25 ПРОЦЕСОРИ INTEL СІМЕЙСТВА CORE І9/І7/І5/І3
Intel після активного впровадження архітектури Nehalem перейшла до архітектури Westmere (2010 р.) і далі до принципово нової архітектури процесорів Sandy Bridge (2011 р.). Вищий ціновий сегмент, високопродуктивний сегмент, середній і бюджетний, відповідно, представляють сімейства процесорів і9, і7, і5, і3 і Pentium — з платформ Bloomfield, Lynnfield, Clarkdale, Arrandale, Clarksjield, Gulftown і двох технологій (45 нм і 32нм).
Рисунок 25.1 – Логотипи процесорів сімейства «Core іХ»
Бренд «Core іХ», використовуваний для всіх нових процесорів архітектури Nehalem, дозволив уникнути плутанини в ідентифікації нових процесорів. Intel вирішила продавати всі процесори нової архітектури під цим брендом, розділяючи моделі по продуктивності і позиціонуванні: Core і3 – low-end; Core і5 – mainstream; Core і7 – performance: Core i9 – вищий ціновий сегмент. Таким чином, під одним і тим само брендом може ховатися як процесор Bloomfield, так і Lynnfield, або навіть мобільний Clarksfield. Для бюджетних моделей використовується старий бренд «Pentium».
Першими процесорами цієї архітектури були Bloomfield — сімейство, що складається з десктопних (Core і7) і серверних (Хеоn) процесорів, рис. 25.2. Серверні процесори Хеоn були повністю сумісні з десктопними материнськими платами і функціонально відрізнялися від Core i7 тільки наявністю підтримки EСС-пам’яті. Ці процесори встановлювалися в роз’єми Socket 1366 і використовували чіпсети з кодовою назвою Tyiersburg. Для десктопних процесорів доступний один чипсет – Х58, але були створені і спеціальні серверні чіпсети.
Рисунок 25.2 – Архітектура Bloomfield
Одночасно було випущено сімейство серверних процесорів, що підтримують роботу в двопроцесорних системах – Gainestown. Принциповою відмінністю цих процесорів була наявність двох шин QPI. Одна з’єднувала його з чіпсетом, а друга — з іншим процесором, рис. 25.3.
Рисунок 25.3 – Двопроцесорні системи Gainestown
У Bloomfield відбулася інтеграція в кристал процесора контролера пам’яті, але в наступних моделях спростили цей контролер (з триканального до двоканального) і помістили в кристал ще й контролер PCI Express 2.0. Таким чином, позбулися «північного моста» і нової системної шини QPI, що істотно знизило вартість систем на базі цих процесорів (але за рахунок невеликих втрат у швидкості).
Нове сімейство десктопних і серверних процесорів називалося Lynnfield. Ці серйозні зміни зажадали розробки нового процесорного роз’єму і нового чіпсета, — відповідно, з’явився роз’єм Socket 1156 і чіпсет Р55. Чіпсет Р55 не розраховано на використання процесорів із вбудованою графікою, рис. 25.4.
Рисунок 25.4 – Архітектура Lynnfield
Тобто нові процесори, наприклад, Clarkdale можна встановити в плату з Р55, але вбудований графічний адаптер працювати не буде. Для виведення зображення потрібен спеціальний інтерфейс Flexible Display Interface (FDI), який і додали новим чіпсетам Н55, Н57 і Q57, рис. 25.5. Інновації, розроблені при створенні Lynnfield, дозволили перенести архітектуру Nehalem в мобільний сегмент. Нове сімейство мобільних процесорів було названо Clarksfield-Auburndale (вони теж називаються «Core іХ» та від десктопних моделей їх можна відрізнити за суфіксом «М» в кінці). Мобільними новинками стали представники мікросхем серій Clarkefield (чотирьох ядерні варіанти) і Auburndale (двоядерні варіанти). Головною перевагою обох модифікацій є помітно знижена споживана процесорами потужність. При цьому Auburndale оснащуються ще й інтегрованим графічним ядром, що дозволяє додатково знизити «ненажерливість» системи процесор – чіпсет, рис. 25.6.
Рисунок 25.5 – Інтерфейс Flexible Display Interface (FDI) у чіпсетах Н55, Н57 і Q57
Рисунок 25.6 – Архітектура чіпсету Auburndale
Серія Clarksfield випускається в трьох варіантах: екстремальний Core і7-920ХМ (вартість $1052) і два «звичайних» — Core і7-820QM ($544) і Core і7-720QM ($362). Процесори відрізняються між собою робочою і максимальною частотами, тепловиділенням і обсягом кеш-пам’яті L3. Для них розроблено новий сокет — rPGA з 988-и контактами, оскільки двоканальний контролер пам’яті і контролер шини PCI Express вбудовані в процесор.
