Báo Cáo - Thiết Kế Hệ Thống Vlsi - Đề Tài - Công Nghệ Kiến Trúc Chip Vi Xử Lý Intel Core I7 Core I9 Và Xeon

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CPU

Cấu trúc cơ bản của một CPU

Cấu trúc cơ bản của một CPU gồm 5 thành phần trong đó có 3 bộ phận chính đó là CU, ALU và Registers

Khối điều khiển (CU - Control Unit) là thành phần quan trọng của CPU, chịu trách nhiệm thực hiện việc dịch các lệnh của chương trình và điều khiển hoạt động xử lý của bộ xử lý Nó điều tiết chính xác các nhiệm vụ của CPU để đảm bảo quá trình xử lý diễn ra trôi chảy và hiệu quả.

Xung nhịp đồng hồ hệ thống là yếu tố cốt lõi của bộ xử lý, đảm bảo hoạt động chính xác và đồng bộ của các thành phần bên trong Phần này được thiết kế dựa trên các mạch logic so sánh với linh kiện bán dẫn, giúp duy trì nhịp điệu hoạt động của toàn bộ hệ thống Xung nhịp đồng hồ đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối các tác vụ của bộ xử lý, nâng cao hiệu suất và ổn định của máy tính.

Trong các thành phần của máy tính, ALU (thiết bị xử lýLogic) đảm nhận nhiệm vụ thực hiện các phép toán số học và logic, sau đó truyền kết quả về các thanh ghi hoặc bộ nhớ để lưu trữ Thanh ghi (registers) là bộ nhớ tạm thời trong máy tính giúp lưu trữ dữ liệu và kết quả xử lý của ALU, đóng vai trò quan trọng trong quá trình thực thi lệnh và nâng cao hiệu suất hệ thống.

Thanh ghi là các bộ nhớ nhỏ có tốc độ truy cập cao, nằm ngay trong CPU, dùng để lưu trữ tạm thời các toán hạng, kết quả tính toán, địa chỉ ô nhớ hoặc thông tin điều kiện Mỗi thanh ghi có chức năng riêng biệt, trong đó thanh ghi quan trọng nhất là bộ đếm chương trình (PC - Program Counter), chịu trách nhiệm chỉ đến lệnh sẽ thực thi tiếp theo.

Phần bộ nhớ chứa mã máy của CPU để có thể thực thi các lệnh trong file thực thi

Trong quá trình vận hành, công việc điều khiển các khối và điều khiển tần số xung nhịp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống Mạch xung nhịp đồng hồ hệ thống được sử dụng để đồng bộ hóa các thao tác xử lý trong và ngoài CPU, đảm bảo hoạt động chính xác theo các khoảng thời gian cố định Việc duy trì tần số xung nhịp ổn định giúp tối ưu hiệu suất hệ thống và đảm bảo tính đồng bộ của các quá trình xử lý dữ liệu.

Nguyên lý hoạt động của một CPU

Sau nhiều lần cải tiến, CPU vẫn giữ được các chức năng cơ bản của mình và hoạt động với 3 bước đó là:

1.2.1 Tìm nạp (Fetch instruction from memory)

Quá trình nạp lệnh bắt đầu khi CPU nhận được một lệnh dưới dạng chuỗi số từ RAM Mỗi lệnh chỉ là một phần nhỏ của một thao tác lớn hơn, do đó CPU cần biết lệnh nào sẽ được thực hiện tiếp theo để duy trì quá trình xử lý hiệu quả Địa chỉ của lệnh hiện tại được ghi nhận trong Program Counter (bộ đếm chương trình - PC), giúp xác định vị trí tiếp theo trong bộ nhớ PC cùng với lệnh được lưu trữ vào Instruction Register (bộ ghi lệnh - IR) để chuẩn bị cho quá trình thực thi Độ dài của PC sẽ tự động tăng lên sau mỗi lệnh để tham chiếu đến địa chỉ của lệnh tiếp theo, đảm bảo quá trình nạp lệnh diễn ra liên tục và chính xác.

1.2.2 Giải mã (Decode instructions into commands)

Khi một lệnh được tìm nạp và lưu trữ trong IR, CPU sẽ gửi lệnh đến bộ giải mã lệnh để chuyển đổi thành các tín hiệu điều khiển Quá trình này giúp chuyển đổi lệnh thành các tín hiệu cần thiết để CPU thực hiện các hành động phù hợp Bộ giải mã lệnh đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý, đảm bảo lệnh được hiểu và thực thi chính xác trong hệ thống xử lý của CPU.

Trong bước cuối cùng của quá trình xử lý, các lệnh được giải mã và gửi tới các bộ phận của CPU để thực hiện, sau đó kết quả thường được ghi vào các thanh ghi CPU, nơi chúng được tham chiếu cho các lệnh tiếp theo Hiểu đơn giản, chức năng của các thanh ghi này giống như bộ nhớ tạm thời trong máy tính, giúp lưu trữ dữ liệu cần thiết cho quá trình xử lý Một trong những nhà sản xuất CPU lớn và lâu đời nhất thế giới là Intel, đã gần như chiếm lĩnh thị trường sản xuất và vận hành máy tính, máy chủ trong nhiều thập kỷ qua.

Năm 1971, các con chip của Intel liên tục được cải tiến và phát triển, trở nên hiện đại và mạnh mẽ hơn nhờ vào việc áp dụng các công nghệ mới tiên tiến.

