Bài tập thực hành đề tài tìm hiểu về công nghệ chế tạo cpu qua các thế hệ (intel chip)

Trải qua quá trình dài phát triển kể từ năm 1971, các con chip của Intel ngày càng trở nên hiện đại, mạnh mẽ hơn với các công nghệ mới được áp dụng.. Các thế hệ Chip Intel và các đời CPU

BÀI TẬP THỰC HÀNH

Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ chế tạo CPU qua các thế hệ

(Intel chip)

Giảng viên: TS Trịnh Tấn Đạt Nhóm thực hiện:

Môn học: Kiến trúc máy tính Võ Khánh Linh 3121411122

Nguyễn Lê Hoàng Minh 3121411133

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2021

1

Đề tài: Tìm hiểu về công nghệ chế tạo CPU qua các thế hệ (Intel chip)

1 Lịch sử phát triển CPU của hãng Intel:

Intel là hãng gần như độc quyền trong mảng PC và máy chủ Trải qua quá trình dài phát triển kể từ năm 1971, các con chip của Intel ngày càng trở nên hiện đại, mạnh mẽ hơn với các công nghệ mới được áp dụng Từ thế hệ CPU đầu tiên mà họ sản xuất đó là CPU 404, CPU 808, CPU 80286, CPU 80386, CPU 80486, CPU 80586, rồi tiếp theo là CPU Pentium, … > CPU Core Dual, Core 2 Quad, … > và cho đến dòng CPU mới nhất là Core i (core i3, core i5, core i7 và core M) Nhìn vào sơ đồ sau là có thể hình dung ra lịch sử phát triển chip CPU của họ

2 Các thế hệ Chip Intel và các đời CPU từ trước đến nay:

 CPU Intel Pentium:

CPU Intel Pentium là dòng chip xử lý được Intel sản xuất vào năm 1933 với mục đích đạt được hiệu năng ổn định với mức giá phải chăng nhất Dòng chip này thường được sử dụng trên các dòng máy có cấu hình tầm trung với mức bình dân Để giảm giá thành, Intel Pentium sẽ không hỗ trợ công nghệ Turbo Boosts hay công nghệ siêu phân luồng nhưng thay vào đó là khả năng tương thích được với nhiều loại bo mạch khác nhau

2

Intel Pentium thông thường có 2 nhân xử lý (một số ít có 4 nhân) với xung nhịp dao động từ 1.1 GHz đến 3.5 GHz Hiện tại CPU Pentium đã được Intel nâng cấp lên thế hệ Haswell và được sản xuất ở quy trình 22 nm cho khả năng siêu tiết kiệm điện TDP 15W và hiệu năng xử lí tốt hơn CPU Core i thế hệ cũ

Từ năm 2017, định hướng của Intel cho CPU Intel Pentium sẽ là tập trung phát triển và cung cấp tới thị trường 2 dòng chip Pentium Gold và Pentium Silver

 CPU Intel Celeron:

Celeron là bộ xử lý cấp cơ bản của Intel cho các công việc tính toán cơ bản, như email, Internet và tạo tài liệu Có thể xem Intel Celeron là dòng chíp rút gọn của Pentium nhằm hạ giá thành với số bóng bán dẫn trong chip Celeron ít hơn

và bộ nhớ Cache nhỏ hơn Bạn có thể dàng tìm thấy chip Celeron trên các sản phẩm máy tính giá rẻ, bình dân Ở các tác vụ thông thường, Pentium và Celeron gần như tương đương nhau (Nếu cùng số nhân và cùng xung nhịp xử lý) nhưng khi chạy ở các ứng dụng mạnh như xử lý đồ hoạ, game, video thì Pentium có đốc độ nhanh gấp từ 1.5 đến 2 lần

3

Giống như Pentium, Celeron hiện nay đã được nâng cấp lên thế hệ Haswell, đây

là dòng tiết kiệm điện năng ULV, TDP 15W Intel Celeron Haswell được định hướng sử dụng trên laptop và ultrabook giá rẻ nhưng vẫn đảm bảo hiệu năng ổn định Kiến trúc Haswell mới giúp CPU Celeron thừa sức xứ lí được các tác vụ máy tính hằng ngày hoặc thậm chí là xem phim FullHD

 CPU Intel Atom:

