Процессоры Clarkdale компании Intel.

В январе этого года компания Intel одновременно анонсировала новый модельный ряд 32-нм процессоров для настольных  компьютеров, известных под кодовым наименованием Clarkdale, и новые чипсеты для них.Семейство всех 32-нм процессоров Intel имеет общее кодовое название Westmere и включает настольные, мобильные и серверные процессоры. К настольным процессорам относятся процессоры Gulftown и Clarkdale. Процессоры Gulftown — это шестиядерные процессоры, ориентированные на высокопроизводительные решения, а процессоры Clarkdale — двухъядерные процессоры, ориентированные на массовые решения.

Процессоры Clarkdale имеют интегрированный двухканальный контроллер памяти DDR3 и в штатном режиме поддерживают память DDR3-1333 и DDR3-1066.

Каждое ядро процессора Clarkdale имеет кэш­память первого уровня L1 и кэш второго уровня L2 размером 256 Кбайт. Также все процессоры Clarkdale имеют кэш­память третьего уровня (L3) размером 4 Мбайт.

Одно из главных новшеств процессоров Clarkdale заключается в том, что в них интегрировано графическое ядро, то есть и CPU и GPU будут располагаться в одном корпусе (но не на одном кристалле). Пара процессорных ядер с кэш­памятью третьего уровня размещается на меньшем кристалле, выпускаемом по 32-нм техпроцессу, тогда как более крупный кристалл, изготавливаемый по 45-нм технологии, содержит графическое ядро, контроллер памяти, контроллер интерфейса PCI Express 2.0 и контроллер шин DMI (используется для связи с чипсетом) и FDI. При этом взаимодействие между двумя кристаллами происходит по высокоскоростной шине QPI, поэтому оба кристалла также содержат контроллер шины QPI.

Несмотря на наличие интегрированного графического ядра в процессорах Clarkdale, они также имеют встроенный интерфейс PCI Express 2.0 на 16 линий для использования дискретной графики. Отметим, что все 16 линий PCI Express 2.0 поддерживают частоту 5 ГГц и обеспечивают пропускную способность 1 Гбайт/с по каждой линии.

Семейство процессоров Clarkdale включает две серии: Intel Core i5 600-?й серии и Intel Core i3 500-й серии. В 600-ю серию входят четыре модели: Intel Core i5-670, Core i5-661, Core i5-660 и Core i5-650, а в 500-ю — две: Intel Core i3-540 и Core i3-530.

Различие между разными моделями процессоров Intel Core i5 600-й серии заключается в тактовой частоте, частоте работы графического ядра, их TDP, а также поддержке технологии Intel vPro и технологии виртуализации.

Все процессоры Clarkdale имеют разъем LGA 1156 и совместимы с новыми чипсетами Intel H55 Express, Intel H57 Express, Intel Q57 Express, а также с чипсетом Intel P55 Express.

После краткого обзора особенностей процессоров Clarkdale рассмотрим особенности новых чипсетов Intel 5-й серии, в частности чипсета Intel H57 Express.

Для новых процессоров Clarkdale компания Intel предлагает четыре модели чипсетов: Intel Q57 Express, H57 Express, H55 Express и P55 Express (табл. 1).

Чипсет Intel P55 Express в большей степени ориентирован на 45-нм процессоры семейства Lynnfield, поскольку не поддерживает встроенного в процессор графического ядра (по причине отсутствия шины FDI), а вот чипсеты Intel Q57 Express, H57 Express и H55 Express как раз ориентированы на процессоры Clarkdale. Чипсет Intel Q57 Express, в силу своих функциональных возможностей, предназначен для корпоративного сегмента рынка, а чипсеты Intel H57 Express и H55 Express ориентированы на домашние ПК. По своим функциональным возможностям чипсет Intel H57 Express несколько превосходит чипсет Intel H55 Express и ориентирован на более производительные решения. Кстати, именно поэтому большинство плат на чипсете Intel H55 Express выполнены в формфакторе microATX, а платы на чипсете Intel H57 Express преимущественно имеют формфактор ATX.

Говоря о функциональных различиях между чипсетами Intel 5-й серии, важно отметить, что 16 линий PCI Express 2.0, поддерживаемых процессорами Clarkdale, могут быть сгруппированы в один порт PCI Express 2.0 x16 или в два порта PCI Express 2.0 x8 (с формфактором PCI Express 2.0 x16). Как именно группируются 16 линий PCI Express 2.0, зависит от чипсета системной платы. Так, чипсет Intel P55 Express позволяет сгруппировать 16 линий PCI Express 2.0 в один порт PCI Express 2.0 x16 или в два порта PCI Express 2.0 x8, а вот чипсеты Intel H55 Express, H57 Express и Q57 Express — только в один порт PCI Express 2.0 x16. Именно поэтому системные платы на базе чипсетов Intel P55 Express и Q57 Express могут поддерживать и режим ATI CrossFire, и режим NVIDIA SLI (при наличии двух слотов с формфактором PCI Express 2.0 x16 (x8+x8), а вот системные платы на базе чипсета Intel H55 Express или H57 Express и Q57 не могут поддерживать режим NVIDIA SLI (в случае использования процессоров Clarkdale). Напомним, что режим NVIDIA SLI возможен только при симметричном (x8+x8 или x16+x16) объединении видеокарт, а режим ATI CrossFire и при несимметричном (например, x16+x4).

