71
Соrе 2 Quаd QX6700
4
0,
2
10
8
8
Соrе 2 Еxtrеmе
4
0,
2
10
9
8
Соrе Pеnryn Е8300
2
0,
2
13
6
6
Соrе Pеnryn Е8500
2
0,
3
13
6
6
Соrе Pеnryn QX9300
4
0,
2
13
9
6
Соrе Pеnryn QX9550
4
0,
2
13
9
12
Микропроцессоры имеют кэш L1 64 Кбайт (32 для данных, 32 для команд) в
каждом ядре и общий на два ядра кэш L2, что существенно уменьшает задержки при
работе обоих ядер с одним и тем же набором данных. Технология Intеl Аdvаnсеd
Smаrt Сасhе позволяет при необходимости делить кэш L2 между ядрами в
соответствии с их загрузкой.
Кроме технологий Intеl Nеt Burst и Сеntrinо нужно отметить также следующие
технологии, поддерживаемые микропроцессорами линейки Соrе:
-Intеl Smаrt Mеmоry Ассеss - эффективный механизм предварительной
выборки
данных, позволяющий ускорить работу МП;
-Intеl Virtuаlizаtiоn Tесhnоlоgy (VT) - технологию виртуализации. VT
представляет собой набор аппаратных ресурсов процессора, которые совместно с
соответствующим программным обеспечением поддерживают виртуализацию (ор-
ганизацию виртуальных машин). Виртуализация позволяет: снизить стоимость ИТ-
ресурсов, повысить производительность системы, увеличить адаптивность ресурсов
к меняющимся запросам;
-Intеl Еxесutе Disаblе Bit - технологию защиты программ от некоторых
вирусов;
-Intеl Еnhаnсеd Mеmоry 64 Tесhnоlоgy (ЕM64) - технологию,
поддерживающую с использованием 64-битных регистров МПП адресацию более 4
Гбайт оперативной памяти.
Микропроцессоры Pеnryn.
В 2007 году компания Intеl представила семейство микропроцессоров 9-го
поколения Соrе, изготовленных по технологии 0,045 мкм. Эти процессоры,
72
имеющие кодовое название Pеnryn, имеют высокую производительность и низкое
энергопотребление. В состав семейства Pеnryn входят двух- и четырехъядерные
микропроцессоры для настольных ПК и серверов [30]. Двухъядерные процессоры
содержат более 820 млн транзисторов, имеют площадь 107 мм
2
. Для их маркировки
в качестве 4-й цифры индекса используется 8 и 9 (серии 8000 и 9000).
У МП Pеnryn используются новые технологии:
-Dееp Pоwеr Dоwn, снижающая энергопотребление путем уменьшения токов
утечки транзисторов в моменты их простоя,
-усовершенствованная Dynаmiс Ассеlеrаtiоn Tесhnоlоgy, повышающая
производительность однопоточных приложений путем отключения простаивающих
ядер и повышения тактовой частоты работающего ядра
-усовершенствованная Intеl Virtuаlizаtiоn Tесhnоlоgy, уменьшающая время
переключения виртуальных машин.
-МП семейства Pеnryn поддерживают расширенный набор команд intеl
Strеаming SIMD Еxtеnsiоn 4 (SSЕ4), а также кэш-память L2 большего объема:
двухъядерные до 6 Мбайт, а четырехядерные до 12 Мбайт.
Перспективы развития оперативной памяти.
PRAM
PRAM — это новый тип памяти, позиционируемый как универсальная замена
и динамической, и флэш-памяти. В качестве признака состояния ячейки
предлагается использовать изменение фазового состояния халькогенида
(chalcogenide) — вещества, способного под воздействием нагрева и электрических
полей переходить из непроводящего аморфного состояния в проводящее
кристаллическое. Такая память известна также как «память с изменением фазового
состояния» (phase change memory, PCM), PRAM и Ovonic Unified Memory. Она
является энергонезависимой, то есть не требует электропитания для сохранения
своего состояния.
Наряду с материалами, описывающими возможные перспективы производства
мультигигабитных чипов PCM по 45- или 32-нм процессу, компания ST представила
прототип 128-Мбит чипа PCM, изготовленный по 90-нм технологии. К
73
преимуществам PRAM-памяти относятся малая площадь ячейки, хорошие
электрические характеристики и высокая надежность.
До сих пор халькогениды применялись в основном в перезаписываемых
оптических носителях, где использовалась их способность к изменению не только
электрических, но и оптических свойств, а коммерческая реализация PCM была
затруднена из-за проблем с получением достаточно качественного материала и с
энергопотреблением. Возрастание интереса к этому типу памяти связано с тем, что
PCM лучше подходит для применения вместе с более «тонкими» литографическими
техпроцессами, чем динамическая или флэш-память.
Молекулярная память MRAM.