SƠ LƯỢC VỀ CPU CỦA HÃNG INTEL

Giới thiệu chung về công ty Intel

Intel (Integrated Electronics), thành lập năm 1968 tại Santa Clara, California, là một tập đoàn hàng đầu trong ngành công nghiệp linh kiện máy tính Ban đầu, công ty chuyên sản xuất chip vi xử lý và các linh kiện máy tính cơ bản, nhưng qua thời gian đã mở rộng và hoàn thiện đội ngũ sản phẩm của mình Intel liên tục cải tiến công nghệ, nâng cấp hệ thống và ứng dụng các công nghệ mới nhất để giữ vững vị thế tiên phong trên thị trường Hiện nay, Intel nổi tiếng với các dòng chip máy tính đa dạng, phù hợp từ người dùng phổ thông đến các doanh nghiệp lớn, bao gồm các dòng chính như Intel Pentium, Intel Celeron và Intel Core i Với lịch sử phát triển lâu dài và danh tiếng vững chắc, Intel luôn là thương hiệu dẫn đầu trong ngành sản xuất chip xử lý máy tính.

Lịch sử phát triển CPU của Intel

Tập đoàn sản xuất CPU bắt đầu từ các thế hệ đầu tiên như CPU 404, CPU 808, CPU 80286, sau đó phát triển qua các dòng mạnh mẽ hơn như CPU 80386, CPU 80486, CPU 80586, rồi tiến tới các dòng CPU nổi bật như Pentium Tiếp theo là các dòng CPU hiện đại hơn như Core Duo, Core 2 Quad, và cuối cùng là dòng CPU mới nhất thuộc series Core i gồm Core i3, Core i5, Core i7, Core i9, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất và xử lý của người dùng.

Hình 2 1 Lịch sử phát triển CPU của Intel

Các dòng chip CPU phổ biến hiện nay của Intel

Pentium là dòng chip xử lý của Intel nhằm mang lại hiệu năng ổn định với mức giá phải chăng, phù hợp cho các máy tính cấu hình thấp và nhu cầu bình dân Để giảm chi phí, CPU Pentium không tích hợp các công nghệ hiện đại như Turbo Boost hay siêu phân luồng, nhưng vẫn có khả năng tương thích cao với nhiều bo mạch của các hãng khác nhau Từ năm 2017, Intel đã tập trung phát triển hai dòng chip Pentium Gold và Pentium Silver để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường.

Hình 2.2 CPU Intel Pentium Ưu điểm của CPU Intel Pentium:

Intel không trang bị quá nhiều công nghệ trong dòng CPU Pentium nhằm giảm chi phí, giúp duy trì mức hiệu năng ổn định phù hợp cho các tác vụ cơ bản như học tập, làm việc văn phòng hoặc lướt web Dòng CPU này phù hợp với những người dùng có nhu cầu sử dụng máy tính để thực hiện các công việc nhẹ nhàng, tiết kiệm ngân sách Với thiết kế đơn giản hơn, Intel Pentium vẫn đảm bảo đáp ứng tốt các nhu cầu sử dụng hàng ngày của học sinh và nhân viên văn phòng.

11 video, soạn thảo văn bản, sử dụng mạng xã hội,…thì CPU Intel Pentium này là một lựa chọn vô cùng phù hợp với mức giá phải chăng nhất

- Tính năng và hiệu năng ổn định

Intel đã nâng cấp đáng kể dòng chip Pentium Silver và Pentium Gold để đáp ứng nhu cầu làm việc và học tập đa dạng của người dùng Bộ xử lý Intel Pentium đảm bảo trải nghiệm mượt mà khi làm việc từ xa, học tập trực tuyến, xem nội dung phát trực tuyến hoặc duyệt web, giúp hạn chế lỗi như giật, lag trong quá trình cộng tác trực tuyến.

Intel Pentium cho khả năng duyệt web nhanh không thua kém các dòng CPU cao cấp của Intel khi không mở quá nhiều tab cùng lúc CPU Intel Pentium còn phù hợp để vận hành các trò chơi nhẹ với yêu cầu cấu hình thấp Ngoài ra, CPU Intel Pentium Gold và Silver đã được nâng cấp công nghệ Wi-Fi, giúp tốc độ kết nối nhanh hơn gấp 3 lần và giảm độ trễ đến 75%, tối ưu cho học từ xa, xem nội dung trực tuyến hoặc duyệt web.

Intel Celeron là con chip được rút gọn từ phiên bản Pentium với số lượng bóng dẫn ít hơn, giúp giảm giá thành sản phẩm Bộ nhớ cache nhỏ hơn cũng góp phần làm giảm chi phí, phù hợp để trang bị cho các dòng laptop phân khúc tầm trung và giá rẻ Tốc độ xử lý của chip Intel Celeron đáp ứng các tác vụ cơ bản, hỗ trợ tốt các công việc văn phòng như truy cập Internet, tạo email và soạn thảo tài liệu.

Hình 2.3 CPU Intel Celeron Hiệu năng của CPU Intel Celeron:

CPU Intel Celeron thường được sử dụng trên các laptop dành cho sinh viên và văn phòng nhờ vào khả năng đáp ứng các công việc cơ bản như soạn thảo văn bản, gửi email và tra cứu thông tin trên Internet Với chỉ 2 lõi và không có tính năng siêu phân luồng hay Turbo Boost, hiệu suất của Celeron bị giới hạn, phù hợp cho các tác vụ hàng ngày nhưng không phù hợp cho các nhiệm vụ nặng như chơi game hoặc thiết kế đồ họa chuyên nghiệp Nếu yêu cầu công việc cao hơn, người dùng nên lựa chọn laptop trang bị chipset cao cấp hơn để đảm bảo hiệu năng và trải nghiệm mượt mà.

As of 2023, Intel Core i processors have evolved through 13 generations, including Nehalem, Sandy Bridge, Ivy Bridge, Haswell, Broadwell, Skylake, Kabylake, Coffeelake, Coffee Lake Refresh, Ice Lake, Tiger Lake, Alder Lake, and Raptor Lake Each newer generation offers enhanced processing capabilities and more powerful integrated graphics compared to the previous ones The latest generation delivers exceptional performance combined with advanced modern technologies Intel Core i processors are the most widely used chipsets from Intel, renowned for their reliability and cutting-edge features.

