Sandy Bridge - odkryj tajemnice nowych procesorów Intela
Nowa architektura Intela to nie tylko dodatkowe megaherce, większe pamięci czy nowsze procesy produkcyjne. To próba zmiany filozofii budowy procesora. Zobaczmy, czy rewolucja faktycznie się dokonała
Karta grafiki, obok procesora CPU, stanowi jeden z najważniejszych podzespołów komputera. Nie będziemy wyjaśniać, do czego służą te elementy, bo to chyba dla wszystkich oczywiste, ale czy ktoś się kiedykolwiek zastanawiał, jak wyglądałby komputer bez akceleratora grafiki? Jeśli nie, to już wkrótce będziemy musieli się do tego widoku przyzwyczaić, bo Intel wraz z AMD wpadli na pomysł, aby zintegrować chip GPU w... samym procesorze!
Dwaj najwięksi producenci CPU idą niemal łeb w łeb, opracowując nowe technologie dla procesorów. AMD zostaje nieco w tyle, bo nowa platforma Intela, którą teraz poznamy, debiutuje nieco wcześniej. Sandy Bridge, bo tak kodowo nazywają się nowe procesory z grafiką Intela, trafiają właśnie do pierwszych komputerów. Poznajmy budowę nowych CPU i dowiedzmy się, czy rzeczywiście wbudowany chip graficzny ma szansę zastąpić standardowe akceleratory.
Warto dodać, że Sandy Bridge ma niewiele wspólnego z innym projektem Intela - Larrabee, nad którym prace zostały przesunięte na bliżej nieokreśloną przyszłość. Miał on integrować możliwości obliczeniowe typowe dla CPU w akceleratorze graficznym.
To już nie tylko procesor...
Nowe procesory z grafiką łączą w jednym układzie scalonym rdzenie CPU (Intel nie przewiduje jednordzeniowych Sandy Bridge) oraz jeden układ GPU. W zasadzie są one bardzo zbliżone do procesorów opartych na architekturze Nehalem, znanych jako Core pierwszej generacji.
Rdzenie CPU wykonywane będą w procesie technologicznym 32 nm (kolejna generacja, którą nazwano Ivy Bridge, w 22 nm) i będą miały współdzieloną pamięć podręczną trzeciego poziomu (L3). W procesor wbudowano również kontroler magistrali PCI-Express, który odpowiadać ma za komunikację z zewnętrznymi akceleratorami. Poza tym w scalaku znajduje się także kontroler pamięci DDR3. Trzeba jednak zauważyć pewien regres w stosunku do procesorów Core i7 poprzedniej generacji, które wyposażone były w trzykanałowy kontroler. Ten z Sandy Bridge obsługiwać będzie tylko dwa kanały. Jak więc nietrudno zauważyć, nowy Core przejmuje kolejne zadania mostka północnego chipsetów, który pomału staje się bezużyteczny.
Wraz z nowymi procesorami zadebiutują również nowe chipsety Intela z serii 6, o których piszemy w dalszej części artykułu. Wspominamy o tym fakcie teraz, bo należy zauważyć, że nowe procesory, pomimo integracji kolejnych elementów chipsetów stosowanych na płytach głównych, nadal nie są w stanie zapewnić funkcjonalności oferowanej przez mostek południowy (między innymi obsługi interfejsów SATA i USB).
Polecamy w wydaniu internetowym komputerswiat.pl: Jak wybrać laptopa do grania
Nowe procesory i (znowu!) nowe gniazdo
Zdaje się, że już przyzwyczailiśmy się do faktu, iż zazwyczaj z premierą procesorów nowej generacji czeka nas również wymiana płyty głównej. Nie inaczej będzie w przypadku Core drugiej generacji. Tym razem Intel także zaprojektował nowy socket - LGA1155 (znany również jako H2), który od poprzednika (H1) różni się wyłącznie jednym pinem! Niestety, jeden styk przeważa nad wszystkim i dla nabywcy oznacza to po raz kolejny znacznie wyższe koszty wymiany platformy. Czy kiedyś to się skończy? Podejrzewamy, że... nie.