Для серії Clarksfield створили новий мобільний чіпсет – Intel РМ55 Express. Чіпсет оснащено всіма сучасними можливостями: він підтримує до 14 портів USB 2.0, до 6 каналів SATA ІІ-300 з підтримкою Intel Matrix Storage Technology, в доповнення процесорним 16 лініям PCI Express. РМ55 пропонує свої 8 ліній РСІ-Е, що дає можливість не тільки використовувати потужні відеокарти (у тому числі в режимі SLI / CrossFire ), а й оснащувати ноутбук швидкими мережевими та іншими пристроями.
Конфігурація мобільної системи Intel Core і7 Mobile + Intel РМ55 дуже схожа на конфігурацію Intel Core і5/і7 + InteI Р55, — в обох «північний міст» знаходиться в процесорі, а «південний міст» являє собою єдину мікросхему чіпсету. Нові рішення на базі процесорів з інтегрованими графічними ядрами працюють в 10 разів швидше, ніж існуючі на системних платах з вбудованим відеочіпом (IGP).
Процесори Arrandale (32 нм) з вбудованим відеоядром використовують чипсети НМ55 Express, НМ57 Express і QM57 Express, які технічно не мають відмінностей від РМ55, адже відео-ядро вбудовано в процесор. Відмінності між наборами логіки полягають практично тільки в прошивці: Ignition Firmware відповідає за функціональність РМ55, a Intel Management Engine Firmware є в наявності у продуктах на базі НМ55 і НМ57, яка підтримує процесори Arrandale з вбудованим відеоядром.
Серед додаткових функцій прошивки НМ55/НМ57 можна відмітити дві нові функції, яких у РМ55 немає: Anti-Theft і можливість відтворення захищеного HD-контенту при взаємодії з вбудованим відеоядром процесора. Anti-Theft дозволяє заблокувати або знищити дані на викраденому ноутбуці. Більш потужна прошивка у чіпсета QM57, яка являє собою той же Intel Management Engine з додатковою функціональністю Intel vPro, яка може знадобитися на офісній службі. Власне vPro представляє набір інструментів, що підвищують безпеку роботи з комп’ютером, а також функцію віддаленого керування і моніторингу.
Сімейство Core і9/і7/і5/і3 представлене декількома ядрами, табл. 25.1. Як видно з таблиці, доведеться робити вибір, як мінімум, з чотирьох родин (і9, і7, і5, і3), шести кодових назв ядер (Bloomfield, Lynnfield, Clarkdale, Arrandale, Clarksfield, Gulftown), двох технологій (32 і 45 нм) і двох архітектур — Nehalem і Westmere. Нумерація процесорів нової лінійки будується іншим чином: місце чотиризначного індексу зайняв тризначний, при цьому перша цифра, як і раніше, вказує платформу. Характеристики процесорів Intel Соrе і приведені в табл. 2.
Таблиця 25.1 – Сімейства Core і9/і7/і5/і3
Таблиця 25.2 – Характеристики процесорів Intel Соrе і
Наймасовіша лінійка процесорів, побудована на ядрі Bloomfield, розрахованих на робочі станції вищої цінової категорії виглядає, як показано в табл. 25.3. У ній підтримуються технології MMX, SSE, SSE2, SSE3, SSE3, SSE4A, SSE4.2, Enhanced Intel SpeedStep (EIST), Intel 64, XD bit (an NX bit implementation), TXT, Intel VT, Hvper-Threadins, Turbo Boost і Smart Cache. У процесорів з індексом ЕЕ, що відносяться до підкласу Extreme Edition, розблоковано множник, який дозволяє більш гнучко налаштовувати систему, включаючи розгін процесора.
Таблиця 25.3 – Характеристики процесорів Intel Соrе на ядрі Bloomfield
Завдання, на яких розкриється весь потенціал топових чипів, пов’язані з інтенсивною розробкою дво- і тривимірної графіки, нелінійним відеомонтажем, роботою з базами даних, а також іншими додатками, де добре виходять з паралельності потоки обробки інформації.
Варто сказати пару слів про розгінний потенціал цього сімейства. Моделі процесора Bloomfield масових серій, наприклад, Core і7-950 і і7-960 захищені від розгону засобом блокування множника (розгін можливий, але тільки завдяки підвищенню частоти тактового генератора до 200-220 МГц). Це дозволяє процесорам з обмеженим множником розігнатися до частот понад 4 ГГц. Значних результатів можна домогтися з процесорами Extreme Edition, множник яких не заблокований. Наприклад, процесор Core і7-965ЕЕ здатний стабільно працювати на максимальній частоті 3,86 ГГц (коефіцієнт множення 29), а процесор Core і7-975 ЕЕ — на частоті 4,13 ГГц (коефіцієнт множення 31).
