Tài liệu Báo cáo thực tập-công nghệ chip

  • Số trang: 27 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 90 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3721 tài liệu

Mô tả:

1 2 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với tốc độ phát triển mạnh mẽ của điện tử và công nghệ thông tin, hàng loạt các sản phẩm công nghệ cao đã ra đời. Những thiết bị này đã góp phần nâng cao đời sống cho con người và chúng có một ý nghĩa lớn trong cuộc cánh mạng công nghệ. Các thiết bị đó chính là các bộ Chip và công nghệ chế tạo ra chúng, chúng là thành quả của công nghệ bán dẫn tích hợp, mặc dù với vẻ bề ngoài nhỏ bé nhưng những con Chip, những bộ vi xử lý lại có một sức mạnh không hề “nhỏ” chút nào. Chúng có thể làm những việc mà con người ngần như khó có thể làm làm được. Chip và bộ vi xử lý chúng chính là trái tim và bộ óc của chiếc máy tính cũng như trái tim và bộ óc của con nguời vậy điều khiển mọi hoạt động, tiếp nhận mọi thông tin…để xử lý rồi đưa ra cho chúng ta kết quả như mong đợi. Trong bài báo cáo này em tập trung tìm hiểu về lịch sử, công nghệ NetBurst, công nghệ Intel Core và ứng dụng của chúng trong các dòng Chip của Intel cũng như các công nghệ mới nhất sử tích hợp trong Chip. Nội dung báo cáo chia 2 phần: Phần I CÔNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP Chia làm 2 chương: Chương 1 Khái niệm và lịch sử của chip-vi mạch tích hợp Trình bày khái niệm về chip và lịch sử phát triển của chip-vi mạch tích hợp Chương 2 Mô hình phát triển cho các hệ thống tích hợp trên vi mạch Trình bày khái niệm SoC, NoC và mô hình phát triển chip hệ thống tích hợp hiện nay Phần II TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHIP CỦA INTEL Chia làm 2 chương Chương 3 Khái quát các dòng Chip và công nghệ tích hợp trong Chip của Intel Trình bày sơ lược lịch sử các dòng Chip và công nghệ chế tạo Chip của Intel Chương 4 Nền tảng Chip sử dụng công nghệ mới của Intel Trình bày một số nền tảng chip tích hợp sử dụng công nghệ mới của Intel 3 PHẦN I CHƯƠNG 1 CÔNG NGHỆ CHIP TÍCH HỢP KHÁI NIỆM VÀ LỊCH SỬ CỦA CHIP-VI MẠCH TÍCH HỢP 1.1. Khái niệm Chip-vi mạch tích hợp 1.1.1. Khái niệm về Chip Chip là một vi mạch điện tử tích hợp được cấu tạo để thực hiện một chức năng cụ thể nào đó hoặc được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. 1.1.2. Khái niệm Chipset Chipset là một nhóm các Chip làm việc như một đơn vị độc lập để thực hiện một hay nhiều chức năng có liên quan đến nhau nào đó Ví dụ: - Modem chipset bao gồm tất cả các mạch tích hợp đảm nhận việc truyền và nhận thông tin. - Chipset Intel 850 dùng để điều khiển bo mạch hệ thống dùng cho CPU Pentium4 (Pemtium 4 motherboard). Nó bao gồm : + Chip điều khiển nhập xuất thế hệ thứ 2 (ICH2 - I/O Controller Hub) hỗ trợ: 4 cổng USB + 6 Kênh âm thanh AC'97 + Giao tiếp mạng tích hợp 10/100 Mbps + 2 kênh ATA-100 + Kênh giao tiếp CNR + Các cổng giao tiếp chuẩn 64-bit PCI. + Chip điều khiển truy cập bộ nhớ (MCH - Memory Controller Hub) hỗ trợ : 2 khe cắm RDRAM cho phép tốc độ truyền dữ liệu giữa CPU và bộ nhớ đạt tới 3.2 Gigabytes/s. Kênh truyền AGP 4X cũng được điều khiển bởi MCH cho phép chuyển giao dữ liệu trực tiếp giữa card màn hình và bộ nhớ với tốc độ lên tới 1 Gigabytes/s. 4 Hình 1.1: Chipset Intel 850 1.2. Lịch sử hình thành và phát triển của Chip-vi mạch tích hợp Sự hình thành và phát triển của chíp gắn liền với sự hình thành, phát triển của công nghệ bán dẫn, sự phát hiện ra transistor và tính năng của nó, nên khi tìm hiểu về vấn đề này ta sẽ tìm