Będzie szybciej... Znacznie szybciej!
U podstaw znacznego przyspieszenia Sandy Bridge leżą przede wszystkim udoskonalenia dotychczasowych technologii, które zadebiutowały już w Nehalemach, oraz zmiany w architekturze. Dla przykładu weźmy pamięć podręczną trzeciego poziomu. W poprzedniej generacji procesorów Core opóźnienie w komunikacji z L3 wynosiło około 35 cykli zegara CPU. Nowe procesory pochwalić mogą się prawie o 30 procent mniejszą wartością (26 cykli). Szczegółowy schemat budowy zobaczyć można na obrazku poniżej. To jednak nie wszystko, bo Intel wpakował w Sandy Bridge również pokaźną liczbę nowości, których nie widać gołym okiem. Przyjrzyjmy się im z bliska.
Intel AVX
O nowej technologii AVX (Advanced Vector Extension) było już głośno w pierwszej połowie 2010 roku. To nic innego jak zestaw 256-bitowych instrukcji stanowiących rozszerzenie funkcji oferowanych przez SSE, a więc znajdujących zastosowanie w obliczeniach zmiennoprzecinkowych. Intel AVX trafi do wszystkich możliwych odmian Sandy Bridge, od procesorów dla komputerów mobilnych na rozbudowanych CPU dla serwerów skończywszy. Wzrost wydajności będzie więc widoczny wszędzie. Od zastosowań ogólnych (odtwarzanie i konwersja wideo) do typowo inżynierskich (na przykład modelowanie 3D). Wszystko tak naprawdę zależeć będzie od deweloperów oprogramowania, którym Intel udostępnił już zarówno stosowną bibliografię, jak i narzędzia.
Lepsza pamięć wewnątrz i...
W Core 2 zadebiutował mechanizm LSD (Loop Stream Detector), który (ujmując to najprościej, jak się tylko da) odpowiadał za znaczne obniżenie energii oraz wzrost wydajności podczas operacji na instrukcjach. W Sandy Bridge instrukcje dla pamięci cache są przechwytywane w momencie dekodowania, co również pozwala zaoszczędzić energię procesora. Sama pamięć podręczna jest mapowana i może w jednej chwili przechować do 1500 micro-op (około 6 KB). Niemniej rozmiar obu typów pamięci L1 nie uległ zmianie i nadal wynosi po 32 KB dla danych i instrukcji. Rozmiar L2 również nie uległ zmianie i wynosi 256 KB. Sporych innowacji doczekał się klaster pamięci, w którym między innymi jednostka pamięci pozwala na trzykrotny dostęp do danych w jednym cyklu zegara, a porty adresów umożliwiają symetryczne ładowanie i przechowywanie. Co to oznacza? W wielkim skrócie ma to duży wpływ na podwojenie mocy obliczeniowej Sandy Bridge w stosunku do Core iX (mowa o obliczeniach zmiennoprzecinkowych).
...również współdzielona
Współdzielona przez wszystkie rdzenie pamięć L3 to także sporo istotnych zmian. Spowodowane było to głównie faktem dodania dostępu kolejnym układom zaszytym w scalaku - chipowi GPU oraz zintegrowanemu koderowi wideo. Prawda jest jednak taka, że kilka rdzeni i dodatkowe układy korzystające z tej samej pamięci podręcznej mogą jednocześnie narobić niemałego bałaganu. Rozwiązaniem problemu według Intela jest szyna pierścieniowa. Gdzieś to już słyszeliśmy, prawda? Pewnie nazwa ATI Radeon HD coś wam mówi? Nowy interfejs łączy bezpośrednio rdzenie CPU, procesor GPU, pamięć L3 oraz agenta systemowego. Skraca czas dostępu do minimum (dostęp uzyskiwany jest po najkrótszej drodze na okręgu), a co za tym idzie minimalizuje niepotrzebne opóźnienia. Podobne rozwiązanie znajduje się w serwerowych Nehalemach EX. Warto dodać, że szyna może być wykorzystana przez dane, jak i żądania, a każdy przystanek pętli może przyjąć w danym cyklu zegara aż 32 KB informacji. Wspomnieliśmy już wcześniej, iż pomysł z pierścieniem
może zaowocować aż 30-procentowym wzrostem wydajności L3 w stosunku do starszych Core. Zysk warty uwagi.
Mostek północny - on też tu jest
Częścią Core drugiej generacji jest również tak zwany System Agent, który pełni tutaj rolę... mostka północnego chipsetów płyt głównych! Zgadza się, układ odpowiada za obsługę interfejsu PCI-Express x16 2.0 (lub jednocześnie dwóch PCI-E x8), DMI, engine obrazu i ma wbudowany kontroler pamięci DDR3. Tak zwana sprytna integracja z omawianym wcześniej pierścieniem umożliwia wszystkim elementom procesora najszybszy z możliwych kontakt z podsystemami pamięci i podstawowego wyjścia/wejścia komputera. Poza tym agent pełni funkcje jednostki kontrolującej moc (między innymi resetowanie chipów) i odpowiada za napięcie i częstotliwość pracy elementów CPU, jak i zapewnia opcje związane z zarządzaniem energią dla magistrali PCI-Express oraz pamięci DDR3. Biorąc pod uwagę wszystkie wspomniane nowości, warto odnotować, że w typowych zastosowaniach widoczny jest od 20 do 30 procent wyższy wzrost wydajności w stosunku do pierwszej generacji Core.
Polecamy w wydaniu internetowym komputerswiat.pl: Jak wybrać laptopa do grania
Grafika - tutaj się zaczyna
Oczywiście najistotniejszą nowością w Sandy Bridge jest zintegrowany chip graficzny. Właśnie ten element przemawia za innowacyjnością nowych procesorów Intela. Czy jednak ma szansę zastąpić w komputerach akceleratory grafiki? Na to pytanie odpowiemy później, gdyż wpierw warto przyjrzeć się z bliska GPU z procesorów Core drugiej generacji. Procesor graficzny zaszyty w Sandy Bridge został również wykonany w procesie technologicznym 32 nm. Chip ma osobne zasilanie oraz jest taktowany osobnym zegarem i może być wyłączany niezależnie od reszty procesora. Kiedy? Wtedy, gdy w systemie zostanie wykryty dyskretny układ, czyli mówiąc prościej - karta graficzna.
Zgadza się. Inżynierowie Intela tak zaprojektowali Core drugiej generacji, aby zintegrowany rdzeń GPU automatycznie wyłączał się w komputerach, gdy tylko w slocie PCI-Express pojawi się stosowna karta. Uważamy jednak, że nie jest to dobre rozwiązanie. Intel powinien zastosować tutaj coś na kształt technologii zaszytych w chipsetach AMD i NVIDII, które to potrafią korzystać ze zintegrowanego chipu, a karta grafiki włączana jest dopiero w razie potrzeby większej mocy. To bardzo ważne w laptopach, gdyż umożliwia znaczne oszczędzenie energii. W wydajniejszych konstrukcjach (z dodatkowym akceleratorem) magia GPU w Sandy Bridge pryska jak mydlana bańka.
Chip graficzny ma oczywiście dostęp do wspomnianej szyny opartej na pierścieniu i może w pełni korzystać z pamięci L3. jak i bezpośrednio komunikować się z agentem. Dostęp do pamięci trzeciego poziomu to również znaczny zysk wydajności oraz oszczędność energii.