Atom được sản xuất vào năm 2008 là dòng vi xử lý SoC được nhà sản xuất Intel dành riêng cho các thiết bị có tính di động cao như notebook, máy tính bảng, smartphone,… Ưu điểm của chip Atom là nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng và kéo dài thời lượng dùng pin nhưng không quá thiên về sức mạnh xử lý Hiện nay chip Atom gần như không còn được phổ biến nữa bởi sự xuất hiện của các dòng chip mobile cực mạnh như: Snapdragon, Exynos…

 CPU Intel Xeon:

Dòng chip Intel Xeon là dòng chíp ứng dụng cho các mô hình doanh nghiệp, công suất và tần suất xử dụng lớn, xử lý mạnh Điển hình là các máy chủ, máy trạm của doanh nghiệp Chính vì vậy các mainboard chạy chip xeon thường được thiết kế để chạy 02 chip hoạc 04 chip trên một mainboard để nâng cao hiệu năng

4

Dòng CPU Xeon Thì có mã Xeon E3 ,E5 và E7 Những hiện tại và phổ thông trong những cấu hình đồ họa kiến trúc chủ yếu là dòng CPU E5 Từ xeon E5

2670, E5 2680 … cho đến Xeon E5 2696 V4… Cao cấp hơn nữa nếu dùng nghiên cứu trí thông minh nhân tạo thì có Dòng Xeon Platinum

 CPU Intel Core I:

 Nehalem (Thế hệ đầu):

Kiến trúc Nehalem trên Core i được Intel thiết kế để thay thế kiến trúc Core 2 cũ, Nehalem vẫn được sản xuất trên quy trình 32nm Với Core I thế hệ Nehalem, Intel lần đầu tiên đã tích hợp công nghệ Turbo Boost cùng với Hyper Threading (công nghệ siêu phân luồng – HT) trên cùng một con chip giúp tăng hiệu năng đáng kể so với các thế hệ chip xử lý trước

- Sandy Bridge (Thế hệ thứ 2)

Sandy Bridge là người kế nhiệm kiến trúc Nehalem Kiến trúc Sandy Bridge vẫn tiếp tục sử dụng quy trình 32 nm nhưng so với Nehalem GPU (nhân

xử lý đồ họa) với CPU (bộ vi xử lý trung tâm) đã cùng được sản xuất trên quy

5

trình 32 nm và cùng năm nằm trên một đế Thiết kế này giúp giảm diện tích và tăng khả năng tiết kiệm điện nhờ CPU và GPU sẽ sử dụng chung bộ nhớ đệm

Ngoài ra, năng lực mã hóa/giải mã video cũng được tăng đáng kể với tính năng Intel Quick Sync Video.Tính năng Turbo Boost cũng được nâng cấp với phiên bản 2.0

 Ivy Bridge (Thế hệ thứ 3)

So với Sandy Bridge, Ivy Bridge của Intel đã sử dụng quy trình sản xuất mới 22 nm và sử dụng công nghệ bóng bán dẫn 3D Tri-Gate Quy trình sản xuất mới giúp giảm diện tích đế mà vẫn tăng đáng kể số lượng bóng bán dẫn trên CPU

Ivy Bridge còn tích hợp sẵn chip đồ họa hỗ trợ DirectX 11 như HD 4000, có khả năng phát video siêu phân giải và xử lý các nội dung 3D

 Haswell (Thế hệ thứ 4)

Thế hệ chip xử lý Haswell được tập trung vào những thiết bị “2 trong 1” Intel đã giảm kích thước vi xử lí Core cho phép sản xuất những mẫu ultrabook mỏng hơn, mà còn giúp cho ra đời những thiết bị 2 trong 1 (hay còn gọi là thiết

bị lai giữa laptop và tablet) mỏng hơn Chip quản lý nhiệt trên Haswell cũng giúp các thiết bị ultrabook chạy mát mẻ hơn

6

Haswel cũng được Intel tuyên bố là sẽ tiết kiệm điện năng gấp 20 lần so với Sandy Bridge ở chế độ chờ trong khi hiệu năng đồ họa cũng tăng đáng kể Bên cạnh việc nâng cấp từ chip đồ họa Intel HD 4000, Intel còn bổ sung thêm dòng chip đồ họa mạnh mẽ Iris/ Iris Pro dành cho các chip cao cấp