hiểu sự ra đời và phát triển của công nghệ bán dẫn: - Năm 1947, J.Bardeen & W.Brattain (AT&T Bell., USA ) phát minh ra “Point Contact Transistor” đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay thế cho ống chân không. Dòng điện vào ( Bên trái hình tam giác ) được truyền qua lớp dẫn điện bề mặt bản Germanium và được khuếch đại thành dòng ra ( bên phải hình tam giác ). Sở dĩ thiết bị khuếch đại dòng điện này có tên là TRANSISTOR vì nó là một loại điện trở ( Resistor) hay bán dẫn có khả năng truyền điện ( TRANfer) 5 Hình 1.2: thí nghiệm phát minh Transistor đầu tiên - Năm 1950, W.Shockley ( AT&T Bell Lab, USA) phát minh ra transistor kiểu tiếp hợp. Đây là mô hình đầu tiên của loại Bipolar transistor sau này. Hình 1.3: Transistor kiểu tiếp hợp 6 - Năm 1958, J.Kilby ( Texas Instruments, Mỹ) phát minh ra mạch IC (Integrated circuit ) đầu tiên, mở đầu cho thời kỳ hoàng kim của vi điện tử. Điểm quan trọng trong phát minh của Kilby là ở ý tưởng về việc tích hợp các thiết bị điện tử (điện trở, transistor, condenser) lên trên bề mặt tấm silicon. - Năm 1959, J. Hoerni và R Noyce ( Fairchild, Mỹ) thành công trong việc tạo ra transistor trên một mặt phẳng silicon. Hình dưới là transistor với cả 3 cực ( base, emitter, colector) cùng nằm trên một mặt phẳng. Hình 1.4: Transistor với cả 3 cực ( base, emitter, colector) - Năm 1961, cũng chính J. Hoerni và R. Noyce đã tạo ra mạch flip-flop ( với 4 transistor và 5 điện trở) trên mặt silicon. - Năm 1970, G.-E. Smith và W.-S. Boyle ( AT&T Bell Lab., USA) tạo ra mạch CCD 8-bit. Hình 1.5: CCD 8-bit 7 - Năm 2004, công ty Intel của Mỹ chế tạo chip Pentium 4 với trên 42 triệu con trasistor. Hình 1.6: Chip Pentium 4 của Intel - Năm 2005, ê kíp liên kết giữa IBM, Sony, Sony Computer Entertainment, và Toshiba giới thiệu Chip CELL đa lõi ( multi-core), hoạt đọng với tốc độ 4 GHz, đạt tốc độ xử lý lên tới 256 Gflop. - Năm 2008 Intel trình làng Chip chứa 2 tỷ transistor đầu tiên Vậy với khoảng nửa thế kỷ kể từ ngày Kilby đề xuất ra ý tưởng về IC, Ngành công nghệ vi mạch đã đạt được những thành tựu rực rỡ. Sự tăng trưởng ở tốc độ chóng mặt của ngành công nghệ vi mạch là chìa khoá quan trọng bậc nhất trong cuộc cách mạng công nghệ thông tin ngày nay. 8 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH PHÁT TRIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TÍCH HỢP TRÊN VI MẠCH 2.1. KHÁI NIỆM SYSTEM-ON-A-CHIP VÀ NETWORK-ON-CHIP 2.1.1. Khái niệm System-on-a-Chip System-on-a-Chip ( SoC ) là hệ thống trên một vi mạch được xây dựng trên ý tưởng tích hợp tất cả các thành phần của một hệ thống máy tính lên trên một vi mạch đơn ( hay còn gọi là một chip đơn ). Hệ thống SoC này có thể bao gồm các khối chức năng số, tương tự, tín hiệu kết hợp ( mixed-signal ) và các khối tần số ra radio ( RF ). Hệ thống trên một vi mạch đôi khi còn được gọi là hệ thống đơn chip hay hệ thống “sốc” (SoC). 2.1.2. Khái niệm Network-on-Chip Network-on-Chip ( NoC ) tạm dịch nghĩa là “Mạng trên vi mạch”, là một khái niệm dùng để chỉ một loại kiến trúc truyền thông trên vi mạch dựa trên ý tưởng tích hợp kiến trúc mạng máy tính lên trên một vi mạch đơn. 2.2. MÔ HÌNH PHÁT TRIỂN CHO CÁC HỆ THỐNG TÍCH HỢP TRÊN VI MẠCH Công nghệ tích hợp vật liệu bán dẫn không ngừng được cải tiến nhờ Định luật Moore (số lượng transistors trên mỗi đơn vị inch vuông sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi hai năm). Sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ tích hợp bán dẫn cho phép các nhà thiết kế xây dựng các hệ thống hoàn chỉnh chỉ trên một vi mạch và do đó hình thành thuật ngữ "hệ thống trên một vi mạch" (SoC: System-on-Chip). Hệ thống SoC được biết đến như là một phương pháp thiết kế cho phép tích hợp khoảng vài chục IPs trên một vi mạch với khoảng vài chục triệu transistors. Hiện nay khả năng tích hợp lớn nhất cho phép trên một vi mạch vào khoảng 2 tỷ transistors (theo Intel). Với số lượng lớn transistor trên một vi mạch cho phép các nhà thiết kế tích hợp nhiều hơn nữa các đơn vị tính toán, còn gọi là IP (Intellectual Property), vào cùng một hệ thống SoC. Các khối tính toán này có thể là các bộ xử lý (processors), các bộ xử lý tín hiệu số (DSP), các bộ mã hoá và giải mã, các bộ nhớ RAM/ROM, hay các đơn vị xử lý vào/ra (Ethernet, Bluetooth),… 9 Với một số lượng lớn các IP được tích hợp lên cùng một hệ thống SoC, các phương thức truyền thông truyền thống như kết nối điểm–điểm, kết nối một bus chung không còn đáp ứng được nhu cầu truyền thông trên các vi mạch lớn. Nhằm đáp ứng nhu cầu truyền thông ngày càng cao giữa các khối tính toán trên chip, kiến trúc truyền thông bus phân tầng (hierarchical bus) được đề xuất và nhanh chóng được đưa vào ứng dụng cho các hệ thống SoC phức tạp. Kiến trúc bus phân tầng này sử dụng các bus cục bộ để thực hiện truyền thông giữa các IP gần nhau và có lưu lượng truyền thông qua lại cao. Việc truyền thông giữa các IP trên các bus khác nhau được thực hiện thông qua các cầu nối bus (bus bridge). Tuy nhiên, đây cũng chỉ là giải pháp tạm thời vì kiến trúc truyền thông này chỉ giải quyết được một phần nào nhu cầu truyền thông trên vi mạch chứ không thể giải quyết triệt để bài toán truyền thông trên các hệ thống SoC phức tạp. Hình dưới đây mô tả một hệ thống SoC hiện tại với một kiến trúc truyền thông tích hợp bao gồm bus, bus phân tầng và kết nối điểm–điểm. Hình 2.1: Kiến trúc một hệ thống SoC điển hình Để giải quyết vấn đề truyền thông trên các vi mạch lớn, một phương thức truyền thông mới dựa trên ý tưởng mạng internet được đề xuất vào khoảng năm 2000, gọi là mô hình mạng trên vi mạch (NoC: Network-on-Chip), 10 Hình 2.2: Mô hình mạng trên vi mạch Cho đến hiện nay, có nhiều trung tâm nghiên cứu hàng đầu (thuộc trường đại học, viện nghiên cứu, tập đoàn sản xuất vi mạch ứng dụng) trên thế giới nghiên cứu và phát triển mô hình NoC. Mô hình NoC được xem như là một giải pháp truyền thông trên chip thay thế các mô hình truyền thông cổ điển trước đây với nhiều ưu điểm vượt trội: tính linh hoạt trong thiết kế, khả năng mở rộng thiết kế, lưu lượng truyền thông cho phép cao, tối ưu năng lượng tiêu thụ, tính mô đun hóa. Tính mềm dẻo của mô hình NoC thể hiện ở khả năng truyền thông động nhờ kỹ thuật chuyển mạch gói. Với các hệ thống có độ tích hợp cao, mô hình NoC cho phép mở rộng kiến trúc mạng truyền thông bằng cách thêm các nút mạng mà không làm giảm hiệu suất truyền thông của các kênh truyền thông khác trong mạng. Kết nối giữa các đơn vị truyền thông ngắn (tối đa bằng khoảng cách giữa các nút mạng với nhau) giúp cho truyền thông có thể đạt được lưu lượng tối đa trên từng kênh cục bộ. Lưu lượng truyền thông cả mạng được tính bằng tổng lưu lượng truyền thông của các kênh được thiết lập. Ngoài ra, năng lượng tiêu thụ có thể giảm khi kênh truyền thông không được kích hoạt. Với nhiều ưu điểm, mô hình NoC được xem như là một sự lựa chọn hứa hẹn cho các hệ thống SoC phức tạp trong tương lai, khi các thiết kế có thể lên tới hàng tỷ transistors. Theo ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) 2005 dự đoán, các