Bez DirectX
Podstawą grafiki w Sandy Bridge są tak zwane (przez Intela) jednostki EU. To nic innego jak znane lepiej shadery, które można odpowiednio programować. Niestety, rozwiązanie Intela nie jest zgodne sprzętowo z ostatnim API Microsoftu - DirectX 11, lecz z poprzednią wersją - 10. Sprawia to, że nawet gdyby chip był na tyle wydajny, iż umożliwiałby rozgrywkę w nowe tytuły, to i tak wśród graczy poszukujących wodotrysków z DX 11 nie znajdzie uznania. Inżynierowie Intela przyłożyli się jednak do zwiększenia wydajności układu, co zaowocowało prawie dwa razy większą wydajnością jednostek EU w stosunku do akceleratorów z serii HD Graphics. Warto dodać, że grafika z Sandy Bridge zadebiutuje w dwóch smakach: z sześcioma oraz dwunastoma EU na pokładzie. Jednak w procesorach mobilnych zawsze będzie to drugi wariant.
A jak z wydajnością? Oczywiście typowego konsumenta interesuje może nie tyle, czy dzięki tym wszystkim nowinkom laptop wytrzyma kilka minut dłużej na baterii, lecz coś zupełnie innego - wydajność. Zgadza się, na ten aspekt grafiki w Sandy Bridge warto zwrócić uwagę, gdyż warto od razu zaznaczyć - gracze nie znajdą tutaj nic dla siebie. GPU z nowych procesorów Intela cechuje się wydajnością na poziomie Radeona HD 5450, a więc karty z niższej półki. Chip graficzny taktowany jest tutaj maksymalnie 800-megahercowym zegarem, a dzięki technologii Turbo Boost może zostać podwyższony do maksymalnie 135. MHz (w zależności od modelu procesora). Takie zegary może i robią wrażenie, ale chipowi Intela daleko do takich rozwiązań, które proponuje w high-endowych akceleratorach NVIDIA czy AMD. Sprawia to, że można co najwyżej będzie pograć w starsze tytuły, ale nowsze gry doprowadzą grafikę w Sandy Bridge do stanu (przepraszamy za wyrażenie)... zarżnięcia.
Polecamy w wydaniu internetowym komputerswiat.pl: Jak wybrać laptopa do grania
Jest coś jeszcze
Poza grafiką w Sandy Bridge znajduje się również dodatkowy układ - Media Procesor, który odpowiada za kodowanie i dekodowanie wideo. Warto dodać, że w stosunku do chipu graficznego jest to zupełna nowość w procesorach Intela. Głównym elementem jest tutaj MFX (Multi-Format Codec), który obsługuje sprzętowe dekodowanie formatów VC1, AVC i MPEG2. Koder cechuje się dużą wydajnością (dla przykładu pozwala przekonwertować 3-minutowy materiał w rozdzielczości HD 1080p do rozdzielczości dla typowej komórki w czasie poniżej 15 sekund) oraz jest oszczędny.
Nowe procesory, nowe chipsety
Czym byłyby nowe procesory bez nowych płyt głównych?! Nie inaczej będzie tym razem, a warto dodać, że sercem tych drugich będą nowe chipsety z serii 6. Na początku zadebiutują dwie wersje układów scalonych: P67 oraz H67, których część zadań, o czym już wspomnieliśmy wcześniej, przejął agent zintegrowany z samym procesorem. Oba chipsety dodadzą wsparcie dla interfejsu SATA 6 Gb/s (tylko dwa porty, także z obsługą RAID) oraz... i tutaj niespodzianka - magistrali USB 3.0. Nie zabraknie oczywiście wsparcia dla starszych rozwiązań w postaci SATA 3 Gb/s (maksymalnie cztery porty) oraz USB 2.0 (do czternastu złączy).
