Блог

Развитие двухпроцессорных серверных платформ. Часть 2 - тактовая частота


Сегодня мы рассмотрим развитие двухпроцессорных серверных платформ с точки зрения тактовой частоты, то есть проследим, как изменялась тактовая частота процессоров с течением времени (для начала следует ознакомится с первой частью). Дабы не дублировать в каждой части материала "Развитие двухпроцессорных серверных платформ" таблицы с характеристиками процессоров, они были вынесены в отдельную статью.

До появления многоядерных процессоров тактовая частота являлась наиболее значимым инструментом повышения производительности - безусловно, влияние микроархитектуры тоже надо учитывать, так например, Pentium 4 требовалось значительно большая тактовая частота, чтобы выступать на равных с Pentium III. Но в рамках одной микроархитектуры повышение тактовой частоты процессора определенно являлось самым эффективным способом увеличения производительности, так как она имеет практически прямую зависимость от тактовой частоты. В то время как увеличение других характеристик редко приносит соразмерный прирост производительности, например: увеличение вдвое объема кэш-памяти второго уровня редко приносит прирост производительности более 10-15%.
В рамках данного материала историю развития двухпроцессорных платформ мы рассматриваем с 2001 года, то есть с микроархитектуры NetBurst, о которой можно долго спорить... (пройдет лет 10 и с Bulldozer, возможно, будет тоже самое). Предполагалось, что данная микроархитектура покорит не только 4 ГГц, но и более высокие значения... ей, конечно, не удалось этого сделать, но кое-что она явно показала - а именно существование частотного порога, выше которого еще не скоро Intel и AMD смогут перешагнуть.
Итак, в 2001 году компания Intel представила процессор Xeon Foster с тактовой частотой 2 ГГц, а в 2002 году ее удалось поднять до 2,8 ГГц (+40%), при этом TDP новых на тот момент процессоров Xeon Prestonia уменьшилось - это стало возможным благодаря переходу с 180-нанометрового на 130-нанометровый техпроцесс. Здесь NetBurst показала превосходную динамику развития... жаль, что это скорее исключение, чем правило...
Поскольку в 2003 году техпроцесс не изменился, прирост тактовый частоты составил всего 400 МГц (+14%), при этом новые (на тот момент) процессоры Xeon Gallatin обзавелись мегабайтным кэшем третьего уровня, что вкупе с возросшей тактовой частотой привело к повышению TDP с 74 до 92 Вт.
А дальше у Интел начались проблемы - перевод на новый 90-нанометровый техпроцесс и увеличение длины конвейера в ядре Presscott/Nocona не позволили достичь желаемых результатов - планка в 4 ГГц так и осталась непокоренной. В 2004 году максимальная тактовая частота достигла всего 3,6 ГГц (+400 МГц или +12,5%), при этом TDP повысилось с 92 до 103 Вт. Примечательно здесь то, что базовая частота процессоров (с максимальным количеством ядер) еще не скоро сможет покорить отметку в 3600 МГц... Стоит заметить, если всегда ориентироваться на актуальную (последнюю) архитектуру и максимальное количество ядер в рассматриваемом году, то данный рубеж так и не покорился по сей день (если смотреть на базовую частоту процессора).
После того как Интел взяла курс на увеличение количества ядер в 2005 году, тактовая частота снизилась с 3,6 до 2,8 ГГц (Paxville DP). Частично это обусловлено тем, что увеличение количества ядер произошло в рамках одного техпроцесса - оставить тактовую частоту на прежнем уровне не представлялось возможным по причине крайне высокого TDP, которое итак выросло с 103 до 135 Вт.
При переходе к 4-ядерным процессорам в 2006 тактовая частота снова упала - теперь уже до 2,67 ГГц (Clovertown), но переход на более тонкий техпроцес (65 нм) позволил снизить TDP с 135 до 120 Вт.
В 2007 году количество ядер не увеличилось, но переход на новый 45-нанометровый техпроцесс с одновременным повышением TDP с 120 до 150 Ватт позволили поднять тактовую частоту с 2,67 до 3,2 ГГц (+20%). В 2008 году техпроцесс и TDP не изменились - Интел ничего не оставалось делать, как повысить тактовую частоту на 200 МГц с 3,2 до 3,4 ГГц (+6%).