Hiện nay, CPU Intel Core i có 4 dòng sản phẩm với hiệu năng tăng dần là Core i3, Core i5, Core i7 và Core i9

Hình 2 4 Một số CPU Intel core I

Các vi xử lý dòng Core i3 trước đây thường chỉ có 2 nhân (lõi) theo tiêu chuẩn cơ bản Tuy nhiên, để phù hợp với xu hướng công nghệ hiện đại và phân biệt rõ ràng với các dòng Intel Pentium, Intel đã nâng cấp số nhân cho dòng Core i3 lên 4 nhân thực Sự thay đổi này bắt đầu từ thế hệ thứ 8 của dòng Core i3, ra mắt vào năm 2017, giúp cải thiện hiệu suất xử lý và cạnh tranh hiệu quả hơn với các CPU đến từ các hãng khác như AMD.

Trong năm 2017, các vi xử lý Intel Core i3 dành cho cả laptop và máy để bàn đều được trang bị công nghệ siêu phân luồng Hyper Threading (từ thế hệ thứ 7 trở về trước), giúp nâng cao hiệu suất đa nhiệm và xử lý dữ liệu hiệu quả hơn Ngoài ra, tính năng Turbo Boost cho phép tự động ép xung vi xử lý khi thực hiện các tác vụ nặng, tối ưu hóa hiệu suất làm việc của CPU trong các tình huống đòi hỏi cao.

Intel Core i5 là dòng CPU trung cấp, vốn có 4 nhân và hiện nay được nâng cấp lên 6 nhân mặc định, với một số phiên bản cao cấp như Intel Core i5 13600K có tới 14 nhân Không được trang bị Hyper Threading do số nhân thực đã đủ để xử lý luồng, nhưng CPU này lại tích hợp công nghệ Turbo Boost (Turbo Boost 2.0) mạnh mẽ hơn so với Core i3 Các thông số kỹ thuật của Core i5 cũng cao hơn, mang lại trải nghiệm vượt trội cho các công việc đòi hỏi hiệu năng cao như sáng tạo nội dung, xử lý đa nhiệm và công việc kinh doanh.

Core i7 là dòng CPU có hiệu năng mạnh mẽ, tích hợp các công nghệ hiện đại giúp nâng cao trải nghiệm người dùng Tất cả các sản phẩm Core i7 đều sở hữu các công nghệ tiên tiến và phiên bản mới hơn với hiệu suất cao hơn Các dòng Core i7 hiện nay đều được trang bị từ 6 đến 8 nhân, trong khi các thế hệ mới nhất như thế hệ thứ 12 đã mở rộng lên đến 12 hoặc 14 nhân, đáp ứng tốt các nhu cầu xử lý đa nhiệm và chơi game ngày càng cao.

Dòng chip này từng được xem là mạnh nhất của Intel trước khi ra mắt dòng i9 vào năm 2018, phù hợp cho các tác vụ đòi hỏi hiệu suất cao như chơi game nặng, kết nối tốc độ cao và các giải pháp bảo mật cao cấp.

Core i9 hiện có tới 24 nhân, trở thành một "quái vật" trong xử lý dữ liệu lớn và phức tạp, lý tưởng cho các tác vụ đòi hỏi hiệu suất cao như chỉnh sửa video 4K Ultra và diễn họa 3D chuyên nghiệp.

HD, video 360, các thuật toán, bảo mật an ninh,…đa nhiệm nhiều tác vụ cùng lúc

RAM thường được gắn vào các máy chủ, máy trạm, hoặc các hệ thống phục vụ đồ họa nặng như Deep Learning, Machine Learning và trí tuệ nhân tạo, mang lại hiệu suất cao để đáp ứng các nhiệm vụ yêu cầu xử lý dữ liệu lớn Tuy nhiên, do đặc thù và hiệu quả vượt trội, RAM đi kèm với mức giá thành đắt đỏ, làm tăng chi phí đầu tư cho các hệ thống chuyên dụng này.

INTEL CORE I

Các công nghệ được sử dụng

Turbo Boost là tính năng chỉ có trên các vi xử lý Intel Core i từ i3 đến i9, giúp CPU tự động tăng tốc độ xử lý tạm thời khi cần thiết để cải thiện hiệu suất Trước đây, tính năng này không có trên dòng i3, nhưng hiện nay đã được tích hợp để tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và đáp ứng tốt các công việc đòi hỏi sức mạnh xử lý cao.

Chức năng tăng xung nhịp giúp một số bộ phận xử lý nặng hơn tự điều chỉnh để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng điện và tối ưu hóa hiệu năng xử lý của sản phẩm.

Hình 3.1 Công nghệ Intel Turbo Boost

Công nghệ Turbo Boost của Intel là giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả, giúp CPU điều chỉnh tốc độ xung nhịp phù hợp với khối lượng công việc Khi xử lý các tác vụ nhẹ, CPU hoạt động ở tốc độ xung nhịp cơ bản, giữ tiêu thụ năng lượng ở mức tối ưu Đối với các tác vụ nặng hơn, công nghệ này tự động đẩy tốc độ xung nhịp lên cao hơn, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối đa mà không gây lãng phí năng lượng.

Chạy ở tốc độ xung nhịp thấp hơn giúp bộ xử lý tiêu thụ ít năng lượng hơn, giảm nhiệt lượng và kéo dài tuổi thọ pin của máy tính xách tay Khi cần hiệu suất cao hơn, Công nghệ Intel Turbo Boost chủ động tăng tốc xung nhịp CPU lên đến Tần số Turbo tối đa, duy trì trong giới hạn nhiệt độ và điện năng an toàn Công nghệ này giúp nâng cao hiệu năng cho các ứng dụng đơn luồng và đa luồng, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống khi cần thiết.