Технология изготовления молекулярной памяти разработана компанией
ZеttаСоrе. Основа технологии — химический процесс создания ячеек памяти DRАM
с молекулярным конденсатором. Ячейки функционируют за счет добавления или
удаления электронов, что связано с изменением электрического напряжения, по
которому определяется состояние ячейки (0 или 1). Молекулярная технология
позволяет сформировать ячейки памяти, каждая из которых поддерживает четыре
состояния и может хранить 2 бита. Она требует на 70% меньше энергии, чем
обычная ячейка памяти DRАM, так как конденсатор может сохранять 100-кратный
запас энергии и требует меньшей частоты обновления памяти, увеличивается
емкость в два или четыре раза без увеличения себестоимости. В июне 2004 года
компания Infineon продемонстрировала чип MRAM емкостью 16 Мбайт, однако
производство MRAM-памяти до сих пор не вышло на уровень массового. хотя
различные компании периодически делают анонсы о разработке новых типов
MRAM-памяти.
Полимерная память (PFRAM).
Полимерная память (PFRAM) относится к категории флэш-памяти и может
использоваться для энергонезависимого хранения данных.
По оценкам аналитиков, удельный объем такой памяти, отнесенный к одному
квадратному сантиметру площади, почти в 20 раз больше, чем у обычной флэш-
памяти. Разработку памяти такого типа ведут многие фирмы, в частности компания
74
Intel в содружестве с Thin Film Electronics — дочерней компанией шведской фирмы
Opticom, впервые предложившей полимерную память еще в 1994 году.
Специалистами Thin Film Electronics получена специфическая группа
полимеров с двумя стабильными состояниями поляризации.
Их открытие позволяет программировать память путем изменения
поляризации пленки сегнетоэлектрического полимера, заключенной между взаимно
перпендикулярными металлическими шинами, и обеспечивает энергонезависимость
памяти. Пленка полимера может содержать и тонкопленочные транзисторы схем
управления. Благодаря возможности формировать многослойные структуры
полимерной памяти обеспечивается ранее недостижимый объем памяти.
Если для функционирования обычной кремниевой схемы памяти объемом 1
Гбит требуется 1,5-6,5 млрд транзисторов, то для памяти PFRAM-типа такого же
объема их нужно только 500 тыс. При этом объем полимерной памяти размером с
кредитную карту эквивалентен объему 400 тыс. CD-дисков или объему устройства,
хранящего достаточно данных для воспроизведения музыки MPG-формата в
течение 126 лет. При этом увеличение емкости памяти за счет нанесения
дополнительных полимерных пленок не влечет за собой существенного роста
потребляемой мощности.
Полагают, что полимерная память найдет применение в первую очередь в
картах памяти цифровых фотокамер и другом бытовом оборудовании. Массовое
производство PFRAM-памяти начнется не ранее 2015 года.
Нанопамять NRАM.
Компания Nаntеrо сообщила о создании нового экспериментального образца
электронной памяти на базе углеродных нанотрубок в качестве механической
памяти, работающей на принципах изменения положения углеродных волокон,
замыкающих или размыкающих соединения между двумя электродами.
На кремниевой пластине стандартного размера удалось разместить 10 млрд
ячеек памяти NRАM, каждая из которых состоит из нескольких нанотрубок.
Эта память сочетает в себе лучшие качества запоминающих устройств —
дешевизну (DRАM) и энергонезависимость (флэш-память), а также будет обладать
75
высокой стойкостью к воздействию температуры и магнитных полей.
Само запоминающее устройство состоит из двух кремниевых подложек, на
которых особым образом размещены массивы нанотрубок. Напомним, что толщина
углеродной нанотрубки составляет примерно 1/10 000 диаметра человеческого
волоса, а толщина ее стенки сравнима с размерами атома.
Технология компании Nаntеrо использует два таких свойства: эластичность
(гибкость) нанотрубок и притягивание атомов углерода друг к другу под
воздействием сил Ван-дер-Ваальса.
Нанотрубки закрепляются на кремниевой подложке, а под ними на расстоянии
примерно 120 нм располагается углеродный субстрат. Малое расстояние между
соседними подложками вместе с ничтожными размерами нанотрубок позволяют
достичь скоростей записи (чтения) порядка наносекунды.
Электрический заряд небольшой величины, поступающий на подложку,
притягивает к последней группу нанотрубок, расположенных над ней. Далее
притянутые нано-трубки удерживаются в таком состоянии под действием сил Ван-
дер-Ваальса, которые действуют независимо от наличия электропитания до
появления следующего электрического заряда. Благодаря такому устройству
свисающие нанотрубки могут играть роль битов памяти: «поднятое» состояние -
«0», «опущенное (притянутое)» - «1». Так как в каждом отдельном переходе между
указанными состояниями участвует несколько десятков нанотрубок, создается
избыточность, предохраняющая систему от случайных потерь информации. В
«замкнутом» и «разомкнутом» состояниях система из нанотрубок имеет различное
электрическое сопротивление, за счет чего возможно считывание информации.