nghiên cứu cơ bản về NoC sẽ hoàn tất vào khoảng cuối năm 2008 và đến năm 2010 sẽ cho ra những sản phẩm ứng dụng thực tế được gắn các vi mạch dựa trên mô hình NoC. 11 PHẦN II CHƯƠNG 3 TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHIP CỦA INTEL KHÁI QUÁT CÁC DÒNG CHIP VÀ CÔNG NGHỆ TÍCH HỢP TRONG CHIP CỦA INTEL 3.1. VÀI NÉT SƠ LƯỢC VỀ CÁC DÒNG CHIP CỦA INTEL Các thế hệ chip ngày nay của Intel đã khác biệt khá nhiều so với những dòng chip đầu tiên do hãng chế tạo - chẳng hạn như Intel 4004, hoặc Intel 4040 (năm 1971). Khác biệt đó không chỉ ở tốc độ (xung nhịp đồng hồ) mà còn ở nền tảng và công nghệ chế tạo CPU. Công nghệ vi xử lý 180nm hoặc cũ hơn đang dần lui vào dĩ vãng để nhường bước cho các công nghệ mới hơn như 130nm, 90nm, 65nm, 45nm, 32nm… Về cơ bản, khả năng xử lý của chip Intel tính cho tới thời điểm hiện nay vẫn tuân thủ theo quy luật Moore – có nghĩa cứ mối gần 2 năm, tốc độ tính toán của loại chip mới sẽ tăng lên gấp đôi. Mặc dù loại chip đầu tiên của Intel xuất hiện từ năm 1971, nhưng phải mất nhiều năm sau (đến 1978), bộ vi xử lý này mới được ứng dụng rộng rãi và được nhiều người biết tới. Có một số mốc quan trọng trong lịch sử phát triển chip Intel, đó là: 8086 (1978), i486 (1989), Pentium (1983), Celeron (1998), Pentium IV (2000), và gấn đây nhất là dòng chip “lõi kép” và “lõi tứ”. Tất cả các loại chip của Intel đều là bộ xử lý x86, ngoại trừ một số model như: iAPX 432; i960; Itanium1 và Itanium2. - Intel 8088 -- 1979 (4MHz) Intel 8088, chủng loại chip được sử dụng cho những chiếc PC đầu tiên trên thế giới. Intel 8088 là loại chi 16-bit, chạy ở tốc độ 4MHz và chỉ có thể hỗ trợ tối đa tới 1MB RAM. - Intel 80286 -- 1982 (6MHz-20MHz) Là loại chip 16-bit có khả năng hỗ trợ tới 16 MB RAM. Intel 80286 có thể tương tác với bộ nhớ ảo và là loại chip “thực” đầu tiên do có khả năng xử lý đồng thời nhiều tác vụ cùng lúc. Tính năng này được ứng dụng cho các hệ điều hành Windows trong tương lai và vẫn mãi là đặc điểm trụ cột của dòng chip Intel. Tốc độ tối đa của Intel 80286 là 6MHz, nhưng một số phiên bản sau này có thể chạy ở tốc độ 20MHz. - Intel 386 -- 1988 (12,5MHz - 33MHz) 12 Với Intel 386, lần đầu tiên một chiếc PC mới tỏ ra hữu ích thực sự. Intel 386 là bộ xử lý 32-bit đầu tiên dành cho máy tính cá nhân. Nó có thể tương thích với các loại card 32-bit, và hỗ trợ tối đa tới 4GB bộ nhớ thực và 64TB (terabyte) bộ nhớ ảo. Intel 386 có nhiều phiên bản, với tốc độ dao động trong khoảng từ 12,5MHz tới 33MHz. - Intel 486 – 1991 (120MHz) Là thế hệ kế tiếp của dòng chip Intel, 486 mang đến khả năng xử lý cao hơn hẳn so với các loại chip trước đây. Tốc độ của Intel 486 là 120MHz, và hiện nay vẫn được dùng cho một số hệ thống. - Pentium Pentium có thể nói là dòng chip đa dạng nhất hiện nay, bởi nó có rất nhiều phiên bản với tốc độ cũng rất khác nhau. Pentium có nhiều đột phá mang tính “cách mạng”, và luôn đi kèm với sự lớn mạnh của Intel trong nhiều năm qua. + Pentium Pro -- 1995-1997 (150MHz-200MHz) Được sử dụng cho dòng máy tính để bàn và máy chủ cao cấp, Pentium Pro tăng khả năng hỗ trợ tối đa bộ nhớ từ 4GB lên 64GB. Pentium Pro có cache L2 từ 512KB 1MB; sử dụng bus hệ thống 60MHz hoặc 66MHz; chứa 5,5 tới 62 triệu transitor. Pentium Pro được chế tạo trên công nghệ vi xử lý 350nm. + Pentium MMX -- 1997-1999 (233MHz-300MHz) Số lượng transitor của Pentium MMX là 4,5 triệu; được chế tạo trên công nghệ vi xử lý 350nm (đối với phiên bản dành cho máy tính đề bản), và 250nm (đối với phiên bản dành cho thiết bị di động). + Pentium