Khi xử lý khối lượng công việc nhẹ, CPU sẽ hoạt động ở tần số cơ bản đã được ghi trong thông số kỹ thuật của CPU, hoặc thậm chí thấp hơn nhờ vào công nghệ tiên tiến của Intel, giúp tiết kiệm năng lượng và duy trì hiệu suất ổn định.

SpeedStep là công nghệ tiết kiệm năng lượng giúp điều chỉnh tốc độ của CPU sao cho tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm điện năng Khi xử lý các luồng phần cứng yêu cầu hiệu suất cao, Công nghệ Turbo Boost của Intel sẽ tự động tăng tốc độ xung nhịp của CPU, giúp đạt tần số xử lý tối đa và nâng cao khả năng xử lý các tác vụ nặng một cách hiệu quả.

Bộ xử lý Intel Core i9-9900K có tần số cơ bản là 3.60 GHz và Tần số Turbo Tối đa là 5.00 GHz, thể hiện hiệu suất cao nhất của CPU trước khi ép xung Lưu ý rằng, tùy theo tình trạng hoạt động, CPU không luôn đạt Tần số Turbo Tối đa, vì tốc độ tăng phụ thuộc vào khối lượng công việc và nhiệt độ khả dụng Khi so sánh tốc độ xung nhịp của các CPU, Tần số Turbo Tối đa là chỉ số quan trọng nhất phản ánh khả năng xử lý nhanh nhất của bộ xử lý Ngoài ra, yếu tố số lượng lõi và các tính năng cao cấp cũng là những điểm cần lưu ý khi lựa chọn CPU.

Công nghệ Intel Turbo Boost 2.0 hoạt động theo cách nâng cao hiệu suất của các bộ xử lý Intel Core thế hệ thứ 2, bao gồm i5, i7, i9 và dòng Intel Xeon Phiên bản Turbo Boost 3.0 là sự nâng cấp đáng kể, giúp tăng tốc độ của từng lõi CPU riêng lẻ và tối ưu hóa phân bổ công việc cho các lõi được tăng cường, từ đó nâng cao hiệu suất đơn luồng lên đến 15% Công nghệ Turbo Boost 3.0 đã có mặt trên các bộ xử lý Intel® Core dòng mới nhất, mang lại hiệu quả vượt trội cho hệ thống.

X, bao gồm: Bộ xử lý Intel Core i7-69xx/68xx Bộ xử lý Intel Core i9-7900X/i9- 7920X/i9-7940X/i9-7960X/i9-7980XE/i7-7820X/i7- 9800X Bộ xử lý Intel Core i9- 9820X/i9-99x0XE/i9-99x0X Dòng sản phẩm Bộ xử lý Intel Xeon E5-1600 v4 (đơn chip)

3.1.2 Siêu phân luồng Hyper Threading

Hyper Threading Technology (siêu phân luồng) là công nghệ cho phép CPU giả lập thêm một nhân ảo, giúp xử lý nhiều luồng dữ liệu hơn số nhân vật lý có sẵn Công nghệ này nâng cao hiệu suất xử lý của CPU, đặc biệt trong các tác vụ đa nhiệm và nặng Hiện tại, Hyper Threading đã được tích hợp trên tất cả các dòng và thế hệ vi xử lý Intel Core i, đảm bảo hiệu quả và sự linh hoạt cho người dùng.

Hình 3.2 Công nghệ Intel Hyper-Threading

Hầu hết các CPU ngày nay đều có nhiều lõi, giúp xử lý đa tác vụ cùng lúc một cách hiệu quả Tuy nhiên, lợi ích của việc thêm nhiều lõi không phải lúc nào cũng rõ ràng, đặc biệt trong các ứng dụng đơn luồng và đa luồng Công nghệ siêu phân luồng (Hyper-Threading) khác biệt như thế nào so với đa luồng thông thường? Để hiểu rõ hơn về lợi ích của các lõi bổ sung và công nghệ siêu phân luồng, chúng ta cần khám phá các thuật ngữ này trong bối cảnh chơi game và sử dụng các ứng dụng hàng ngày Vậy đa luồng là gì và tại sao nó quan trọng trong xử lý ngày nay?

Hình 3.3 Đa luồng trong CPU

Đa luồng là phương pháp phân chia công việc để xử lý song song nhằm tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Thay vì giao toàn bộ khối lượng công việc cho một lõi CPU, các chương trình đa luồng tách nhiệm vụ thành nhiều luồng nhỏ hơn Những luồng này được xử lý đồng thời trên nhiều lõi CPU khác nhau, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống.

Các game có thể được phân luồng ít hoặc nhiều tùy vào thiết kế, ảnh hưởng đến hiệu năng và tối ưu hóa Các công cụ phát triển game cũ thường dựa vào hiệu năng đơn luồng, chủ yếu sử dụng một lõi CPU đơn, trong khi tăng mạnh hiệu suất nhờ tốc độ xung nhịp cao hơn.

Ngày nay, Unreal Engine 4 và các công cụ phát triển game khác tận dụng nhiều lõi xử lý để tạo ra các cảnh phức tạp một cách hiệu quả Các công cụ này cũng khai thác đa luồng để xử lý riêng biệt các phần của lệnh gọi vẽ, giúp tối ưu hóa quá trình gửi lệnh từ CPU đến GPU liên quan đến đối tượng trong game, kết cấu và trình tạo bóng.

Siêu phân luồng là gì?