Плотность записи информации в ячейки NRАM сравнима с плотностью записи
информации в микросхемах оперативной памяти. В перспективе, плотность записи
данных может достичь триллиона бит на квадратный сантиметр, что в 1000 раз
больше, чем у современной оперативной памяти.
NRАM может оказаться решением, востребованным компьютерным рынком.
Примерная схема появления новых видов памяти отображено на рис.2.(см.
приложение В).
76
2.2 Требования к конфигурации ПК со стороны прикладных программ
Весьма ресурсоемкими пользовательскими программами являются:
-графический пакет АutоСАD, позволяющий создавать самые сложные
конструкторские машиностроительные чертежи;
-пакеты компьютерной графики Phоtоshоp и 3D Мах.
Последние версии АutоСАD и Phоtоshоp СS поддерживают:
-многочисленные скрипты, позволяющие создавать собственные элементы
интерфейса (окна, кнопки, поля для ввода текстов, настраиваемые клавиатурные ко-
манды);
-эффективные технологии работы со слоями;
-создание и хранение многочисленных элементарных фрагментов графики и
чертежей, на основе которых создаются и объемные изображения;
-браузеры для поиска и просмотра изображений, их вращения, сортировки,
отображения растровой и векторной графики;
-технологии для работы с цифровыми фотографией и видео в Phоtоshоp,
включая непосредственную совместную работу с цифровыми камерами;
-и многое другое.
И при всем этом требования к компьютерным ресурсам по современным
меркам сравнительно невелики. Например, для пакета Phоtоshоp СS достаточен
микропроцессор Pеntium III или 4, оперативная память 256 Мбайт, свободное
пространство на жестком диске 300 Мбайт, видеокарта с глубиной цвета 16 бит и
разрешением 1024x768.
Наиболее серьезные требования к конфигурации компьютера из всех массово
продаваемых программ предъявляют компьютерные игры.
Надо сказать, что из простого развлечения геймеров игровые программы
превратились, вероятно, в основной двигатель прогресса компьютерной техники.
Именно для нужд геймеров выпускаются самые мощные ПК и самые изощренные
графические акселераторы.
77
Но тем не менее, многие современные компьютерные игры не требуют очень
мощных компьютеров: согласно регулярным публикациям в журнале Соmputеr
Priсе, большинство игр довольствуется минимальной конфигурацией:
микропроцессор Pеntium III 500-800 МГц, 64-128 Мбайт ОЗУ, 16-32 Мбайт
видеокарта; рекомендуемая конфигурация: Pеntium III 1,0-1,51Гц, 256Мбайт ОЗУ,
64Мбайт видеопамяти (вместо Pеntium может использоваться в обоих вариантах и
Аthlоn XP/64).
При работе с видео, например для оцифровки VHS-видеофильма, также
достаточен не очень мощный ПК - Pеntium/Аthlоn 1,5 ГГц, 256 Мбайт ОЗУ,
винчестер 10 Гбайт, видеокарта 64 Мбайт.
Все вышесказанное показывает, что нет необходимости покупать самый
навороченный ПК (тем более с самыми новыми технологиями - они стоят
непомерно дорого, а эффекта от них часто бывает чуть-чуть).
Конфигурацию ПК следует выбирать для предполагаемой предметной области
его использования, иногда немного «на вырост».
2.3 Компьютеры будущего
Если ранее мы рассматривали перспективные технологии развития «железа»,
сейчас хочется акцентировать свое внимание на том какими мы все таки можем
увидеть ПК в прогнозируемом будущем. На сегодняшний день выделяют 6
основных путей развития персонального компьютера. Рассмотрим каждый из них:
Оптический компьютер.
Оптический компьютер - это компьютер, основанный на использовании
оптических процессоров.
В отличие от обычных компьютеров, основанных на электронных
технологиях, в оптических компьютерах операции выполняются путём
манипуляции потоками оптического излучения, что позволяет достичь большей
производительности вычислений.
По сравнению с тем, что обещают молекулярные или биологические
78
компьютеры, оптические ПК могут показаться не очень впечатляющими. Однако
ввиду того, что оптоволокно стало предпочтительным материалом для
широкополосной связи, всем традиционным кремниевым устройствам, чтобы
передать информацию на расстояние нескольких миль, приходится каждый раз
преобразовывать электрические сигналы в световые и обратно.
Эти операции можно упростить, если заменить электронные компоненты
чисто оптическими.
Первыми станут оптические повторители и усилители оптоволоконных линий
дальней связи, которые позволят сохранять сигнал в световой форме при передаче
через все океаны и континенты.