 Broadwell (thế hệ thứ 5)

Là thế hệ mới nhất của gia đình Intel, Broadwell chính là phiên bản thu nhỏ của Haswell, nói là phiên bản thu nhỏ nhưng đây không phải là kích thước vật lý của con chip mà là sự thu nhỏ của các bóng bán dẫn tạo nên bộ não CPU

Intel Broadwell sử dụng bóng bán dẫn có kích thước 14nm, gần bằng 1 nửa so với haswell và chỉ bằng 1/5 so với thế hệ đầu tiên Intel tự hào cho biết

Broadwell hoạt động hiệu quả hơn haswell 30%, có nghĩa nó tiêu thụ điện ít hơn 30% nhưng mang đến hiệu năng cao hơn khi ở cùng một tốc độ xung nhịp Intel Broadwell hứa hẹn sẽ tạo ra 1 cuộc cách mạng mới với các ưu điểm như: tiết kiệm PIN, nâng cao hiệu suất… Dự kiến Intel sẽ chính thức đưa thế hệ CPU mới của mình vào các sản phẩm vào đầu năm 2015

 Skylake (thế hệ thứ 6)

CPU Intel Skylake vẫn xây dựng trên tiến trình 14nm và sử dụng Socket LGA1151 nên sẽ không ương thích với các mainboard LGA1150 đang dùng trên

7

thế hệ Haswell và Broadwell Điểm nhấn của Skylake là hỗ trợ chuẩn RAM DDR4, chuẩn xuất hình ảnh HDMI 2.0 (4K 60Hz)

Đặc biệt đây là phiên bản đầu tiên hỗ trợ cổng kết nối ThunderBolt 3 giúp

truyển tải dữ liệu nhanh hơn, gắn thêm dock đồ họa rời xử lý các tác vụ nặng đồ họa, chơi game và công nghệ thực tế ảo (VR) đang phát triển mạnh mẽ

 Kabylake (thế hệ thứ 7)

Tiếp theo thế hệ CPU Skylake, Intel đã chính thức ra mắt dòng CPU thế

hệ thứ 7 của mình với tên mã Kaby Lake Đây vẫn là dòng CPU được sản xuất trên công nghệ 14 nm của Intel, nhưng đã được cải tiến đáng kể về hiệu năng xử

lý đồ họa và tiết kiệm điện năng Intel cho biết, các CPU Kaby Lake sẽ tập trung rất nhiều vào khả năng xử lý đồ họa, đặc biệt là video với độ phân giải 4K, các video 360 độ và công nghệ thực tế ảo Đồng thời hiệu năng xử lý các ứng dụng cũng được tăng lên 12%, còn hiệu năng duyệt web cao hơn 19% so với Skylake Đồng thời thế hệ Kabylake cũng hướng đến các game thủ với hiệu năng xử lý đồ họa Kết hợp với khả năng kết nối 4 cổng ThunderBolt 3 sẽ giúp trải nghiệm hình ảnh các tựa game khủng hiện nay trở nên sống động và trung thực nhất Đặc biệt là các trải nghiệm game VR

 Coffelake (thế hệ thứ 8)

Theo những đánh giá đầu tiên của các chuyên gia công nghệ trên thế giới, CPU Intel Coffee Lake giống như một con quái vật Mặc dù xung nhịp giảm

8

xuống một chút, nhưng việc bổ sung thêm các lõi xử lý đã đem lại sự cải thiện đáng kể về hiệu năng Tổng cộng có 6 bộ vi xử lý Intel Coffee Lake cho desktop vừa được ra mắt Mạnh nhất chính là Core i7-8700K, với hiệu năng mạnh hơn 25% so với i7-7700K Đặc biệt khả năng xử lý đa nhiệm, vừa chơi game vừa xử

lý đồ họa streaming mạnh hơn 45% so với thế hệ trước

 Coffee Lake Refresh (thế hệ thứ 9)

Coffee Lake Refresh (Coffee Lake-R) là phiên bản cải tiến của Coffee Lake-S (Core I thế hệ 8 cho desktop phổ thông) và vẫn thuộc chu kỳ Optimize