Công nghệ siêu phân luồng của Intel là một cải tiến phần cứng giúp CPU xử lý nhiều luồng cùng lúc, nâng cao khả năng thực hiện song song các tác vụ Khi hoạt động, công nghệ này hiển thị hai bối cảnh thực thi trên mỗi lõi vật lý, cho phép chúng xử lý các luồng phần mềm khác nhau như hai "lõi logic" Ví dụ, CPU Intel® Core™ i9-10900K 10 lõi sẽ có tới 20 luồng khi công nghệ siêu phân luồng được kích hoạt, giúp các tác vụ xử lý hiệu quả hơn so với lõi đơn truyền thống Công nghệ này tận dụng thời gian không hoạt động của các lõi để tăng năng suất, cải thiện thông lượng CPU lên tới 30% trong các ứng dụng máy chủ Tính chất hoạt động của công nghệ có thể so sánh đơn giản là một người vác hai bao gạo thay vì một, nhằm tối ưu hóa hiệu quả xử lý Từ đời AMD Ryzen 8 trở đi, các dòng CPU như Core i3 không còn cần áp dụng công nghệ này vì số lượng nhân đã đủ lớn để xử lý đa tác vụ mà không cần giả lập luồng.

Các thế hệ của chip intel core i

3.2.1 Nehalem (thế hệ đầu tiên)

Hình 3.5 giới thiệu về thế hệ Nehalem của Intel Core i, ra mắt từ cuối 2008 đến đầu 2009, là bước tiến mới trong công nghệ CPU, thay thế kiến trúc Core 2 cũ như Core 2 Dual và Core 2 Quad Các CPU Nehalem được sản xuất trên quy trình 32 nm, mang lại hiệu suất cao hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn Đây còn là dòng CPU đầu tiên tích hợp đồng thời công nghệ Turbo Boost và Hyper-Threading trên cùng một chip, giúp tăng hiệu năng làm việc đáng kể so với các thế hệ trước.

CPU thế hệ đầu tiên của Intel được ký hiệu bằng dấu cộng (+), ví dụ như i3-520M và i5-282U Các CPU này sử dụng socket LGA 1156 cho đa số mẫu, trong khi một số model cao cấp hơn dùng socket 1366 để phù hợp với hiệu suất và tính năng nâng cao.

3.2.1 Sandy Bridge (thế hệ thứ 2)

Hình 3.6 Thế hệ Sandy Bridge của Intel core i

Sandy Bridge là thế hệ thứ 2 của hãng được ra mắt vào năm 2011, vẫn sử dụng tiến trình 32 nm Điểm nổi bật của dòng thế hệ này là CPU và GPU được sản xuất trên cùng quy trình 32 nm và tích hợp trên một đế duy nhất Sự cải tiến này giúp giảm diện tích chip, tăng khả năng tiết kiệm điện năng và nâng cao hiệu suất, nhờ việc CPU và GPU chia sẻ chung bộ nhớ đệm.

Trong thế hệ Sandy Bridge, khả năng mã hóa và giải mã video đã được cải thiện rõ rệt nhờ vào tích hợp tính năng "Intel Quick Sync Video", giúp tăng tốc xử lý video hiệu quả Công nghệ Turbo Boost cũng được nâng cấp lên phiên bản mới (Phiên bản 2.0), tối ưu hóa hiệu năng của CPU Đối với thế hệ 2, phần lớn CPU có 2 lõi, nhưng các phiên bản có hậu tố QM và QE lại có tới 4 lõi và tích hợp GPU HD Graphics 3000, được đặt theo ký hiệu gồm 4 chữ số bắt đầu bằng số 2, kèm hậu tố như i3-2820QM, i5-2333S, i5-2520U Ngoài ra, dòng CPU thế hệ 2 thường sử dụng socket LGA 1155 để lắp đặt trên mainboard.

3.2.3.Ivy Bridge (thế hệ thứ 3)

Hình 3.7 Thế hệ Ivy Bridge của Intel core i

Năm 2012, thế hệ thứ 3 của Intel đã đổi mới công nghệ sản xuất với quy trình 22 nm, ứng dụng công nghệ bóng bán dẫn 3D Tri-Gate, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng cho các vi xử lý.

Việc giảm diện tích đế của CPU giúp tối ưu hóa không gian trên chip, đồng thời tăng đáng kể số lượng bóng bán dẫn có thể tích hợp Nhờ đó, hiệu suất xử lý được cải thiện rõ rệt và năng lượng tiêu thụ cũng giảm đáng kể trong quá trình hoạt động.

Ivy Bridge tích hợp sẵn chip đồ họa (GPU) hỗ trợ DirectX 11 như HD 4000, giúp phát video siêu phân giải và xử lý nội dung 3D một cách mượt mà Trong thế hệ thứ 3 này, phần lớn CPU đều có 2 lõi, chỉ có chip Core i7 với hậu tố QM mới sở hữu nhiều lõi hơn để nâng cao hiệu suất xử lý.

XM mới có 4 lõi Mặt khác, Ivy Bridge cũng là thế hệ đầu tiên hỗ trợ chuẩn USB

3.0 với chipset Intel 7-series Panther Point và GPU tích hợp cũng được nâng cấp lên HD Graphics 4000

Chip Ivy Bridge sử dụng các tên phổ biến như Core i3, Core i5, Core i7 cùng hậu tố phía sau, giúp người dùng dễ dàng nhận biết dòng sản phẩm Để phân biệt dòng này, thường người ta chú ý đến các số đằng sau dấu '-', thường là số 3 để chỉ thế hệ thứ 3, ví dụ như i5-3670S hoặc i7-3550 CPU thế hệ Ivy Bridge sử dụng socket LGA 1155, giống như thế hệ thứ 2, điều này giúp dễ dàng nâng cấp và chọn mua phù hợp.