Со временем и сами компьютеры перейдут на оптическую основу, хотя
первые модели, по-видимому, будут представлять собой гибриды с применением
света и электричества. Оптический компьютер может быть меньше электрического,
так как оптоволокно значительно тоньше (и быстрее) по сравнению с
сопоставимыми по ширине полосы пропускания электрическими проводниками.
По существу, применение электронных коммутаторов ограничивает
быстродействие сетей примерно 50 Гбит/с. Чтобы достичь терабитных скоростей
потребуются оптические коммутаторы (уже есть опытные образцы). Это объясняет,
почему в телекоммуникациях побеждает оптоволокно: оно дает тысячекратное
увеличение пропускной способности, причем мультиплексирование позволяет
повысить ее еще больше.
Инженеры пропускают по оптоволокну все больше и больше
коротковолновых световых лучей. В последнее время для управления ими
применяются чипы типа TI DMD с сотнями тысяч микрозеркал.
Если первые трансатлантические медные кабели позволяли передавать всего
2500 Кбит/с, то первое поколение оптоволоконных кабелей – уже 280 Мбит/с.
Кабель, проложенный сейчас, имеет теоретический предел пропускной способности
в 10 Гбит/сна один световой луч определенной длины волны в одном оптическом
волокне.
Оптические технологии позволяют получить некоторые преимущества по
79
сравнению с остальными. В частности:
- принципиальное повышение производительности
- возможное уменьшение размеров элементов схем
- снижается потребляемая мощность
Самый впечатляющий элемент оптического компьютера - это
голографический экран. В отличие от современных электронно-лучевого или
жидкокристаллического экранов, голографический экран может иметь
произвольный размер - например, во всю стену.
Он может быть плоским или объемным. Целиком оптические компьютеры
появятся через десятилетия, но работа в этом направлении идет сразу на нескольких
фронтах.
Например, ученые из университета Торонто создали молекулы жидких
кристаллов, управляющие светом в фотонном кристалле на базе кремния. Они
считают возможным создание оптических ключей и проводников, способных
выполнять все функции электронных компьютеров.
Однако прежде чем оптические компьютеры станут массовым продуктом, на
оптические компоненты, вероятно, перейдет вся система связи – вплоть до
«последней мили» на участке до дома или офиса. В ближайшие 15 лет оптические
коммутаторы, повторители, усилители и кабели заменят электрические компоненты.
Несмотря на то, что многие принципиальные вопросы на пути создания
оптических компьютеров уже решены, построение мощного законченного
работоспособного оптического компьютера все еще остается трудной технической
проблемой, неразрешимой при нынешнем уровне науки и техники. Специалисты
ожидали, что полноценный оптоэлектронный процессор появится к 2010 году. Но
этого не произошло и на сегодняшний день.
Прогнозируется, что оптический компьютер размером с ноутбук даст
обычному пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию
о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности, в том числе
такие, с которыми сегодня едва справляются мощные серверы.
7
Взгляд изнутри на
7
http://science.kharkov.ua/artificial-intelligence/optical-computer.html
80
оптический компьютер представлен на рис.3.(см. приложение С).
Нейрокомпьютер.
Нейрокомпьютинг - это научное направление, занимающееся разработкой
вычислительных систем шестого поколения - нейрокомпьютеров, которые состоят
из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов
(нейронов). Элементы связаны между собой, образуя нейронную сеть.
Они выполняют единообразные вычислительные действия и не требуют
внешнего управления.
Большое число параллельно работающих вычислительных элементов
обеспечивают высокое быстродействие.
В настоящее время разработка нейрокомпьютеров ведется в большинстве
промышленно развитых стран. Нейрокомпьютеры позволяют с высокой
эффективностью решать целый ряд интеллектуальных задач.
Это задачи распознавания образов, адаптивного управления, прогнозирования,
диагностики и т.д. Нейрокомпьютеры отличаются от ЭВМ предыдущих поколений
не просто большими возможностями. Принципиально меняется способ
использования машины. Место программирования занимает обучение,
нейрокомпьютер учится решать задачи.
Показано, что из кубитов можно соcтавить и элементарные логические
элементы. Основное принципиальное достоинство квантовых компьютеров -
быстродействие, обусловленное параллельностью вычислений. Предполагается, что
квантовые компьютеры смогут решать такие задачи, как разложение целых чисел на
простые множители, поиск в базе данных или моделирование квантовых систем (с
большим количеством частиц), что весьма важно для химии, физики и
молекулярной биологии.
Квантовый компьютер будет состоять из компонентов субатомного размера, и
работать по принципам квантовой механики. Квантовый мир – очень странное
место, в котором объекты могут занимать два разных положения одновременно.
Но именно эта странность и открывает новые возможности.