Ядро Bloomfield в нинішній процесорної лінійці було для настільних моделей основним, проте з 2010 року з ним стали конкурувати спрощені процесори на ядрі Lynnfield, табл. 25.4. Моделі, в номері яких присутній індекс «5», відносяться до енергозберігаючих — їх тепловиділення в середньому на 15% нижче, ніж у звичайних процесорів цього сімейства.
Як видно, за рядом показників Lynnfield поступається Bloomfield. Тут немає підтримки триканального режиму пам’яті і SMP, а замість швидкісної шини QPІ застосовується більш повільна DMI, пропускна здатність якої не перевищує 2 Гбайт/с (QPI – більше 25 Гбайт/с).
Безсумнівним плюсом нового ядра є знижене тепловиділення. Це відкриває широкі можливості для розгону, незважаючи на те, що множник у всіх моделей (крім Extreme Edition), як і у випадку з Bloomfield, заблоковано. За даними окремих експертів, в режимі Turbo Mode можна підняти частоту версії 2,66 до 3,2 ГГц, а версії 2,8 і 2,93 ГГц можна розігнати до 3,46 і 3,6 ГГц при збереженні тепловиділення на рівні до 100 Вт.
Відносна економічність Core і7 обумовлена низькою робочою напругою (1,20 В), оновленою ієрархією структур кеш-пам’яті, розміщенням в тілі процесора спеціального мікроконтролера PCU (Power Control Unit). PCU проводить моніторинг і керування показників напруги, сили струму і температури ядер. Крім того, PCU здатний повністю відключати одне або кілька ядер від енергопостачання.
Таблиця 25.4 – Характеристики процесорів Intel Соrе на ядрі Bloomfield
Блок PCU призначено для моніторингу та керування живленням процесора. Ґрунтуючись на даних сенсорів і датчиків, він може повністю вимикати окремі ядра і блоки CPU. Завдяки цій функціональності Intel змогла впровадити в Core і7 технологію Turbo Boost.
В залежності від ситуації, при роботі в додатках, частина ядер відключається, а частота тих, що залишилися, підвищується, причому центральний процесор, в цілому, не виходить за рамки свого TDP. За рахунок цього досягається приріст продуктивності в не оптимізованих під багатопоточність задачах.
В чотириядерних Core і7 можуть бути повністю відключені два або три ядра, і в другому випадку частоту ядра, що залишилося, буде підвищено ще більше. Сенс динамічного масштабування полягає в тому, що будь яке ядро може бути повністю відключено, якщо воно не бере участі на даний момент в роботі (транзистори — power gates-trfnsistors, в режимі вимкнення забезпечують припинення подачі живлення). Оскільки вибір режиму Turbo mode визначається за рівнем окремого ядра, то виникають різні комбінаційні рішення з включенням (відключенням) одного або декількох ядер. Turbo Mode не впливає на загальну стабільність системи при розгоні CPU. У будь-якому випадку, дану технологію легко відключити через BIOS материнської плати.
Westmere — це нова версія архітектури Nehalem, яка є плановим переходом на 32-нм техпроцес. Відповідно в процесор було внесено деякі зміни, але він залишився частково сумісний з Socket 1156 і Р55. Окрім нових апаратних функцій для поліпшення керування живленням було впроваджено шість інструкцій, які прискорюють роботу з AES (Advanced Encryption Standart). AES зараз активно застосовується для захищеної передачі даних через інтернет, а також використовується більшістю сучасних архіваторів.
У нові процесори добалено графічне ядро. Мова не йде про інтеграцію в один кристал, адже графічний чіп підготовлений за «старою» 45-нм технологією. Двоядерні процесори сімейства Core іЗ відрізняються від своїх старших колег наявністю власного, вбудованого в процесор, графічного ядра, виконаного за старою технологією 45 нм.
Цікавий, табл. 25.5, і самий бюджетний процесор цієї лінійки, побудований на ядрі Clarkdale, випущено під оновленим брендом Pentium (завдяки низькій ціні і розблокованому множнику). Цей процесор надає достатній простір для розгону (є відомості про стабільну роботу чіпа при частоті 4 ГГц).
Таблиця 25.5 – Характеристики процесорів Intel Соrе на ядрі Clarkdale
Незважаючи на відсутність підтримки технологій Hyper-Threading і Turbo Boost, новий Pentium забезпечує достатню продуктивність не лише офісних комп’ютерів, а й домашніх систем середнього класу.
Фактично ж Westmere є лише містком від Nehalem до принципово нової архітектури Sandy Bridge. Процесори на основі Sandy Bridge містять від чотирьох до восьми ядер, вбудоване графічне ядро з власною пам’яттю (512 Мбайт GDDR), а також збільшену кеш-пам’ять L3 (16 Мбайт). Процесори Sandy Bridge, на відміну від Westmere, повністю виробляються за 32-нм технологією, a GPU і CPU виконано на одному кристалі (проти двох у Nehalem).