14 nm ++

Cho dễ nhận biết trong thời gian tới, Core I thế hệ 9 tức Core i với đầu số 9 sẽ là Coffee Lake-R và Intel sẽ lần lượt ra mắt các phiên bản thay thế cho Core i thế

hệ 8 hiện tại nhưng Intel đặc biệt tập trung vào phiên bản Core i9-9900K bởi con CPU này có nhiều cái đầu tiên trong lịch sử CPU dành cho người dùng phổ thông của Intel:

Ice Lake (thế hệ thứ 10)

Intel Core Ice Lake vẫn có 3 phiên bản là i3, i5 và i7 với xung nhịp tối đa lên đến 4.1GHz khi kích hoạt TurboBoost CPU thế hệ mới này còn được tích hợp thêm công nghệ Intel DL Boost, giúp mang lại hiệu năng xử lý trí tuệ nhân tạo nhanh hơn khoảng 2.5 lần và giảm thiểu độ trễ

9

 Tiger Lake (thế hệ thứ 11)

Tiger Lake được sản xuất với tiến trình 10 nm đi kèm đồ họa Intel Xe mới mang lại hiệu suất mới cho trải nghiệm trong thế giới thực Ngoài ra, bộ vi xử lý này bao gồm 3 dòng Core i3, i5 và i7 như thông thường, được sản xuất trên quy trình công nghệ 10 nm SuperFin, giúp tối ưu hiệu suất và tốc độ phản hồi khi hoạt động Với nhân đồ họa tích hợp mới Iris Xe, hiệu năng xử lý đồ hoạ của laptop sẽ được tăng lên, tốc độ xử lý hình ảnh nhanh hơn 2.7 lần, tốc độ chơi game nhanh hơn gấp 2 lần, đồng thời hỗ trợ xuất ra màn hình 8K HDR cùng với tùy chọn hiển thị màn hình 4K HDR cùng lúc Bộ xử lý Intel Core thế hệ 11 có xung nhịp đồ họa tối đa là 1.35 GHz cùng với khả năng Turbo boost lên đến 4.8 GHz

 Alder Lake (thế hệ thứ 12)

 Chip Intel thế hệ 12 vừa được ra mắt vào ngày 27/10/2021 với sự cải tiến

về tốc độ, hiệu suất với sự kết hợp giữa các nhân tiết kiệm điện Efficient-cores (E-cores) và nhân hiệu năng cao Performance cores (P-cores) Ở sự kiện tháng 10/2021 vừa qua Intel chỉ giới thiệu dòng chip dành cho Desktop, máy tính bàn

10

Vẫn chưa ra mắt các dòng chip Intel thế hệ 12 dành cho laptop và các thiết bị di động (08/11/2021)

Gồm 2 dòng: Dòng chip Intel Alder Lake-P dành cho đa số dòng laptop và Alder Lake-M cho các thiết bị như máy tính bảng hoặc laptop lai mỏng nhẹ với hiệu năng thấp hơn Các dòng sẽ trải đều từ Core i3, i5, i7, i9 như trên các thế hệ

cũ

 Đặc điểm cấu hình chip Intel Alder Lake

 Hiệu năng vượt trội

Dòng chip Intel Alder Lake trên laptop và PC đều sử dụng tiến trình Intel 7

để sản xuất dưới tiến trình 10nm Enhanced SuperFin với mức cải thiện hiệu năng trên watts từ 10 - 15% so với công nghệ SuperFin cũ Ngoài ra chip Intel 12th cũng được tăng hiệu năng nhờ các chip Performance và hệ thống bộ nhớ DDR5 cho băng thông nội bộ tốc độ cao

11

 Tiết kiệm điện hơn

Sử dụng quy trình Intel 7 10nm Enhanced SuperFin tiết kiệm điện hơn so với dòng SuperFin cũ, đồng thời các nhân tiết kiệm điện (Efficient -cores) sẽ hoạt động khi máy tính không xử lý các tác vụ nặng ở mức xung khoảng 1 GHz, giúp tiết kiệm pin cho laptop, đồng thời hạn chế tình trạng nóng máy

 Đa dạng công suất nguồn

Chip Intel 12 Alder Lake dành cho thiết bị di động sẽ dao động với mức nguồn từ 5W cho đến 55W tùy theo dòng chip, phù hợp với nhiều phân khúc laptop, máy tính bảng khác nhau

 Hỗ trợ các chuẩn tốc độ cao

Hỗ trợ kết nối PCIe 5.0, Thunderbolt 4, USB4, và bộ nhớ DDR5 tốc độ cao

sẽ hỗ trợ các chuẩn cắm nhanh giúp trao đổi dữ liệu nhanh hơn

12

3 Công nghệ xử lý core I của Intel cơ bản

 Công nghệ Turbo Boost

 Turbo Boost là gì?