II -- 1997-1999 (233MHz-450MHz) Pentium II có bus hệ thống 66MHz hoặc 100MHz. Các model Pentium II dành cho máy tính để bàn có 7,5 triệu transistor với 512KB cache L2 ; trong khi phiên bản dành cho thiết bị di động có 27,4 triệu transistor với 256KB cache L2. + Pentium II Xeon -- 1998-1999 (400MHz-450MHz) Chủ yếu sử dụng cho dòng máy chủ cao cấp “2-way” và “4-way”, Pentium II Xeon có 100MHz bus hệ thống và cache L2 từ 512KB - 2MB. + Pentium III -- 1999-2001 (500MHz-1,13GHz) 13 Pentium III được công bố trong giai đoạn 1999-2001. Bộ vi xử lý này có bus hệ thống 100MHz hoặc 133MHz; 512KB hoặc 256KB cache L2. Phụ thuộc vào từng model mà Pentium III có từ 9,5 – 28 triệu transitor. Pentium III được sản xuất trên công nghệ vi xử lý 250nm và 180nm. + Pentium III Xeon -- 1999-2001 (500MHz-933MHz) Cũng được công bố trong thời kỳ 1999-2001, Pentium III Xeon chủ yếu được dành cho loại máy chủ từ “2-way” tới “8-way”. Xeon thường có cache tối đa lên tới 2MB. + Pentium 4 -- 2000 (1,4-3,4GHz) Là kiến trúc Pentium mới nhất được giới thiệu từ năm 2000, Pentium IV bắt đầu với 400MHz bus hệ thống và 256KB cache L2 (sau này tăng lên 800MHz và 2MB). Những phiên bản đầu tiên của Pentium IV có 42 triệu transitor, được chế tạo trên công nghệ vi xử lý 180nm. - Pentium M Là một phần của nhãn hiệu Centrino dành cho các chủng loại máy tính xách tay, Pentium M hiện đang có 2 phiên bản: “Banias” và “Dothan”. Banias là tên mã của Pentium M được giới thiệu năm 2003 với tốc độ 1,6MHz - tương đương với hiệu suất của Pentium IV “Northwood” 2,4MHz. Trong khi đó, “Dothan” là thế hệ thứ hai của Pentium M, được giới thiệu năm 2004 với nhiều phiên bản: Pentium M 715 (1,5 GHz), 725 (1,6 GHz), 735 (1,7 GHz), 745 (1,8 GHz), 755 (2 GHz), and 765 (2,1 GHz). “Dothan” được chế tạo trên công nghệ vi xử lý 90nm, hỗ trợ chuẩn PCI Express, Serial ATA và Gigabit Ethernet. - Pentium D Pentium D là một series gồm nhiều bộ xử lý với phiên bản đầu tiên (tên mã “Smithfield”) được Intel giới thiệu hồi cuối tháng 5/2005 vừa qua. Pentium D sẽ tích hợp 2 chip Pentium IV Prescott trên một tấm silicon đơn (hay còn được gọi với cái tên là “chip lõi kép”). Pentium D là dòng chip “lõi kép” dành cho máy tính để bàn có các tốc độ: 2,8GHz, 3GHz, hoặc 3,2GHz. Dòng chip này không hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng (HT), hay ít ra là cũng trong giai đoạn hiện nay. 14 - Pentium Extreme Edition Pentium Extreme Edition (EE)cũng là chip lõi kép nhưng lại được xây dựng trên lõi của “Smithfield” (phiên bản đầu của Pentium D). Pentium EE hỗ trợ công nghệ HT, do vậy sẽ có 4 bộ xử lý logic. Tốc độ của Pentium EE là 3,8GHz, 3.2. CÔNG NGHỆ VI KIẾN TRÚC NETBURST VÀ ỨNG DỤNG TRONG CÁC DÒNG CHIP CỦA INTEL 3.2.1. Giới thiệu công nghệ vi kiến trúc NetBurst của Intel Công nghệ vi kiến trúc NetBurst của Intel được ứng dụng rộng rãi trong các dòng Chip của Intel, xuất hiện lần đầu tiên 11 năm 2000 trong bộ xử lý Pentium IV. Và nó là công nghệ hoàn toàn mới so với các bộ Chip xử lý cũ (Pentium II, Pentium III và Celeron sử dụng vi kiến trúc P6). Đặc điểm đáng kể nhất của vi kiến trúc NetBurst là được áp dụng một số công nghệ nổi bật như: - Hyper Pipelined Technology (HPT): mở rộng số hàng lệnh xử lý - Execution Trace Cache (ETC): tránh tình trạng lệnh bị chậm trễ khi chuyển từ bộ nhớ đến CPU, - Rapid Execution Engine tăng tốc bộ đồng xử lý toán học, bus hệ thống (system bus) 400 MHz và 533 MHz Các công nghệ Advanced Transfer Cache, Advanced Dynamic Execution, Enhanced Floating point