Чипсет Intel H57 Express (рис. 1), или, в терминологии компании Intel, платформенный хаб (Platform Controller Hub, PCH), представляет собой однокристальное решение, которое служит заменой традиционному северному и южному мостам. Взаимодействие между процессором и чипсетом реализуется по полнодуплексной шине DMI (Direct Media Interface) c пропускной способностью 10 Гбит/с в каждом направлении (скорость передачи данных в каждом направлении составляет 1 Гбайт/с).

Рис. 1. Блок-схема чипсета Intel H57 Express

Для поддержки встроенного в процессор Clarkdale графического ядра в чипсете Intel H57 Express предусмотрена шина Intel FDI (Flexible Display Interface), по которой чипсет взаимодействует со встроенным графическим ядром.

Также в чипсет Intel H57 Express интегрирован 6-портовый контроллер SATA II. Причем он поддерживает режим AHCI, а также технологию Intel Matrix Storage и позволяет создавать RAID-массивы уровней 0, 1, 5 и 10.

Отметим также, что в чипсет Intel H57 Express уже встроен MAC-уровень гигабитного сетевого контроллера и предусмотрен специальный интерфейс (GLCI) для подключения PHY-контроллера.

В чипсет Intel H57 Express также интегрирован контроллер USB 2.0. Всего чипсет поддерживает 14 портов USB 2.0.

Ну и, естественно, в чипсете Intel H57 Express имеется встроенный аудиоконтроллер Intel HDA (High Definition Audio), а для создания полноценной аудиосистемы достаточно интегрировать на плату аудиокодек, который будет связан с аудиоконтроллером, интегрированным в чипсет, по шине HD Audio.

Еще одной особенностью чипсета Intel H57 Express является реализация в нем технологии Intel QST (Intel Quiet System Technology) для управления всеми вентиляторами, подключаемыми к материнской плате. Правда, нужно отметить, что данная технология оказалась невостребованной производителями материнских плат и управление вентиляторами на платах реализуется не средствами чипсета, а с помощью отдельных микросхем сторонних производителей.

Ну и в заключение описания чипсета Intel H57 Express (как, впрочем, и всех чипсетов 5-й серии) остановимся на таком важном аспекте, как поддержка линий PCI Express 2.0.

Чипсет Intel H57 Express поддерживает восемь линий PCI Express 2.0, которые могут использоваться интегрированными на материнскую плату контроллерами и для организации слотов PCI Express 2.0 x1 и PCI Express 2.0 x4. Важно подчеркнуть, что линии PCI Express 2.0, поддерживаемые чипсетом Intel H57 Express (как и любым другим чипсетом Intel 5-й серии), функционируют на частоте 2,5 ГГц, а не на частоте 5 ГГц, как линии PCI Express 2.0, поддерживаемые процессором. То есть пропускная способность каждой линии PCI Express 2.0 составляет 500 Мбайт/с (по 250 Мбайт в каждом направлении).

Напомним, что стандартом PCI Express 2.0 предусмотрено два режима работы шины PCI Express: на частоте 5 ГГц и на частоте 2,5 ГГц. На час­тоте 5 ГГц пропускная способность каждой линии составляет 1 Гбайт/с. Действительно, поскольку шина является последовательной, с каждым тактом по линии передается 1 бит. Соответственно скорость передачи по линии PCI Express в одном направлении составит 5 ГГцx1 бит = 5 Гбит/с. Кроме того, нужно учесть, что при передаче данных используется кодирование 8b/10b, когда из 10 бит только 8 бит являются информационными. С учетом поправки на кодирование 8b/10b получим, что скорость передачи данных (полезных данных) составляет 5 Гбит/сx0,8 = 4 Гбит/с = 0,5 Гбайт/с. Ну а поскольку шина PCI Express является двунаправленной, пропускная способность линии PCI Еxpress 2.0 при частоте ее работы 5 ГГц составит 1 Гбайт/с. Аналогично при частоте работы шины 2,5 ГГц пропускная способность одной линии PCI Express составит 0,5 Гбайт/с. Фактически при частоте 2,5 ГГц пропускная способность линии PCI Express 2.0 совпадает с пропускной способностью линии PCI Express 1.1, и поддержка чипсетами Intel 5-й серии интерфейса PCI Express 2.0 весьма условна. Это обстоятельство очень важно, если учесть, что на топовых моделях системных плат (в частности, на платах с чипсетом Intel H57 Express) в последнее время стало модно интегрировать высокоскоростные контроллеры USB 3.0 и SATA III.