Là công nghệ của hãng intel cho phép các bộ vi xử lý chạy hơn xung nhịp mặc định, giúp tăng hiệu năng cũng như tối ưu hiệu xuất hoạt động của CPU

Công nghệ Turbo Boost thường tích hợp trên các dòng CPU Intel Core i5 và Core i7, còn với Core i3 thì không được tích hợp công nghệ này Core i3 thì được thừa kế một điểm mới như Core i5 và Core i7 là công nghệ siêu phân luồng ( hay còn gọi là Hyper Threading)

 Cách Cài đặt Turbo Boost cho hiệu quả?

Turbo Boost là công nghệ tích hợp trên CPU nên không có cài đặt – bật tắt gì

cả, cứ giao nhiệm vụ này cho CPU tự động xử lý Tuy nhiên bạn có thể quản lý

nó bằng cách dùng Intel Turbo Boost Technology Monitor là một tiện ích được Intel cung cấp để bạn có thể theo dõi tình trạng hoạt động của tính năng Turbo Boost (trên các CPU có hỗ trợ Boost)

13

 Công nghệ Hyper threading technology (siêu phân luồng) (HTT)

Hyper Threading Technology là công nghệ siêu phân luồng luồng (HT – Hyper Threading) giúp các các nhân xử lý có thể giả lập thêm một nhân nữa để

xử lý Tính năng này giúp CPU có thể xử lý nhiều luống dữ liệu hơn số nhân thực có sẵn Công nghệ này đã có trên tất cả các dòng và các thế hệ vi xử lý Intel Core i

Hyper threading technology– siêu phân luồng còn là công nghệ nằm ngoài

“vương quốc” x86, là một phần nhỏ của SMT Ý tưởng đằng sau SMT rất đơn giản: một CPU vật lý sẽ xuất hiện trên hệ điều hành như là hai CPU và hệ điều hành không thể phân biệt được Trong các CPU sử dụng công nghệ

Hyper-Threading technology, mỗi CPU logic sở hữu một tập các thanh ghi, kể cả thanh ghi đếm chương trình PC riêng (separate program counter) CPU vật lý sẽ luân phiên các giai đoạn tìm và giải mã giữi hai CPU logic và chỉ cố gắng thực thi những thao tác từ hai chuỗi lệnh đồng thời theo cách hướng tới những đơn vị thực thi ít được sử dụng

14

4 Phân biệt các chíp CPU Core i qua tên gọi

 E (chip E): là chíp nhúng, chíp E sử dụng lõi kép (2 lõi)

 Q (chip Q): Chip lõi tứ (4 lõi), Chíp Q cho hiệu năng cao cấp, phù hợp với các laptop cấu hình cao

 K (chíp K): Có thể ép xung khi hoạt động, ví dụ như Core i7 2600K,…

 U (chip U): là loại chíp tiết kiệm năng lượng và thường thì nó có xung nhịp (Tốc độ GHz) thấp, thường được sử dụng trên Laptop và Ultrabook nhằm tiết kiệm điện năng

 M (chip M) (Mobile Microprocessor) là CPU dành cho các Laptop thông thường có xung nhip cao và mạnh mẽ Chíp M thường được sử dụng trong các Laptop chơi game hoặc sử dụng đồ họa nặng

 S (chíp S): Có thể tối ưu hóa hiệu suất hoạt động, ví dụ như chíp i5 2500S…

 T (chíp T): Có thể tối ưu hóa hiệu suất hoạt động, ví dụ như chíp i5 2390T…

5 Các chi tiết công nghệ cho từng loại intel core

 Core i3: Được intel cho ra đời theo từng bộ vi xử lý ứng với chủng loại của máy tính và theo từng kiến trung khác nhau



 Core i5: là dòng CPU tầm trung Core i5 cho máy tính PC thường có 4 nhân và đều tích hợp công nghệ Turbo Boost, nhưng lại không được tích