بررسی کامل معماری Nehalem وپردازنده هایCore i7

[street king]

TLB :

اين بخش نيز همانند بخش‌هاي قبلي (SMT) تغييرات زيادي داشته است (و حتي بيشتر) در اين بخش نيز ابتدا مفهوم و وظيفه TLB را بيان مي‌كنيم.
Translation Lookside Buffe) TLB) در اصل يك حافظه نهان بسیار کوچک است(Cache) كه به منظور جلوگيري از افت سرعت پردازنده در دسترسي به حافظه طراحي شده ، اين حافظه نهان كوچك براي اين كار اندكي از آخرين آدرس‌هايي كه به حافظه دسترسي داشته‌اند را در خود ذخيره مي‌كند.

TLB نيز همانند SMT بدليل افزايش دستورالعمل‌ها و همچنين افزايش سطوح حافظه نهان مي‌بايست دستخوش تحولات زيادي قرار مي‌گرفت.
معماري Nehalem برخلاف معماري Core 2 يك TLB دو سطحي واقعي بهره مي‌برد (چيزي كه تا قبل از اين تنها در پردازنده‌هاي سرور مي‌ديديم).
TLB سطح يك بين داده‌ها و دستورالعمل‌ها به اشتراك گذاشته شده است كه توانايي ذخيره‌سازي داده‌ها با 32 ثبات براي صفحات بزرگ و 64 ثبات براي صفحات كوچك را دارد اين درحاليست كه در معماري Core تنها 16 ثبات براي هر دو صفحات كوچك و بزرگ در نظرگرفته شده بود و همچنين براي ذخيره‌سازي دستورالعمل‌ها نيز از 7 ثبات براي صفحات كوچك و 128 ثبات براي صفحات بزرگ بهره مي‌برد.
در معماري Nehalem ، TLB سطح دو كمي با سطح يك متفاوت است در TLB سطح دو ذخيره‌سازي داده‌ها و دستورالعمل‌ها (كدها) به صورت مشترك است و اعضا فقط براي صفحات كوچك در نظر گرفته شده است و تا 512 ثبات را نيز مي‌تواند در خود ذخيره كند، تغييرات اعمال شده در TLB موجب افزايش كارآيي پردازنده‌ها در برنامه‌هاي كاربردي شده است.

[street king]

رمزگشايي دستورالعمل‌ها:

تا به اين جاي كار در اكثر واحدها شاهد تغيير و تحولات زيادي بوده‌ايد اما واحد رمزگشايي دستوراالعمل‌ها نسبت به معماري Core 2 تغييرات چنداني نداشته است و فقط جزئيات اين واحد دچار پيشرفت شده است، اما اين عدم تحول نيز بي‌دليل نيست چرا كه افزايش واحدها پردازشي باعث افزايش قيمت مي‌شود از این رو اينتل تنها به بهينه‌سازي واحدهاي از پيش طراحي شده در معماري Core 2 بسنده كرده‌ است .
از تغييرات اعمال شده ميتوان به پشتيباني از تكنولوژي«هم جوشي Micro-OP» از دستورات 64 بيتي نام برد اين واحد در معماري Conroe تنها از دستورات 32 بيتي پشتيباني مي‌كرد. تكنولوژي «هم‌جوشي Micro-op» اولين بار در پردازنده‌هاي مبتني بر معماري Conroe كه در آن زمان واحد رمزگشايي دستورالعمل‌ها رادستخوش تحولات زيادي قرار داده بود مورد استفاده قرار داد، عمليات «Micro-op» به تبديل دستورالعمل‌هاي x86 به دستورالعمل‌هاي با طول ثابت الحاق مي‌شود كه توسط رمزگشاها صورت مي‌گيرد. نوآوري هم جوشي در عمليات micro-op پردازنده را قادر مي‌سازد تا با ادغام دو دستورالعمل‌ x86 وابسته به يكديگر به جاي تبديل به دو micro-op به يك micro-op تبديل كند كه در اينصورت هر پنج دستورالعمل در هر سيكل به چهار دستورالعمل تبديل مي‌شود.از ديگر تغييرات ايجاد شده در رمزگشايي دستورالعمل‌ها، واحد كشف جريان حلقه (Loop Stream Detector) است كه 3 تغيير اساسي داشته است:
1) توانايي ذخيره‌سازي از 18 micro-op به 28 Micro-op يعني هر بافر داده قادرست 28 دستورالعمل را در خود ذخيره كند.
2) تغيير مكان واحد كشف جريان (یا همان بافرهاي داده) در خط لوله به بعد از رمزگشاها كه باعث مي‌شود بخش وسيعي از خط لوله غيرفعال شود. (واحد كشف جريان تا پيش از اين در معماري Conroe بعد از مرحله واكشي دستورالعمل‌ها قرار داشت).
3) همانطور كه گفته شده توسط تكنولوژي «هم جوشي Micro-op» دو دستورالعمل وابسته به X86 به يك Micro-op تبديل مي‌شود لذا اينتل اينبار دستورالعمل‌هاي X86 را ذخيره نمي‌كند بلكهMicro-op ها را ذخيره مي‌كند كه موجب كاهش دستورالعمل‌ها مي‌شود و در نهايت موجب مي‌شود تا واحد كشف جريان حلقه افزايش كارآيي را به همراه داشته باشد.