Собственно, в плане выбора элементной базы вариантов для производителей здесь немного. Если на плате имеется контроллер SATA III, то это двухпортовый контроллер Marvell 88SE9128 (других контроллеров пока просто не существует — рис. 2). Напомним, что если пропускная способность, предусмотренная стандартом SATA II, составляет 3 Гбит/с (с учетом кодирования 8b/10b скорость передачи данных 300 Мбайт/с в каждом направлении), то для стандарта SATA III она равна 6 Гбит/с (скорость передачи данных 600 Мбайт/с в каждом направлении).

Рис. 2. Контроллер Marvell 88SE9128
на два порта SATA III

Если на плате реализованы порты USB 3.0, то на ней интегрирован контроллер NEC D720200 на два порта USB 3.0 (рис. 3). Стандартом USB 3.0 предусматривается скорость передачи данных 5 Гбит/с (640 Мбайт/с) в каждом направлении, что более чем на порядок выше скорости передачи данных, предусмотренной стандартом USB 2.0.

Рис. 3. Контроллер NEC D720200
на два порта USB 3.0

Естественно, все производители материнских плат, которые интег­рируют контроллеры USB 3.0 и SATA III, акцентируют внимание пользователей на десятикратно возросшей скорости передачи данных по интерфейсу USB 3.0 и двойном увеличении скорости передачи данных по интерфейсу SATA III. Однако здесь есть несколько тонких моментов, которые необходимо учитывать.

Говоря о стандарте SATA III, нужно отметить, что, подключив диски с интерфейсом SATA III к соответствующему интерфейсу, не стоит ожидать, что скорость записи и чтения увеличится вдвое. Дело в том, что пропускная способность интерфейса и такая характеристика диска, как скорость чтения и записи, — это отнюдь не одно и то же. Современные жесткие диски имеют максимальную скорость последовательного чтения порядка 100-140 Мбайт/с. Как видите, по своим скоростным характеристикам жесткие диски не дотягивают даже до пропускной способности интерфейса SATA, так что подключать их к интерфейсу SATA III просто нет смысла.

Есть в контроллере SATA III и еще один подводный камень. Дело в том, что на платах с чипсетом Intel H57 Express (равно как и на любой плате с чипсетом Intel 5-й серии) контроллер SATA III традиционно подключается к одной линии PCI Express 2.0, поддерживаемой чипсетом и работающей на частоте 2,5 ГГц. Как мы уже отмечали, скорость передачи данных по такой линии в каждом направлении равна всего 250 Мбайт/с. При этом скорость передачи данных по интерфейсу SATA III составляет 600 Мбайт/с. Как видите, всё упирается в пропускную способность шины PCI Express 2.0 (2,5 ГГц), которая не позволяет реализовать потенциал не только стандарта SATA III, но и стандарта SATA II. Правда, производители материнских плат нашли способ обойти указанное ограничение. О том, как это делается, мы расскажем далее, а пока лишь обратим внимание читателей на то, что встречаются платы (из уважения к производителям называть их не будем), на которых контроллер SATA III просто подключается к одной линии PCI Express 2.0 (2,5 ГГц). В таком случае это просто маркетинг, рассчитанный на неграмотность пользователей.

С контроллером USB 3.0 ситуация аналогичная. Первоначально этот контроллер интегрировался на платы, утилизируя одну линию PCI Express 2.0 (2,5 ГГц), поддерживаемую чипсетом Intel 5-й серии. В результате получалось довольно забавно. Вместо обещанной скорости передачи данных 640 Мбайт/с максимальная скорость не превышала 250 Мбайт/с.

Как мы уже отмечали, в настоящее время производители материнских плат нашли способ обойти указанное ограничение линии PCI Express 2.0 x1 c пропускной способностью 250 Мбайт/с в каждом направлении. Делается это за счет интегрирования на плату дополнительного чипа, выполняющего функцию моста­коммутатора линий PCI Express с неблокирующей архитектурой. Классическим примером такого моста является чип PLX PEX8608 на восемь линий PCI Express 2.0 (рис. 4).

Рис. 4. Чип PLX PEX8608
на восемь линий PCI Express 2.0

Данный чип использует для связи с чипсетом четыре линии PCI Express 2.0 (2,5 ГГц) (пропускная способность такого соединения составляет 1 Гбайт/с в каждом направлении) и превращает их в четыре линии PCI Express 2.0 (5 ГГц). Ну а контроллеры USB 3.0 и SATA III уже подключаются к этому мосту по линиям PCI Express 2.0 (5 ГГц). В итоге и контроллер SATA III со скоростью передачи данных 600 Мбайт/с в каждом направлении, и контроллер USB 3.0 со скоростью передачи данных 640 Мбайт/с в каждом направлении оказываются на шинах PCI Express 2.0 x1 c пропускной способностью 500 Мбайт/с в каждом направлении. На базе одной линии PCI Express 2.0 (5 ГГц) моста PLX PEX8608 также реализуется слот PCI Express 2.0 (5 ГГц) — рис. 5.

Рис. 5. Схема подключения контроллеров USB 3.0 и SATA III