В 2009 году компания Intel представила новую микроархитектуру Nehalem, которая принесла много изменений, начиная от интегрированного контроллера памяти, заканчивая возвращением технологии НТ. Но поскольку техпроцесс остался прежним, а в кристалл были интегрированы дополнительные контроллеры речи быть не могло об увеличении количества ядер, да и тактовой частоты (базовой), которую пришлось даже снизить с 3,4 до 3,33 ГГц. Также следует отметить, что в 2009 году наступает еще один переломный момент в гонке за тактовую частоту - внедрение технологии Turbo Boost, позволяющей кратковременно повышать тактовую частоту процессора выше базовой (при загрузке всех ядер тактовая частота практически не поднимается).
В 2010 году микроархитектуру Nehalem перевели на 32-нанометровый техпроцесс, что позволило увеличить количество ядер с 4 до 6, при этом тактовая частота осталась без изменений - 3,33 ГГц. Поскольку в 2011 году не было никаких переходов на новый техпроцесс - Интел ничего не оставалось делать кроме как поднять базовую тактовую частоту на одну ступеньку выше - с 3,33 до 3,46 ГГц (+4%), то есть спустя более 5 лет рубеж 2004 года в 3,6 ГГц так и не был покорен (стоит заметить, что Turbo-частота покорила данный рубеж, достигнув 3,73 ГГц...).
В 2012 году компания Intel представила новую микроархитектуру Sandy Bridge в рамках 32-нанометрового техпроцесса. Поскольку техпроцесс остался прежним, увеличение количества ядер с 6 до 8 стало возможным благодаря одновременному повышению TDP с 130 до 150 Ватт и снижению базовой тактовой частоты с 3,46 до 3,1 ГГц (но в буст-режиме частота поднялась с 3,73 до 3,8 ГГц). Дальше будет только хуже - частоты будет только падать...
В 2013 году микроархитектура Sandy Bridge была переведена на 22-нанометровый техпроцесс, что позволило не только снизить TDP с 150 до 130 Вт, но и увеличить количество ядер с 8 до 12, при этом пришлось пожертвовать базовой тактовой частотой, которая уменьшилась с 3,1 до 2,7 ГГц (да и в буст-режиме частота упала с 3,8 до 3,5 ГГц).
В 2014 году компания Intel представила процессоры Xeon Haswell-EP, базовая тактовая частота которых в очередной раз уменьшилась - с 2,7 до 2,3 ГГц (в буст-режиме тактовая частота подросла с 3,5 до 3,6 ГГц). При этом повысилось TDP с 130 до 145 Ватт - это позволило увеличить количество ядер с 12 до 18.
Подводя итог, можно сказать, что компания Интел достаточно тонко управляет TDP, изменяя данный показатель тогда, когда это необходимо. При этом надо отметить, что увеличение количества ядер, как правило, приводит к снижению базовой тактовой частоты. Но важно понимать, что в сервере, как правило, загрузка процессора близка к максимальной, поэтому говорить о Boost-частоте не приходится - при загрузке всех 18 ядер процессора Xeon E5-2699v3 тактовая частота не превышает 3 ГГц (а с использованием AVX-инструкций подобный процессор может даже сбросить частоту и ниже базовой). Казалось бы на сегодняшний день тактовая частота относительно 2001 года практически не выросла - 2,3 ГГц против 2,0 ГГц, но это не так, и вот почему: в качестве примера выбирались процессоры с максимальным количеством ядер для каждого года дабы показать прогресс микроархитектуры или ее предельное состояние (самый большой и сложный кристалл), но в ассортименте Интел есть процессоры с меньшим количеством ядер, где базовая тактовая частота приближается к 4 ГГц. То есть компания Интел предлагает как многоядерные процессоры с низкой базовой частотой, которые хороши для "многопоточного окружения", так и высокочастотные процессоры с относительно небольшим количеством ядер (для задач, где тактовая частота более предпочтительна).
Что касается текущего 2015 года, то... неординарный год - компания Intel не представила новых процессоров с большей тактовой частотой - это первый случай за период 2001-2015, обычно, когда ни техпроцесс, ни микроархитектура не менялись, Intel представляла процессор с чуть большей частотой (на 100-200 МГц выше). Учитывая проблемы с освоением новых техпроцессов и задержку выхода новых микроархитектур, данная тенденция скорее всего станет нормой - да и Intel сама "призналась", что закон Мура "несколько растянулся" (с 1,5 до 2,5 лет).
Что касается 2016 года, то ожидается появление на рынке 22-ядерных процессоров Xeon Broadwell-EP.
Продолжение следует...
Другие материалы по теме

0 logo low

Copyright © by ServersTech.ru, 2015-2020. Копирование запрещено.
Коммерческие предложения, сотрудничество и реклама: cooperation@serverstech.ru
Предложения, вопросы и пожелания читателей: readership@serverstech.ru
Copyright © 2015-2020 ServersTech.ru. Все права сохранены
Copyright © 2015-2020 ServersTech.ru. All rights reserved