Oczywiście nie zabraknie wsparcia dla interfejsu PCI-Express 2.0. który jak wiadomo, graczom na pewno nadal się przyda. Niestety, nie zapewniono obsługi dwóch linii z maksymalną przepustowością - x16. Włożenie dwóch kart grafiki powoduje spadek szerokości do ośmiu linii na port. Zwiększono jednak dwukrotnie przepustowość na poziomie GT/s - do 5. Co to oznacza? Mianowicie możliwość stosowania kart rozszerzeń, które wymagają przepustowości na poziomie ponad 250 MB/s, na przykład kontrolerów USB 3.0 na złączu PCI-Express x1.
Ciekawostką jest także fakt, iż układ P67 zapewni również możliwość OC pamięci DDR3, co pozwoli stosować nawet kości DDR-17000. Nieco później zadebiutować ma również tańsza odmiana chipsetu przewidziana do kontroli pracy niskobudżetowych płyt głównych - H61. Szczegółowe porównanie nowych chipsetów ze starszymi konstrukcjami Intela znaleźć można w tabeli poniżej.
Polecamy w wydaniu internetowym komputerswiat.pl: Jak wybrać laptopa do grania
Nowe procesory, nowe płyty główne
Wraz z premierą Sandy Bridge nastąpi również prawdziwy wysyp nowych płyt głównych. Stosowne urządzenia przygotowali już wszyscy liczący się na rynku producenci, w tym ASUS, Gigabyte czy MSI. Użytkownik końcowy będzie miał w czym wybierać, bo producenci mają zamiar zaspokoić potrzeby wszystkich klientów. Od tych wymagających bardzo niewiele na entuzjastach komputerów PC, skończywszy. Warto jednak dodać, że bardziej złożone konstrukcje nie obejdą się bez stosowania dodatkowych układów.
Wcale nie mamy na myśli tutaj takich elementów jak zintegrowany z urządzeniami koder dźwiękowy. Chodzi między innymi o płyty główne wyposażone w dużą ilość portów USB 3.0 lub większą niż dwa sloty dla kart grafiki PCI-Express x16 2.0. W pierwszym z wypadków producenci sięgają po dodatkowe scalaki (na przykład firmy NEC), które zapewnią wsparcie dla odpowiedniej liczby portów, w drugim stosowany jest między innymi uznany chipset NVIDII - nForce200, który zapewnia obsługę aż do czterech interfejsów PCI-E x 16 i pozwala na pracę akceleratorów GeForce w trybie Triple-SLI. Drugie z rozwiązań zastosował między innymi ASUS w płycie głównej z serii Republic of Gamers - Maximus IV Extreme.
Poniżej prezentujemy w tabeli zestaw najciekawszych urządzeń, które trafiły na sklepowe półki po 5 stycznia 2011 roku, kiedy to nastąpiła oficjalna premiera Core drugiej generacji. Nie ma wśród nich niestety żadnej płyty głównej, której serce stanowi układ Z68 Express - najbardziej zaawansowany chipset dla Sandy Bridge. Nowy chipset został określony przez Intela jako najlepszy przyjaciel Core drugiej generacji z serii K, a więc CPU przewidzianych z myślą o podkręcaniu. Te zapewne jednak również zadebiutują wraz z samymi procesorami.
Podsumowanie
Nowe procesory z grafiką są z pewnością ciekawym i innowacyjnym rozwiązaniem. Poza zwiększoną wydajnością liczyć można również na dłuższą pracę na baterii w laptopach i to właśnie w tego typu komputerach Sandy Bridge ma największe szanse zawojowania rynku komputerów. Pozbycie się z komputerów karty grafiki na pewno znajdzie uznanie wśród fanów mobilnych rozwiązań. Bardzo widoczny wzrost wydajności z pewnością nie umknie również wymagającym użytkownikom i entuzjastom PC. AMD jednak nie zamierza poddawać się bez walki i będzie kontratakować własną platformą Fusion!
Polecamy w wydaniu internetowym komputerswiat.pl: Jak wybrać laptopa do grania