واحد كشف جريان حلقه ( Loop Stream Detector) ، يك حافظه‌ي نهان بسيار كوچك است كه با كوتاه كردن اولين مرحله خط لوله موجب غيرفعال شدن واحدهاي بي‌استفاده مي‌شود كه به طبع آن از مصرف توان و فشار روي حافظه نهان سطح يك كاسته مي‌شود.

[street king]

مصرف توان:

تا اينجای كار با معماري و طراحي پردازنده‌هاي Corei7 آشنا شديد، افزايش واحدها، افزايش دستورالعمل‌ها و سطوح حافظه نهان و ... همگي موجب افزايش توان خواهند شد لذا اين افزايش مصرف توان مهندسان اينتل را برآن داشته كه با استفاده از نوآوريهايي مصرف توان پردازنده را تحت كنترل خود در بياورند. همانطور كه در نمودار و جدول نتايج مشاهده مي‌كنيد پردازنده‌هاي Corei7 نسبت به پردازنده‌هاي Core 2 Quad از توان مصرفي كم‌تري استفاده مي‌كند .

Turbo Boost :
اينتل با استفاده از يك میکرو كنترلر مجتمع شده در معماري Nehalem به صورت پيوسته بر توان مصرفي و درجه حرارت هر يك از هسته‌ها نظارت مي‌كند اين واحد كنترل توان كه با Turbo Boost از آن ياد مي‌شود قادر است تا توان هسته‌هايي كه در حالت بيكاري قرار دارند را تقريبا به صفر برساند. (اين كنترل مصرف توان بيش از اين در پردازنده‌هاي Agena شركت AMD به شكلي ديگر پياده‌سازي شده بود) البته بايد متذكر شويم كه دليل وجود جريان نشتي در ترانزيستورها هيچ گاه مصرف توان پردازنده حتي در حالت بيكاري به صفر نخواهد رسيد.

Turbo boost علاوه بركاهش مصرف توان قادر است در زمانيكه پردازنده در سطح پايين‌تر از استاندارد TDP خود عمل كند يعني پس از بكارگيري دو تكنولوژي Hyper Threadingو SMT باز نتوانست به حداكثر توان پردازشي خود برسد به صورت اتوماتيك فركانس پردازنده را به اندازه 133 يا 266 مگاهرتز بيشتر از فركانس عادي افزايش مي‌دهد. عكس اين قضيه نيز، توسط تكنولوژي قديمي Speed Step در مواقع بيكاري پردازنده رخ مي‌دهد بدين صورت كه ضريب پردازنده (multiplier) را تا 12 كاهش مي‌دهد تا فركانس به 6/1 گيگاهرتز (1600= 133× 12) كاهش پيدا ‌كند که در پي آن نيز ولتاژ پردازنده كاهش و به 137/1 مي‌رسد.

در جدول زير مي‌توانيد تفاوت كارآيي پردازنده را در حالت فعال و غيرفعال بودن تكنولوژي Turbo boost مشاهده كنيد. همانطور كه ملاحظه مي‌كنيد تكنولوژي Turbo boost افزايش كارآيي را در تمامي برنامه‌ها به همراه داشته است كه البته اين افزايش كارآيي حداكثر به ميزان 8 درصد بوده است.

Over Speed Protection تكنولوژيي ديگريست كه اينتل براي كنترل دما و مصرف توان از آن استفاده كرده است كه به موجب آن توان مصرفي هيچ يك از پردازنده‌هاي Corei7 نمي‌تواند فراتر از 130 وات باشد (البته در صورت فعال بودن اين تكنولوژي) پردازنده‌هاي Corei7 قابليت فعاليت دردماي نهايتا 100 درجه سانتيگراد را دارا مي‌باشند و در صورت افزايش دما بيش از 100 درجه پردازنده به صورت خودكار فركانس كاري و ولتاژ پردازنده را پايين مي‌آورد تا به پردازنده آسيبي نرسد. همچنين بايد يادآورد شوم كه تمامي 5 مدل معرفي شده داراي توان 130 وات مي‌باشند و از تكنولوژيهاي قبلي هم چون Thermal Monitor, C I E نيز بهره مي‌برند.