На рис. 25.7 показано системну плату (модель: INTEL DX58S02 < X58> АТХ) для сучасних процесорів Core i7-9хх (роз’єм LGA1366).
Рисунок 25.7 – Системна плата INTEL DX58S02
Дана системна плата підтримує:
1. Триканальний режим роботи пам’яті (тип пам’яті DDR3);
2. Процесори Core і7-9хх, Core і7-965 Extreme Edition (Bloomfield).
Плата має:
1. Слоти (6xDDR3, PCI, 2хРСІ-Е 1х, ЗхРСІ-Е 2.0 16х);
2. Порти (2xUSB 3.0, 6xUSB 2.0, IEEE1394 (6-pin), 2xESATA, 2xRJ- 45 LAN, S / PDIF-out, Une-in, Міс-in, Front-out, rear-out, sub/center-out).
Для процесорів Intel сімейства Core і9/і7/і5/і3 використовуються роз’єми Intel LGA 1151 та LGA2011.
Маркування процесорів Intel: версії процесора
На CPU від Інтел використовують позначення, що складаються з літер та цифр. Перша цифра — номер покоління, а наступні три — код моделі. Букви означають лінійку ЦПУ і маркування. Всі ці символи тісно пов'язані з характеристиками пристроїв.
В ЦП цього виробника використовується 9 букв, що позначають маркування.
M — мобільний процесор. Від класичних ЦП відрізняється трохи урізаною частотою і низькими показниками тепловиділення. Тому їм не потрібне потужне охолодження. Часто їх встановлюють в лептопи, щоб збільшити автономність.
U — ультрамобільний процесор. Моделі з таким індексом використовуються в планшетах, смартфонах та бюджетних ультрабуках. Але є і досить потужні варіанти. Показник тепловиділення таких ЦП — лишень на рівні 15 Вт.
Примітка: буквені позначення T або S в маркуванні ЦП свідчать про те, що модифікація має наднизький показник TDP. Продуктивність ЦПУ в цьому випадку є нижчою.
Y — процесор з екстремально низьким споживанням електроенергії: в середньому, 11,5 Вати, але навіть це не межа. «Космічних» показників продуктивності чекати не варто.
Q — чотири ядерний процесор з різноманіттям модифікацій. Хороший приклад — i5-7440: 4 ядра, з пристойною частотою та не дуже дорогий.
X — екстремальний процесор. Топове рішення, на базі якого можна зібрати потужну робочу станцію для монтажу відео, роботи з графічними програмами та звуком. Підійде для ігор з запасом на майбутнє: з ультрависокою графікою та високим стабільним FPS. Наприклад, в i9-9820X — 10 ядер, що працюють на 4,2 ГГц, та ще й на 20 потоках.
H — процесор під упаковування. Маркування ЦП з такою буквою говорить про поліпшення інтегрованого графічного чіпа. Подібні варіанти не замінять повноцінну дискретну відеокарту, і тим більше не претендують на звання ігрових, але якість «вбудовування в систему» в таких пристроях вище, ніж в аналогів.
K — процесор що може сильно розганяти свою тактову частоту. Це дозволяє чипсету не «ганяти з пустого в порожнє» при базових навантаженнях.
T — проц володіє зниженою тактовою частотою та зменшеними конструктивними вимогами до тепловиводу ПК. Такі процесори встановить навіть новачок у свій базовий комп.
F — в таких чипсетах немає вбудованого графічного процесора. Щоб рендерити круте 3D або грати в сучасні ігри на високих налаштуваннях — доведеться шукати класну відеокарту. Тоді комп не просяде навіть на максимальних навантаженнях. Приклад: свіжий Intel Core i5-10400F з тактовою частотою до 4,3 ГГц, але без інтегрованої графіки.
Серія процесора позначається номером. Чим вище числове значення, тим продуктивніший процесор. Перша цифра номера говорить про те, до якого покоління належить модель. Наступні цифри означають модифікацію пристрою: чим вище їх значення, тим потужніше характеристики у девайса.
Покоління процесорів
X-series
В кінці 2019 з'явилась абсолютно нова серія процесорів Intel — X. І вона дійсно екстраординарна! Тут є розблокований множник, що ще сильніше збільшує продуктивність та дозволяє працювати з найскладнішими програмами: аж до створення спецефектів в кіно в 4К якості. Також ці процесори підійдуть для розробників ігор. X-series легко витримають навіть максимальні налаштування і трасування променів.
Станом на 2021 рік вважаються найпотужнішими процесорами цього виробника, бо вони мають до 18 ядер і 36 потоків. А технологія Turbo Boost Max 3.0 допоможе системі подолати найскладніші навантаження, максимізуючи продуктивність одно поточних завдань.
Щоб зрозуміти, яке покоління краще, варто розглянути всі варіанти. Вони представлені в таблиці:
