Tìm hiểu kiến trúc vi xử lý xeon e7

Tìm hiểu kiến trúc vi xử lý xeon e7

BÁO CÁO VI XỬ LÝ

ĐỀ TÀI

TÌM HIỂU KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ INTEL XEON E7 FAMILY

I XUẤT XỨ VÀ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA

VI XỬ LÝ XEON E7 FAMILY

XUẤT XỨ:

Ngày 5/4/2011, tại SANTA CLARA bang

California (Mỹ), tập đoàn Intel đã công bố họ

bộ vi xử lý dành cho máy chủ mới giúp tăng

tốc những ứng dụng đòi hỏi khả năng xử lý

cao đồng thời cũng tăng độ tin cậy và bảo

mật dữ liệu cho doanh nghiệp.

Những họ bộ vi xử lý Intel Xeon

E7-8800/4800/2800 product Families tiếp nối các

dòng Xeon thế hệ trước của Intel và đặt ra

một tiêu chuẩn mới cho những ứng dụng điện

toán cao cấp bao gồm bảo mật, phân tích dữ

liệu thời gian thực và ảo hóa Intel Xeon E7

Family là vi xử lý dựa trên vi kiến trúc

Nehalem

CÁC THÔNG SỐ CHÍNH

Processor Number 2803, 4807, 2860, 4860,

8860, 2850, 4850, 8850,

…

Clock Speed 1.73 GHz to 2.66 GHz

KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ INTEL XEON E7 FAMILY

 Intel Xeon E7 Family được xây dựng với nền tảng vi kiến trúc Nehalem.

 Kiến trúc Nehalem

BUS của CPU

 Trước đây khi nhắc tới CPU Intel là người dùng máy tính thường quan tâm đến FSB ( Front Side Bus, bus bề mặt ) của hệ thống được CPU và chipset hỗ trợ Bus

này càng cao, băng thông hệ thống càng lớn, tốc độ

truyền tải dữ liệu sẽ cao hơn.

 Những bộ vi xử lí mới dựa trên lõi Nehalem sẽ tích hợp

Bộ phận điều khiển bộ nhớ (Memory Controller) bên

trong và như vậy sẽ cung cấp hai Bus ngoài : Bus bộ

nhớ để nối CPU tới bộ nhớ và Bus I/O để nối CPU với thế giới bên ngoài.

 Nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống.

KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ INTEL XEON E7 FAMILY

 Bus ngoài mới dùng có tên gọi QPI ( QuickPath Interconnect ) và nó cung cấp hai đường dữ liệu riêng biệt để trao đổi thông tin giữa CPU với Chipset

Cấu trúc 5 lớp của QPI:

độ phức tạp của dây dẫn kết nối giữa những

liên kết giảm đi đáng kể so với FSB

QuickPath cho phép mỗi làn được xử lý như là

4 làn 50-bit Việc chia nhỏ này giúp cải thiện

mức độ tin cậy của dữ liệu đặc biệt trong môi

trường máy chủ

KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ INTEL XEON E7 FAMILY

Bộ đệm Cache

 Do đặc điểm của vi xử lý dùng cho máy chủ là phải vận hành liên tục trong thời gian lớn nên do vậy dung lượng bộ nhớ đệm của Intel Xeon E7 Family cũng rất lớn từ 18MB đến

30MB

 Hệ thống cache trong Nehalem được tăng thêm một mức

cache L3 có dung lượng lớn (8MB) và dùng chung cho tất cả các nhân Mỗi nhân còn sở hữu riêng hai cache L1 (64KB)

và L2 (256KB).

Ưu điểm của thiết kế cache L3 này là giúp việc trao đổi dữ liệu giữa các nhân hiệu quả hơn mà không cần thông qua các cache bên trong của mỗi nhân

 TDP tối đa của vi xử lý Intel Xeon E7 Family là 95W, 105W hoặc 130W.

KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ INTEL XEON E7 FAMILY

Tập lệnh MMX (Multimedia Extentions ): Là tập lệnh dạng SIMD (Single Instruction, Multiple Data), thực hiện các thao tác trên số nguyên, sử dụng trong các tác vụ xử lý video đa phương tiện dựa trên các thanh ghi 64 bit thay thế cho các thanh ghi x87 Tập lệnh MMX gồm các lệnh số học,

logic, so sánh, chuyển đổi và di chuyển dữ liệu.

Tập lệnh (instructions)

II KIẾN TRÚC VI XỬ LÝ INTEL XEON E7

FAMILY

SSE (Streaming SIMD Extensions): có chứa 70 hướng dẫn mới nhất của làm việc trên độ chính xác duy nhất

điểm nổi dữ liệu.

+ Ứng dụng điển hình là xử lý tín hiệu số và xử lý đồ họa + Hỗ trợ khả năng thực hiện tính toán dấu chấm động và hình học, hiển thị và di chuyển hình ảnh 3 chiều.

