Два кристалла в одном корпусе

Два кристалла в одном корпусе. Главное преимущество и уникальная особенность Р6 - размещен- ная в одном корпусе с процессором вторичная статическая кэш-па- мять размером 256 кб, соединенная с процессором специально выде- ленной шиной. Такая конструкция должна существенно упростить про- ектирование систем на базе Р6. Р6 - первый предназначенный для массового производства микропроцессор, содержащий два чипа в од- ном корпусе.

Кристалл ЦПУ в Р6 содержит 5,5 миллионов транзисторов крис- талл кэш-памяти второго уровня - 15,5 миллионов.

Для сравнения, последняя модель Pentium включала около 3,3 миллиона транзисто- ров, а кэш-память второго уровня реализовывалась с помощью внеш- него набора кристаллов памяти. Столь большое число транзисторов в кэше объясняется его ста- тической природой. Статическая память в P6 использует шесть тран- зисторов для запоминания одного бита, в то время как динамической памяти было бы достаточно одного транзистора на бит. Статическая память быстрее, но дороже.

Хотя число транзисторов на кристалле с вторичным кэшем втрое больше, чем на кристалле процессора, физические размеры кэша меньше 202 квадратных миллиметра против 306 у процессора. Оба кристалла вместе заключены в керамический корпус с 387 контактами dual cavity pin-drid array. Оба кристалла производятся с при- менением одной и той же технологии 0,6 мкм, 4- слойная ме- талл-БиКМОП, 2,9 В. Предполагаемое максимальное потребление энергии 20 Вт при частоте 133 МГц. Первая причина объединения процессора и вторичного кэша в одном корпусе - облегчение проектирования и производства высокоп- роизводительных систем на базе Р6. Производительность вычисли- тельной системы, построенной на быстром процессоре, очень сильно зависит от точной настройки микросхем окружения процессора, в частности вторичного кэша. Далеко не все фирмы-производители компьютеров могут позволить себе соответствующие исследования.

В Р6 вторичный кэш уже настроен на процессор оптимальным образом, что облегчает проектирование материнской платы.

Вторая причина объединения - повышение производительности. Кзш второго уровня связан с процессором специально выделенной ши- ной шириной 64 бита и работает на той же тактовой частоте, что и процессор. Первые процессоры Рentium с тактовой частотой 60 и 66 МГц обращались к вторичному кэшу по 64-разрядной шине с той же такто- вой частотой.

Однако с ростом тактовой частоты Pentium для проек- тировщиков стало слишком сложно и дорого поддерживать такую час- тоту на материнской плате. Поэтому стали применяться делители частоты. Например, у 100 МГц Pentium внешняя шина работает на частоте 66 МГц у 90 МГц Pentium - соответственно 60 МГц. Penti- um использует эту шину как для обращений к вторичному кэшу, так и - 4 - для обращения к основной памяти и другим устройствам, например к набору чипов PCI. Использование специально выделенной шины для доступа к вто- ричному кэшу улучшает производительность вычислительной системы.

Во-первых, при этом достигается полная синхронизация скоростей процессора и шины во-вторых, исключается конкуренция с другими операциями ввода-вывода и связанные с этим задержки. Шина кэша второго уровня полностью отделена от внешней шины, через которую происходит доступ к памяти и внешним устройствам. 64-битовая внешняя шина может работать со скоростью, равной половине, одной третьей или одной четвертой от скорости процессора, при этом шина вторичного кэша работает независимо на полной скорости.

Объединение процессора и вторичного кэша в одном корпусе и их связь через выделенную шину является шагом по направлению к методам повышения производительности, используемым в наиболее мощных RISC-процессорах. Так, в процессоре Alpha 21164 фирмы Di- gital кэш второго уровня размером 96 кб размещен в ядре процес- сора, как и первичный кэш. Это обеспечивает очень высокую произ- водительность кэша за счет увеличения числа транзисторов на крис- талле до 9,3 миллиона.

Производительность Alpha 21164 составляет 330 SPECint92 при тактовой частоте 300 МГц. Производительность Р6 ниже по оценкам Intel - 200 SPECint92 при тактовой частоте 133 МГц, однако Р6 обеспечивает лучшее соотношение стоимостьпроиз- водительность для своего потенциального рынка. При оценке соотношения стоимостьпроизводительность следует учитывать, что, хотя Р6 может оказаться дороже своих конкурентов, большая часть других процессоров должна быть окружена дополни- тельным набором чипов памяти и контроллером кэша. Кроме того, для достижения сравнимой производительности работы с кэшом, другие процессоры должны будут использовать кэш большего, чем 256 кб размера.

Intel, как правило, предлагает многочисленные вариации своих процессоров. Это делается с целью удовлетворить разнообраз- ным требованиям проектировщиков систем и оставить меньше прост- ранства для моделей конкурентов.

Поэтому можно предположить, что вскоре после начала выпуска Р6 появятся как модификации с увели- ченным объемом вторичной кэш-памяти, так и более дешевые модифи- кации с внешним расположением вторичного кэша, но при сохраненной выделенной шине между вторичным кэшом и процессором. 2