Hình 3.8 Thế hệ Haswell của Intel core i

Hơn 1 năm sau khi ra mắt Ivy Bridge, Haswell là thế hệ thứ 4 và nó được thiết kế mỏng hơn, tiết kiệm điện năng hơn rất nhiều (tiết kiệm khoảng 20 lần), chạy mát hơn và khả năng xử lý đồ họa cũng được cải thiện đáng kể, giúp cho ultrabook (laptop lai tablet) được phổ biến rộng rãi hơn Haswell sử dụng công nghệ 22 nm kết hợp với bóng bán dẫn giống như ở thế hệ 3 vậy Trong phiên bản này hãng Intel còn bổ sung thêm dòng chíp đồ họa mạnh mẽ Iris/ Iris Pro dành cho các chip cao cấp Có thể phân biệt được chíp ở thế hệ thứ 4 với tên như sau: Core i (3 5, 7) + 4 chữ số + hậu tố Trong đó số đầu tiên sau dấu - là số 4 (tức là thế hệ 4) Ví dụ như i5 – 4670S, i7 – 4550K… Haswell sử dụng socket LGA 1150 nhé

Hình 3.9 Thế hệ Broadwell của Intel core i

Broadwell được xem như phiên bản rút gọn của dòng CPU Haswell ra mắt vào năm 2014, chủ yếu tập trung vào việc thu nhỏ các bóng bán dẫn trong bộ điều khiển trung tâm của CPU Sự thu nhỏ này không liên quan đến kích thước vật lý của chip, mà đề cập đến việc giảm kích thước các bóng bán dẫn, giúp tăng khả năng tích hợp nhiều bóng bán dẫn hơn trên cùng một diện tích chip Nhờ đó, Broadwell mang lại hiệu suất cải thiện cùng khả năng tiêu thụ điện năng hiệu quả hơn so với các thế hệ trước.

Trong thế hệ thứ 5, Intel sử dụng công nghệ 14 nm, giảm gần một nửa so với thế hệ 4 (Haswell) và hoạt động hiệu quả hơn 30%, tiêu thụ ít hơn 30% điện năng, đồng thời cung cấp hiệu năng cao hơn ở cùng một tốc độ xung nhịp Ngoài ra, Intel còn giới thiệu dòng CPU đặc biệt Core M (mã Broadwell-Y) với TDP cực thấp từ 3,5 W đến 4,5 W, được thiết kế cho máy tính bảng và Ultrabook Core M tích hợp GPU HD 5300, hỗ trợ tối đa 8 GB RAM LPDDR3-1600, giúp tối ưu hiệu năng trên các thiết bị di động Để phân biệt các CPU thế hệ thứ 5, người dùng có thể dựa vào tên gọi như Core i (3, 5, 7) + 4 chữ số + hậu tố, trong đó số đầu sau dấu "-" là số 5, ví dụ như i5-5200U Broadwell sử dụng socket LGA 1150, đảm bảo tính tương thích với các bo mạch chủ cùng dòng.

Hình 3.10 Thế hệ Skylake của Intel core i

Skylake là tên mã của Intel cho dòng bộ vi xử lý được ra mắt vào tháng 8 năm 2015, là người kế thừa của bộ vi xử lý Broadwell Bộ vi xử lý này được thiết kế lại trên quy trình công nghệ 14 nm, giúp nâng cao hiệu suất CPU và GPU cùng giảm tiêu thụ năng lượng, theo mô hình "tick-tock" của Intel Skylake sử dụng socket LGA 1151, không tương thích với các thế hệ trước đó, và hỗ trợ RAM DDR4 cùng DDR3L Xung nhịp tối đa khi ép xung có thể lên đến 5 GHz trên không khí và 6 GHz khi sử dụng nitơ lỏng, tuy nhiên, dòng CPU này không tương thích với Windows 8.1, Windows 8, Windows 7, khiến người dùng cần cân nhắc khi nâng cấp hệ điều hành.

3.2.7.Kaby Lake (thế hệ thứ 7)

Hình 3.11 Thế hệ Kaby Lake của Intel core i

Năm 2016, Intel giới thiệu dòng chip thế hệ thứ 7 mang mã Kaby Lake, được sản xuất bằng công nghệ quy trình 14 nm tiên tiến Kaby Lake tiếp tục phát huy truyền thống của Skylake, đem lại hiệu suất cao và hiệu quả năng lượng tối ưu cho các hệ thống máy tính.

Phá vỡ mô hình sản xuất và thiết kế "tick-tock" trước đây của Intel, Kaby Lake đại diện cho một kiến trúc mới hơn

Chip Kaby Lake được ra mắt qua hai giai đoạn, bắt đầu từ tháng 8 năm 2016, nhằm vào các sản phẩm tiêu dùng tiêu thụ điện năng thấp như máy tính xách tay nhẹ và 2 trong 1, sử dụng các CPU Kaby Lake Y và U Sau đó, Intel tiếp tục giới thiệu các bộ vi xử lý Kaby Lake S, mở rộng dòng sản phẩm để đáp ứng nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau.

H chính thống vào ngày 3 tháng 1 năm 2017 Tiếp đó, vào ngày 21 tháng 8 năm

Năm 2017, Intel đã giới thiệu bộ vi xử lý di động thế hệ thứ 8 (Kaby Lake Refresh), dựa trên kiến trúc tương tự như các dòng trước đó, đồng thời nhân đôi số lõi của nhiều bộ vi xử lý di động phổ biến.

CPU XEON

CPU Intel Xeon là gì?

Intel, tập đoàn công nghệ hàng đầu thế giới đến từ Hoa Kỳ, nổi tiếng với việc sản xuất thiết bị máy tính, bo mạch chủ và chip xử lý chất lượng cao Trong các sản phẩm của Intel, dòng CPU Xeon được biết đến là dòng xử lý phổ biến dành cho máy chủ và workstation, đáp ứng các nhu cầu công việc nặng và đòi hỏi hiệu suất cao CPU Intel Xeon có các chức năng và cấu hình tương tự như các dòng CPU khác, mang lại hiệu suất ổn định và đáng tin cậy cho các hệ thống máy tính chuyên nghiệp.

Các dòng máy phổ thông thường được trang bị lõi chip như CPU Core i3, i5, i7, i9 nhằm đáp ứng các nhu cầu hàng ngày của người dùng Trong khi đó, các dòng máy yêu cầu hiệu năng cao thường sử dụng chip Intel Xeon để xử lý các tác vụ nặng và đòi hỏi độ bền cao Điều này giúp người dùng lựa chọn linh kiện phù hợp với mục đích sử dụng, tối ưu hiệu suất hoạt động của máy tính.