và Multimedia Unit, Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2), cũng được cải tiến nhằm tạo ra những bộ xử lý tốc độ cao hơn, khả năng tính toán mạnh hơn, xử lý đa phương tiện tốt hơn. 3.2.2. Ứng dụng công nghệ vi kiến trúc NetBurst vào các dòng Chip của Intel 3.2.2.1. Pentium IV Pentium IV đầu tiên (tên mã Willamette) xuất hiện cuối năm 2000 đặt dấu chấm hết cho "triều đại" Pentium III. Willamette sản xuất trên công nghệ 180 nm, có 42 triệu transistor (gấp đôi so với Pentium III), bus hệ thống (system bus) 400 MHz, bộ nhớ đệm tích hợp L2 256 KB, socket 423 và 478. Pentium IV Willamette có một số tốc độ như 1,3GHz;1,4GHz;1,5GHz;1,6GHz;1,7GHz; 1,8GHz; 1,9GHz; 2,0 GHz. 15 Ghi chú: - Socket 423 chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn, từ tháng 11 năm 2000 đến tháng 8 năm 2001 và bị thay thế bởi socket 478. - Xung thực (FSB) của Pentium IV là 100 MHz nhưng với công nghệ Quad Data Rate cho phép bộ xử lý truyền 4 bit dữ liệu trong 1 chu kỳ, nên bus hệ thống của bộ xử lý là 400 MHz. 3.2.2.2. Pentium Northwood Xuất hiện vào tháng 1 năm 2002, được sản xuất trên công nghệ 0,13 µm, có khoảng 55 triệu transistor, bộ nhớ đệm tích hợp L2 512 KB, socket 478. Northwood có 3 dòng gồm Northwood A (system bus 400 MHz), tốc độ 1,6GHz, 1,8GHz, 2,0GHz, 2,2GHz, 2,4GHz, 2,5GHz, 2,6GHz và 2,8 GHz. Northwood B (system bus 533 MHz), tốc độ 2,26 GHz, 2,4 GHz, 2,53 GHz, 2,66 GHz, 2,8 GHz và 3,06 GHz (riêng 3,06 GHz có hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading - HT). Northwood C (system bus 800 MHz, tất cả hỗ trợ HT), gồm 2,4 GHz, 2,6 GHz, 2,8 GHz, 3,0 GHz, 3,2 GHz, 3,4 GHz. 3.2.2.3. Bộ xử lý Celeron Bộ xử lý Celeron được thiết kế với mục tiêu dung hòa giữa công nghệ và giá cả, đáp ứng các yêu cầu phổ thông như truy cập Internet, Email, chat, xử lý các ứng dụng văn phòng. - Celeron Willamette 128: sản xuất 2002, bản "rút gọn" từ Pentium IV Willamette, sản xuất trên công nghệ 180 nm, bộ nhớ đệm L2 128 KB, bus hệ thống 400 MHz, socket 478. Celeron Willamette 128 hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2. Một số bộ xử lý thuộc dòng này như Celeron 1.7 (1,7 GHz) và Celeron 1.8 (1,8 GHz). - Celeron NorthWood 128: "rút gọn" từ Pentium IV Northwood, công nghệ 130 nm, bộ nhớ đệm tích hợp L2 128 KB, bus hệ thống 400 MHz, socket 478. Celeron NorthWood 128 cũng hỗ trợ các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, gồm Celeron 1.8A, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 tương ứng với các tốc độ từ 1,8 GHz đến 2,8 GHz. 16 - Celeron D (Presscott 256): được xây dựng từ nền tảng Pentium IV Prescott, sản xuất trên công nghệ 90nm, bộ nhớ đệm tích hợp L2 256 KB (gấp đôi dòng Celeron NorthWood), bus hệ thống 533 MHz, socket 478 và 775LGA. Ngoài các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, Celeron D hỗ trợ tập lệnh SSE3, một số phiên bản sau có hỗ trợ tính toán 64 bit. Celeron D gồm 310, 315, 320, 325, 325J, 326, 330, 330J, 331, 335, 335J, 336, 340, 340J, 341, 345, 345J, 346, 350, 351, 355 với các tốc độ tương ứng từ 2,13 GHz đến 3,33 GHz. 3.2.2.4. Pentium IV Extreme Edition Pentium IV Extreme Edition (P4EE) xuất hiện vào tháng 9 năm 2003, là bộ xử lý được Intel "ưu ái" dành cho game thủ và người dùng cao cấp. P4EE được xây dựng từ bộ xử lý Xeon dành cho máy chủ và trạm làm việc. Ngoài công nghệ HT "đình đám" thời bấy giờ, điểm nổi bật của P4EE là bổ sung bộ nhớ đệm L3 2 MB. Phiên bản đầu tiên của P4 EE (nhân Gallatin) sản xuất trên công nghệ 130 nm, bộ nhớ đệm L2 512 KB, L3 