SSE2 (Streaming SIMD Extensions 2 ): Là kiến trúc mở

rộng của kiến trúc SSE, ra đời nhằm thay thế hoàn toàn tập lệnh MMX, tăng số lệnh từ 70 lên 144, hỗ trợ chính

xác các mã lệnh 32, 64, và 80-bit của mã x87 Gồm 2

nhóm:

+ Lệnh xử lý dấu phẩy động

+ Lệnh xử lý số nguyên

SSSE3 (Supplemental Streaming SIMD Extentions): thêm

13 hướng dẫn mới, nhưng cho phép tính năng mới như hoạt động ngang và hướng dẫn truy cập một số unaligned

SSE4: bao gồm các tập lệnh con

III CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

Đặc tính mới:

Công nghệ 32nm: Công nghệ 32nm sẽ giúp tăng tới 35% hiệu suất vận hành và giảm mức tiêu thụ năng lượng từ 30-50% trên các sản phẩm chip xử lý mới so với dòng chip 45nm đang được ứng dụng rất rộng rãi hiện nay Hiệu suất giá trên mỗi bóng bán dẫn đã giảm đi khoảng

100.000 lần

Công nghệ siêu phân luồng (Hyper Threading): xuất hiện kiến trúc

Nehalem đem lại lợi thế hơn cho công nghệ siêu phân luồng khi có băng thông bộ nhớ và dung lượng cache lớn hơn, vì thế dữ liệu được cung cấp cho các nhân rất nhanh và dễ dàng để chia vào hai luồng

xử lý trên mỗi nhân

Tốc độ xử lý trung bình có thể tăng lên xấp xỉ 40% đối với một bộ xử

lý vật lý thông thường

III CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

III CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

Công nghệ ảo hóa: cải thiện đến 25% tốc độ những ứng dụng trên máy

ảo Công nghệ ảo hóa giúp máy chủ chạy đồng thời nhiều môi trường

hệ điều hành trên một bộ xử lý duy nhất, cho phép chia một chiếc máy tính thành nhiều máy tính “ảo”

Công nghệ Intel Intelligent Power: Nhằm giải quyết tình trạng chi phí

cho điện năng tăng cao, những con chip Xeon được tích hợp công

nghệ Intel Intelligent Power cho phép tự động giảm điện năng tiêu thụ dựa trên khối lượng công việc

Công nghệ bảo mật: cải thiện tốc độ mã hóa/giải mã đến 58% so với

các chip không có công nghệ AES-NI trước đây Intel TXT thì ngăn cản malware chèn vào trong suốt quá trình khởi động giúp hệ thống luôn

chạy ở tình trạng tốt

III CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

2 Công nghệ mới:

AES NI: Là tập lệnh mã hóa mới cải tiến giải thuật của Chuẩn Mã Hóa

Nâng Cao và gia tăng tốc độ mã hóa dữ liệu

Tạo nên từ bảy chỉ lệnh mới, Intel® AES-NI thực hiện bảo vệ

dữ liệu và giữ gìn an ninh nhanh hơn với chí phí thấp hơn, cho phép mã hóa được nhiều nội dung trong những lĩnh vực mà trước đây không thể thực hiện được

III CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

Công nghệ EPT: Kiến trúc Nehalem được bổ sung công nghệ Extended Page Tables (EPT) để tăng hiệu quả giao tiếp của các máy ảo với bộ nhớ bằng giải pháp phần cứng Nhờ cách thiết kế này, việc chuyển đổi giữa các máy ảo không cần thiết phải xóa

đi các entry trong TLB Do đó, việc chuyển đổi máy ảo cũng như truy xuất bộ nhớ của các máy ảo trở nên dễ dàng và nhanh

chóng hơn, tăng hiệu năng hoạt động của các hệ thống máy ảo.

Công nghệ Turbo Boost: Là công nghệ nâng hiệu suất

máy tính lên thêm 20%, giúp hệ thống hoạt động nhanh

hơn và kéo dài thời lượng pin, bằng cách tự động điều

chỉnh xung nhịp của từng nhân độc lập cho phù hợp với nhu cầu xử lý.

III CÁC ĐẶC TÍNH VÀ CÔNG NGHỆ MỚI

Công nghệ Turbo Boost được điều khiển hoàn toàn tự động bởi

bios máy tính và chipset trên bo mạch chủ do đó có thể nói nó an toàn tuyệt đối CPU sẽ tự động thay đổi xung nhịp tùy theo tải, khi làm việc nặng sẽ tự nâng xung nhịp lên và ngược lại, hạ xuống thấp nhất khi ở trạng thái nghỉ

Mô hình Turbo Boost

Đây là một giải pháp tốt để tiết kiệm điện năng khi tận dụng được lượng điện năng dư thừa từ các nhân không sử dụng