Lịch sử phát triển chip Intel Xeon

Intel Xeon ra đời muộn hơn so với các dòng chip Core i, lần đầu tiên xuất hiện vào tháng 07/1998 Ban đầu, dòng chip này chưa được nhiều người biết đến, nhưng nhờ sự nỗ lực không ngừng suốt hơn 20 năm, Intel Xeon đã khẳng định vị thế và xây dựng tên tuổi vững chắc trong lòng người dùng yêu công nghệ.

Hình 4.2 Lịch sử hình thành của Intel Xeon

Intel Xeon processors are built on a diverse range of microarchitectures, including Comet Lake, Cascade Lake, Coffee Lake, Kaby Lake, Skylake, Ice Lake, and Cooper Lake Additionally, they are based on older architectures such as Haswell, Ivy Bridge, Sandy Bridge, Westmere, Nehalem, as well as earlier generational cores like NetBurst, P6, and Core These architectures collectively highlight the evolution and variety of Intel Xeon processors, ensuring high performance and reliability for enterprise workloads.

Bên cạnh đó, các loại socket xuất hiện trong Xeon từ nhà Intel là LGA 1200, LGA 1151v2, LGA 1151, LGA 4189, LGA 3647, LGA 2066, LGA 2011-3, LGA 1150 và LGA 2011.

Ưu điểm của Intel Xeon

CPU Intel Xeon hiện đang được nhiều người dùng ưa chuộng nhờ những ưu điểm vượt trội so với các đối thủ cùng phân khúc trên thị trường Những đặc điểm nổi bật của dòng CPU này giúp nó trở thành lựa chọn hàng đầu cho các doanh nghiệp và chuyên gia công nghệ Hãy cùng tìm hiểu thêm về những lợi ích và điểm mạnh của CPU Intel Xeon để đưa ra quyết định phù hợp.

- Hỗ trợ RAM Error Checking và Correction (Công nghệ RAM ECC)

Một ưu điểm nổi bật của hệ thống thông minh là khả năng phát hiện và sửa lỗi dữ liệu hoặc rủi ro sự cố trước khi chúng xảy ra, giúp ngăn chặn các tình huống xấu có thể gây ảnh hưởng đến thiết bị Việc phát hiện sớm các vấn đề không chỉ tăng cường hiệu suất vận hành mà còn đảm bảo an toàn và giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp.

Độ bền bỉ của thiết bị được nâng cao đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu vận hành liên tục mà không bị giảm hiệu suất Người dùng luôn mong muốn các đầu não vận hành các thiết bị có khả năng chống chịu tốt để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài Trong trường hợp máy phải thực hiện các tác vụ liên tục, khả năng chống chịu bền bỉ sẽ giúp giảm thiểu rủi ro xuống cấp nhanh chóng, đảm bảo quá trình vận hành trơn tru và tăng tuổi thọ của thiết bị.

Các dòng chip Intel Xeon đều có khả năng siêu phân luồng, giúp tăng cường hiệu suất xử lý bằng cách tạo ra nhiều lõi CPU ảo Nhờ công nghệ này, thiết bị có thể xử lý nhiều tác vụ cùng lúc một cách mượt mà hơn, phù hợp cho các hoạt động đòi hỏi hiệu năng cao Siêu phân luồng trong các chip Xeon giúp tối ưu hóa khả năng đa nhiệm và nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống.

- Tăng bộ nhớ đệm lên đến mức L3 cache cao

Nếu bạn thường xuyên làm việc đòi hỏi chạy nhiều ứng dụng và phần mềm cùng lúc, thì CPU Xeon là một lựa chọn không thể bỏ qua vì khả năng xử lý mạnh mẽ và ổn định Với bộ nhớ đệm L3 cache lớn, CPU Xeon đảm bảo hiệu suất cao, sẵn sàng đáp ứng mọi tác vụ nặng, giúp nâng cao năng suất công việc của bạn.

- Tốt cho thiết kế đồ họa và render video

Chính vì có nhiều lõi CPU nên chip Xeon có thể thực hiện đa nhiệm xuất sắc

Bộ xử lý thuộc chip Xeon được tích hợp hơn 50 lõi CPU, mang đến khả năng xử lý mạnh mẽ và tối ưu cho các tác vụ chuyên sâu Sau quá trình phân luồng, số lõi có thể tăng lên đến 100 lõi, giúp đảm bảo hiệu suất cao và khả năng thực hiện nhiều tác vụ đồng thời Với số lõi đa dạng, dòng chip Xeon phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu xử lý dữ liệu lớn, máy chủ doanh nghiệp và hệ thống đòi hỏi hiệu suất cực cao.

Những cải tiến của CPU Xeon thế hệ mới

Dưới đây là các câu chính phản ánh nội dung của đoạn văn, đảm bảo tối ưu hóa SEO: "Hiện nay, CPU Intel Xeon Scalable thế hệ thứ 3, mã là Ice Lake, là mẫu CPU cao cấp nhất của Intel." "Sản phẩm này nổi bật với khả năng nâng cấp đáng kể về hiệu suất lõi và bộ nhớ, cùng với băng thông I/O vượt trội." "Intel Xeon Ice Lake hỗ trợ bộ nhớ hệ thống lên đến 6TB, đa dạng với 8 kênh DDR4-3200." "Linh kiện này còn sở hữu tới 64 làn PCIe Gen 4 trên mỗi socket, nâng cao khả năng mở rộng và hiệu năng hệ thống."