2 MB, bus hệ thống 800 MHz, sử dụng socket 478 và 775LGA, gồm P4 EE 3.2 (3,2 GHz), P4 EE 3.4 (3,4 GHz) 3.2.2.5. Pentium Prescott Xuất hiện năm 2004. Pentium Prescott Là bộ xử lý Chip đầu tiên Intel sản xuất theo công nghệ 90 nm, và sử dụng vi kiến trúc NetBurst 64 bit (Extended Memory 64 Technology - EM64T) kích thước vi mạch giảm 50% so với Pentium IV Willamette. Điều này cho phép tích hợp nhiều transistor hơn trên cùng kích thước (125 triệu transistor so với 55 triệu transistor của Pentium IV Northwood), tốc độ chuyển đổi của transistor nhanh hơn, tăng khả năng xử lý, tính toán. Dung lượng bộ nhớ đệm tích hợp L2 2M của Pentium IV Prescott gấp đôi so với Pentium Northwood . Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, Prescott được bổ sung tập lệnh SSE3 giúp các ứng dụng xử lý video và game chạy nhanh hơn, công nghệ siêu phân luồng HT và khả năng tính toán 64 bit, Prescott 2M (trừ BXL 620) có hỗ trợ công nghệ Enhanced SpeedStep để tối ưu tốc độ làm việc nhằm tiết kiệm điện năng. Các bộ xử lý 6x2 có thêm công nghệ ảo hóa (Virtualization Technology). Prescott 2M có một số tốc độ như Pentium IV HT 620 (2,8 GHz), 630 (3,0 GHz), 640 (3,2 GHz), 650 (3,4 GHz), 660, 662 (3,6 GHz) và 17 670, 672 (3,8 GHz). Đây là giai đoạn "giao thời" giữa socket 478 - 775LGA, system bus 533 MHz - 800 MHz - Pentium Prescott A: tốc độ xung nhịp (FSB) 533 MHz và có các tốc độ 2,2GHz, 2,4GHz, 2,66GHz, 2,8GHz ( cho socket 478), Prescott 505 (2,66 GHz), 505J (2,66 GHz), 506 (2,66 GHz), 511 (2,8 GHz), 515 (2,93 GHz), 515J (2,93 GHz), 516 (2,93 GHz), 519J (3,06 GHz), 519K (3,06 GHz) sử dụng socket 775LGA. - Pentium Prescott E, F: Xuất xưởng năm 2004, có bộ nhớ đệm L2 1 MB (các phiên bản sau được mở rộng 2 MB), bus hệ thống 800 MHz. Ngoài tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3 tích hợp, Prescott E, F còn hỗ trợ công nghệ siêu phân luồng, một số phiên bản sau có hỗ trợ tính toán 64 bit. - Dòng sử dụng socket 478 gồm Pentium IV HT 2.8E (2,8 GHz), 3.0E (3,0 GHz), 3.2E (3,2 GHz), 3.4E (3,4 GHz). Dòng sử dụng socket 775LGA gồm Pentium 4 HT 3.2F, 3.4F, 3.6F, 3.8F với các tốc độ tương ứng từ 3,2 GHz đến 3,8 GHz, Pentium IV HT 517, 520, 520J, 521, 524, 530, 530J, 531, 540, 540J, 541, 550, 550J, 551, 560, 560J, 561, 570J, 571 với các tốc độ từ 2,8 GHz đến 3,8 GHz. 3.2.2.6. Pentium D Pentium D (tên mã Smithfield, 8xx) xuất hiện năm 2005 dùng bộ xử lý lõi kép (dual core) đầu tiên của Intel, được cải tiến từ P4 Prescott nên cũng gặp một số hạn chế như hiện tượng thắt cổ chai do băng thông bộ xử lý ở mức 800 MHz (400 MHz cho mỗi lõi), điện năng tiêu thụ cao, tỏa nhiều nhiệt. Smithfield được sản xuất trên công nghệ 90nm, có 230 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 2 MB (2x1 MB, không chia sẻ), bus hệ thống 533 MHz (805) hoặc 800 MHz, socket 775LGA. Ngoài các tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, Smithfield được trang bị tập lệnh mở rộng EMT64 hỗ trợ đánh địa chỉ nhớ 64 bit, công nghệ Enhanced SpeedStep (830, 840). Một số BXL thuộc dòng này như Pentium D 805 (2,66 GHz), 820 (2,8 GHz), 830 (3,0 GHz), 840 (3,2 GHz). Cùng sử dụng vi kiến trúc NetBurst, Pentium D (mã Presler, 9xx) được Intel thiết kế mới trên công nghệ 65nm, 376 triệu transistor, bộ nhớ đệm L2 4 MB (2x2 MB), hiệu năng cao hơn, nhiều tính năng mới và ít tốn điện năng hơn Smithfield. 18 Pentium D 915 và 920 tốc độ 2,8 GHz, 925 và 930 (3,0GHz), 935 và 940 (3,2 GHz), 945 và 950 (3,4 GHz), 960 (3,6GHz). Presler dòng 9x0 có hỗ trợ Virtualization Technology. 