با تغییر سوکت وسطح پردازنده خنک کننده استوک نیز دچار تغییر شده است.

[street king]

اوركلاكينگ:

هدف از اوركلاكينگ هميشه به افزايش كارآيي و يا ثبت ركود معطوف مي‌شود از اين رو اوركلاكينگ پردازنده‌هاي Core i7 نسبتاً متفاوت از پردازنده‌هاي Core 2 است. قابليت اوركلاكينگ پردازنده رابطه‌ي مستقيم با معماري پردازنده دارد، پس از ارائه پردازنده‌هاي بسيار موفق سري E8xxx (هسته‌هاي Wolfdale) دراوركلاكينگ انتظارمي‌رفت پردازنده‌هاي Core i7 نيز بتوانند بسيار عالي و حتي قوي تر از ظاهر شوند. اما از لحاظ قدرت اوركلاكينگ پردازنده‌هاي Core i7 نتوانستند اينگونه ظاهر شوند و تقريباً در سطحي برابر با هسته‌هاي Wolfdale عمل كردند.
اما در آن روي سكه اوركلاک پردازنده‌هاي Core i7 تأثير بسزايي در كارآيي آن‌ها دارد و همانطور كه در جدول زير مشاهده مي‌كنيد تنها با افزايش فركانس به ميزان 11درصد به طور ميانگين عملكرده پردازنده با 8درصد افزايش كارايي رو‌به رو شد.



(با توجه به حذف رابط FSB و جايگزيني QPI اور كلاكينگ پردازنده‌هاي Core i7 مقداري متفاوت از پردازنده‌هاي قبلي شركت اينتل است كه به دليل گستردگی مطلب نمي‌توان به آموزش نحوه‌ي اوركلاكينگ این پردازنده ها بپردازيم، علاقه‌مندان به اين مبحث مي‌توانند از مقاله‌اي كه در اين زمينه تحت عنوان « انفجاري خفيف با Core i7 » بهره ببريد. ) منتشر شده است

[street king]

چيپستX58:

با انتقال كنترلر حافظه به درون پردازنده و جايگزيني رابط QPI به جاي FSB چيپست پل شمالي نيز بايد بالاجبار عوض مي‌شد، چيپست پل شمالي X58 تنها چيپستي است كه از پردازنده‌هاي Core i7 پشتيباني مي كند،‌چيپست پل جنوبي نيز ICH10R مي‌باشد كه از پيش از اين در مادربردهاي مبتني بر چيپست P45 عرضه شده بود.



در پي برنامه‌ريزي شركت اينتل براي بركناري چيپست پل شمالي، X58 دستخوش اولين تغيير شد و با انتقال كنترلرحافظه به درون پردازنده بيشتر به يک مبدل رابط QPI به PCI EXPRESS تبديل شده است.
X58 قابليت پشتيباني از 4 كارت گرافيك (Muti Gpu) باپيكربندي (16x-16x) و(4x-4x-4x-4x) و يا (16x-16x-4x)‌ را دارد. اما نكته‌اي كه X58 را از ديگر چيپست‌ها متمايز مي‌سازد، قابليت پشتيباني از هر دو تكنولوژي 3-way SLI و Cross Fire-x دو شركت انديديا و AMD است (البته نه به صورت همزمان) كه مي تواند برای گيمر‌ها بسیار جذاب باشد.

[street king]

تست و بنچ ماركينگ:


حال پس از آشنايي كامل با پردازنده‌هاي Core i7 و معماري Nehalem بررسي كارآيي اين پردازنده‌ها كه مهم‌ترين مسئله مرتبط با اين نسل پردازنده‌هاست مي‌پردازيم.
در اين بررسي از آخرين پردازنده‌هاي چهارهسته‌اي دو شركت استفاده شده تا تفاوت بين آنها به خصوص تفاوت بين پردازنده‌هاي Core i7 و Phenom II شركت AMD به خوبي مشخص شود.
(همچنين بايد یاداور شوم بدليل گستردگي پردازنده‌ها و موجود نبودن تمامي اين مدل‌ها در لابراتور خانه سخت افزار موفق به بررسي كامل اين پردازنده‌ها نشديم لذا از نتايج بدست آمده از سايت معتبر Toms hardware استفاده كرده‌ايم.)


مشخصات سيستم تست:




در بخش نرم افزاری نیز از اخرین درایورها و نسخه های هر برنامه استفاده شده است.

[street king]

Sandra CPU and Multimedia:

[street king]

Sandra Memory And Everest :

[street king]

Everest And PCMark Vantage :

[street king]

PC Mark And 3DMark :