвоению времени его безотказной работы. Более того, перегрев кристалла может привести к необратимому повреждению процессора. Для процессоров Pentium, например, температура кристалла не должна превышать 70 градусов. Наиболее распространенные средства охлаждения — радиаторы и вентиляторы. В среднем радиатор снижает температуру на 20 градусов, радиатор вместе с вентилятором — на 40 градусов.

Сейчас снижение энергопотребления является одной из важнейших задач при разработке процессоров. При этом производительность должна быть на высоком уровне. Поэтому используются новые технологические решения. Особенно интенсивно в этом направлении работает компания VIATechnologies.

Семейство процессоров VIANano3000, выпущенное в 2009 году, имеет следующие характеристики:

  • архитектура x86;

  • микроархитектура Isaiah;

  • тактовая частота 1—2 ГГц;

  • шина 800 МГц (VIAV4FSB);

  • потребляемая мощность 500 мВт (2 ГГц) — 100 мВт (1 ГГц).

Здесь же можно отметить новое семейство процессоров Intelдля мобильных и встроенных системAtomс одноименной микроархитектурой. Процессоры этого семейства также характеризуются рассеиваемой мощностью в единицы и доли ватта. Один из самых производительных в настоящее время процессоров этого семействаAtom330 (2008 год) имеет следующие характеристики:

  • архитектура Intel64;

  • микроархитектура Atom;

  • 2 ядра с технологией HT(HyperThreading), т.е. четыре потока;

  • кэш 1 Мбайт;

  • технология 45 нм;

  • 94 млн. транзисторов;

  • тактовая частота 1,6 ГГц;

  • FSB 533 МГц;

  • потребляемая мощность 8 Вт;

  • корпус PBGA437;

  • чипсет Intel945GCExpress.

Характеристики более нового процессора такого же уровня AtomD510 (2010 год) таковы:

  • архитектура Intel64;

  • микроархитектура Atom;

  • расширения SSE2, SSE3, SSSE3;

  • 2 ядра с технологией HT(HyperThreading), т.е. четыре потока;

  • интегрированный графический процессор;

  • интегрированный контроллер памяти;

  • кэш 1 Мбайт;

  • основная память DDR2-667/800 максимальный объем 4 ГБайта, 1 канал;

  • технология 45 нм;

  • 176 млн. транзисторов;

  • тактовая частота 1,66 ГГц;

  • потребляемая мощность 13 Вт;

  • корпус FCBGA559;

  • чипсет IntelNM10Express, включающий одну микросхемуNM10PCB.

Типы корпуса процессора

Основные типы корпуса процессоров:

  • DIP (Dual In Line Package) — корпус с двухрядным расположением контактов;

  • QFP (Quad Flatpack Package) — корпус с четырехрядным расположением выводов;

  • PGA (Pin Grid Array) — корпус с решетчатой структурой штырьковых выводов, расположенных по нижней поверхности корпуса;

  • BGA(BallGridArray) — корпус с решетчатой структурой шарообразных выводов, расположенных по нижней поверхности корпуса;

  • картридж с однорядным расположением контактов (SECC, Single Edge Contact Cartridge).

Тип корпуса соответствует типу разъема: PGA — Socket, SECC — Slot.

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать   След >