3.2.2.7. Pentium Extreme Edition Pentium Extreme Edition (PEE) dùng bộ xử lý lõi kép dành cho game thủ và người dùng cao cấp. Pentium EE sử dụng nhân Smithfield, Presler của Pentium D trong đó Smithfield sử dụng công nghệ 90nm, bộ nhớ đệm L2 được mở rộng đến 2 MB (2x1 MB), hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, công nghệ HT, Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST) và EM64T. Pentium 840 EE (3,20 GHz, bus hệ thống 800 MHz, socket 775LGA) là một trong những BXL thuộc dòng này. Pentium EE Presler sử dụng công nghệ 65 nm, bộ nhớ đệm L2 được mở rộng đến 4 MB (2x2 MB), hỗ trợ tập lệnh MMX, SSE, SSE2, SSE3, công nghệ HT, Enhanced Intel SpeedStep Technology (EIST), EM64T và Virtualization Technology. Một số BXL thuộc dòng này là Pentium EE 955 (3,46GHz) và Pentium EE 965 (3,73GHz) có bus hệ thống 1066 MHz, socket 775. 3.3. CÔNG NGHỆ VI KIẾN TRÚC INTEL CORE CỦA INTEL 3.3.1. Đặc điểm của công nghệ vi kiến trúc Intel Core Tại diễn đàn IDF đầu năm 2006, Intel đã giới thiệu vi kiến trúc Intel Core có các đặc điểm nổi trội so với vi kiến trúc Intel hai nhân hiện tại, năm cải tiến quan trọng trong vi kiến trúc Core là Mở Rộng Thực Thi Động (Wide Dynamic Execution), Quản Lý Điện Năng Thông Minh (Intelligent Power Capability), Đệm Thông Minh Tiên Tiến (Advanced Smart Cache), Truy Xuất Bộ Nhớ Thông Minh (Smart Memory Access) và Tăng Tốc Phương Tiện Số Tiên Tiến (Advanced Digital Media Boost). Những cải tiến này sẽ tạo ra những BXL mạnh hơn, khả năng tính toán nhanh hơn và giảm mức tiêu thụ điện năng, tỏa nhiệt ít hơn so với kiến trúc NetBurst. Sau đây ta xét từng đặc điểm trên để làm rõ hơn điều này. 3.3.1.1. Wide Dynamic Execution - Mở rộng thực thi động Thực thi động là sự kết hợp của nhiều kỹ thuật (phân tích luồng dữ liệu, thực thi suy đoán, thực thi phi thứ tự,...) đã được Intel hiện thực trong vi kiến trúc P6 gồm bộ 19 xử lý Pentium Pro, Pentium II, Pentium III. Trong vi kiến trúc NetBurst sau đó, Intel đưa ra cơ chế Thực Thi Động Tiên Tiến (Advanced Dynamic Execution) thiết kế sâu hơn, tiên đoán xa hơn và cải tiến giải thuật tiên đoán nhánh lệnh để giảm bớt trường hợp tiên đoán sai. Trong kiến trúc Core, hàng lệnh thực thi được thiết kế dài hơn (14 khâu) giúp tiên đoán nhánh lệnh chính xác hơn và có đến 4 hàng lệnh thực thi cùng lúc (Intel Mobile và NetBurst trước đây chỉ thực thi được cùng lúc ba hàng lệnh). Một tính năng khác cũng góp phần rút ngắn thời gian thực thi lệnh là macrofusion. Trong quá trình giải mã lệnh, một số cặp vi lệnh thông dụng (như lệnh compare (so sánh) đi kèm lệnh jump (nhảy) có điều kiện) sẽ được macrofusion ghép thành một vi lệnh mới. Bộ Luận Lý Tóan Học (Arithmetic Logic Unit-ALU) trong vi kiến trúc Core được thiết kế để thực thi các lệnh kết hợp theo cơ chế macrofusion trong một xung nhịp, giúp rút ngắn đáng kể thời gian thực thi (so với khi chưa kết hợp) và cũng đồng nghĩa giảm năng lượng. Trong Intel Core, bạn cũng bắt gặp lại kỹ thuật tiết kiệm năng lượng thời gian micro-op fusion từng được dùng trong bộ xử lý Pentium M. Thông thường, một lệnh thực thi (macro-op) thường được chẻ nhỏ thành nhiều vi lệnh (micro-op) trước khi chuyển vào hàng lệnh thực thi của bộ vi xử lý. Kỹ thuật micro-op giúp tối giản một số vi lệnh trong hàng chờ. Trong vi kiến trúc Core, số trường hợp tinh giản vi lệnh được mở rộng hơn nhờ hàng lệnh được thiết kế 14 khâu (dài hơn trước). Hình 3.1: Quy trình thực hiện lệnh của mỗi nhân ( mỗi nhân có thể xử lý đồng thời 4 hàng lệnh) 20
- Xem thêm -