Hình 4.3 Chip Xeon siêu xịn của Intel

Dựa trên thông tin đã phân tích, có thể nhận thấy Intel đang đầu tư mạnh mẽ vào dòng chip Xeon Scalable Thương hiệu chủ yếu hướng tới đối tượng khách hàng là doanh nghiệp, nhằm cung cấp giải pháp xử lý mạnh mẽ và tối ưu cho các hệ thống doanh nghiệp Intel Xeon Scalable không chỉ đảm bảo hiệu suất cao mà còn đáp ứng các nhu cầu khắt khe trong môi trường doanh nghiệp hiện đại.

3 hàng loạt công nghệ để tăng tốc workload tích hợp với Intel Deep Learning Boost Intel Advanced Vector Extensions 512 và công nghệ Intel Speed Select.

Các dòng chip Xeon hiện nay

Các mẫu vi xử lý Intel Xeon đa dạng, phù hợp với nhiều nhu cầu và phân khúc thị trường khác nhau Việc phân loại rõ ràng này giúp người dùng dễ dàng chọn lựa dựa trên cấu hình và mức giá phù hợp Hiện nay, Intel cung cấp nhiều dòng chip Xeon uy tín, đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất và độ tin cậy cho doanh nghiệp và các ứng dụng chuyên sâu.

4.5.1 Bộ xử lý Intel Xeon D

CPU Intel Xeon D nổi bật với khả năng tối ưu hóa hiệu năng dựa trên khối lượng công việc, mang lại hiệu suất cao cho các hệ thống doanh nghiệp Chip còn vận hành ổn định và hiệu quả ngay cả khi đối mặt với điều kiện thiếu hụt không gian hoặc nguồn điện, đảm bảo hoạt động liên tục và tin cậy.

Chip Intel Xeon D nổi bật trong các giải pháp điện toán đám mây và hệ thống lưu trữ dữ liệu, mang lại hiệu năng vượt trội cho các ứng dụng doanh nghiệp Với hiệu suất đỉnh cao, Xeon D phù hợp lý tưởng cho máy trạm chuyên nghiệp, hỗ trợ công việc đòi hỏi xử lý mạnh mẽ và độ tin cậy cao Ngoài ra, chip Xeon D còn có khả năng mở rộng linh hoạt, giúp tăng khả năng xử lý và phù hợp với các hệ thống yêu cầu nâng cấp sau này.

39 năng xử lý, truy suất dữ liệu, tích hợp những kết nối mạng cùng với bảo mật nâng cao

Hình 4.4 CPU Xeon D Các mẫu chip Xeon D được ưa dùng trên thị trường hiện nay là:

 Intel Xeon D – 1602 Processor (3M Cache, 2.50GHz)

 Intel Xeon D – 1653N Processor (12M Cache, 2.80GHz)

4.5.2 Bộ xử lý Intel Xeon W

CPU Intel Xeon W được sử dụng phổ biến trong các dòng máy trạm chuyên nghiệp nhờ hiệu năng vượt trội và độ ổn định cao Các linh kiện của dòng Xeon W đảm bảo mang lại hiệu suất tối đa cùng khả năng bảo mật và an toàn thông tin vượt trội Ngoài ra, dòng CPU này còn hỗ trợ dễ dàng nâng cấp card đồ họa, bộ lưu trữ và hệ thống mạng theo nhu cầu của người dùng, giúp tối ưu hóa hoạt động và mở rộng khả năng hoạt động của hệ thống.

Chưa hết, chip Xeon W còn tích hợp các công nghệ của nền tảng mở rộng, tối ưu hóa cho các công tác xử lý VFX, CAD 3D phức tạp, kết xuất 3D cũng như triển khai trí tuệ nhân tạo và các thiết bị điện tử.

Hình 4.5 Chip Xeon W của Intel Bên dưới là một vài loại vi xử lý Xeon W phổ biến hiện nay:

 Intel Xeon W – 2275 Processor (19.25M Cache, 3.30 GHz)

4.5.3 Bộ xử lý Intel Xeon E

CPU Intel Xeon E là sự lựa chọn tối ưu cho các máy chủ cơ bản, máy trạm chuyên nghiệp và dịch vụ đám mây bảo mật nhờ hiệu năng mạnh mẽ và khả năng bảo mật hiện đại, nghiêm ngặt Chip còn được trang bị Intel UHD Graphics, giúp phù hợp như một trong những lựa chọn hàng đầu cho các loại máy trạm hiệu suất cao.

Hình 4.6 Chip Xeon E siêu ngon của Intel Các mẫu vi xử lý Xeon E được ưa chuộng và phổ biến hiện nay là:

 Intel Xeon E – 2226 Processor (12M Cache, 3.40 GHz)

 Intel Xeon E – 2244G Processor (8M Cache, 3.80 GHz)

CPU Xeon E3 là một trong những dòng tiêu biểu của Intel Xeon, nổi bật với hiệu năng cao phù hợp cho doanh nghiệp nhỏ và cá nhân cần xử lý mượt mà các tác vụ Thiết bị này hướng đến người dùng yêu cầu độ bền và hiệu suất ổn định, đồng thời có mức giá hợp lý, mang lại giá trị nổi bật cho người dùng doanh nghiệp và cá nhân.

Vi xử lý Intel Xeon E3 hiện đang được sử dụng phổ biến trên các máy chủ cấp thấp như máy chủ nhỏ (micro server) Đây cũng là dòng CPU đầu tiên của Intel được sản xuất dựa trên kiến trúc Haswell, mang lại hiệu suất và độ ổn định cao cho các hệ thống nhỏ gọn.

Tiêu đề	Báo cáo - Thiết kế Hệ Thống VLSI - Đề Tài - Công Nghệ Kiến Trúc Chip Vi Xử Lý Intel Core i7 Core i9 Và Xeon
Trường học	Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Chuyên ngành	Công nghệ kiến trúc Chip vi xử lý
Thể loại	Báo cáo

Định dạng
Số trang	44
Dung lượng	1,93 MB