Hispanopedia WikiLa microarquitectura NetBurst , [ 1 ] [ 2 ] denominada P68 internamente por Intel , fue la sucesora de la microarquitectura P6 en la familia x86 de unidades centrales de procesamiento (CPU) fabricadas por Intel. La primera CPU en utilizar esta arquitectura fue el Pentium 4 con núcleo Willamette , lanzado el 20 de noviembre de 2000, y el primero de los procesadores Pentium 4 ; todas las variantes posteriores de Pentium 4 y Pentium D también se basaron en NetBurst. A mediados de 2001, Intel lanzó el núcleo Foster , que también se basaba en NetBurst, lo que provocó que los procesadores Xeon adoptaran la nueva arquitectura. Los procesadores Celeron basados en Pentium 4 también utilizan la arquitectura NetBurst. Esta se descontinuó en 2010 y fue reemplazada por la microarquitectura Core basada en P6, lanzada en julio de 2006.
Tecnología
La microarquitectura NetBurst incluye características como Hyper-threading , tecnología Hyper Pipelined , motor de ejecución rápida , caché de trazas de ejecución y sistema de reproducción , todas las cuales se introdujeron por primera vez en esta microarquitectura en particular, y algunas nunca volvieron a aparecer posteriormente.
Hyper-threading
Hyper-threading es la implementación de multihilo simultáneo (SMT) patentada por Intel, utilizada para mejorar la paralelización de cálculos (realización de múltiples tareas a la vez) en procesadores x86. Intel la introdujo con los procesadores NetBurst en 2002. Posteriormente, Intel la reintrodujo en la microarquitectura Nehalem tras su ausencia en el Core 2.
Autobús con cuatro bombas en la parte delantera
Los núcleos Northwood y Willamette cuentan con un bus frontal externo (FSB) que funciona a 100 MHz y transfiere cuatro bits por ciclo de reloj, lo que resulta en una velocidad efectiva de 400 MHz. Las revisiones posteriores del núcleo Northwood, junto con el núcleo Prescott ( y sus derivados ), tienen un bus frontal efectivo de 800 MHz (200 MHz con bombeo cuádruple).
Tecnología hipercanalizada
Los núcleos Willamette y Northwood contienen una tubería de instrucciones de 20 etapas . Esto representa un aumento significativo en el número de etapas en comparación con el Pentium III, que solo tenía 10 etapas en su tubería. El núcleo Prescott aumentó la longitud de la tubería a 31 etapas. Una desventaja de las tuberías más largas es el aumento en el número de etapas que deben rastrearse en caso de una predicción errónea de bifurcación, lo que aumenta la penalización de dicha predicción errónea. Para abordar este problema, Intel diseñó el Rapid Execution Engine y ha invertido mucho en su tecnología de predicción de bifurcaciones, que Intel afirma que reduce las predicciones erróneas de bifurcaciones en un 33 % con respecto al Pentium III . [ 3 ] En realidad, la tubería más larga resultó en una eficiencia reducida debido a un menor número de instrucciones por ciclo de reloj (IPC) ejecutadas, ya que no se pudieron alcanzar velocidades de reloj suficientemente altas para compensar la pérdida de rendimiento debido a un aumento mayor de lo esperado en el consumo de energía y el calor.
Motor de ejecución rápida
Con esta tecnología, las dos unidades aritmético-lógicas (ALU) en el núcleo de la CPU se duplican, lo que significa que operan al doble de la frecuencia del reloj del núcleo. Por ejemplo, en un procesador de 3,8 GHz, las ALU operarán efectivamente a 7,6 GHz. La razón de esto es compensar el bajo recuento de IPC; además, esto mejora considerablemente el rendimiento de enteros de la CPU. Intel también reemplazó el desplazador de barril de alta velocidad con una unidad de ejecución de desplazamiento/rotación que opera a la misma frecuencia que el núcleo de la CPU. La desventaja es que ciertas instrucciones ahora son mucho más lentas (relativamente y en términos absolutos) [ nota 1 ] que antes, lo que dificulta la optimización para múltiples CPU objetivo. Un ejemplo son las operaciones de desplazamiento y rotación, que se ven afectadas por la falta de un desplazador de barril que estaba presente en todas las CPU x86 a partir del i386, incluido el procesador principal de la competencia, Athlon .
Caché de rastreo de ejecución
Dentro de la caché L1 de la CPU, Intel incorporó su caché de trazas de ejecución. Almacena microoperaciones decodificadas , de modo que al ejecutar una nueva instrucción, en lugar de recuperarla y decodificarla de nuevo, la CPU accede directamente a las microoperaciones decodificadas desde la caché de trazas, ahorrando así un tiempo considerable. Además, las microoperaciones se almacenan en caché en su ruta de ejecución prevista, lo que significa que cuando la CPU recupera las instrucciones de la caché, estas ya están presentes en el orden de ejecución correcto. [ 4 ] Posteriormente, Intel introdujo un concepto similar, pero más simple, con Sandy Bridge, denominado caché de microoperaciones (caché UOP).
Sistema de repetición
El sistema de repetición es un subsistema del procesador Intel Pentium 4 que intercepta las operaciones que el planificador del procesador ha enviado erróneamente para su ejecución. Las operaciones interceptadas por el sistema de repetición se vuelven a ejecutar en un bucle hasta que se cumplen las condiciones necesarias para su correcta ejecución.
Sugerencias para la predicción de ramificaciones
La arquitectura Intel NetBurst permite insertar sugerencias de predicción de bifurcaciones en el código para determinar si se debe tomar o no la predicción estática, una característica que se abandonó en procesadores Intel posteriores. Según Intel, el algoritmo de predicción de bifurcaciones de NetBurst es un 33 % mejor que el de P6. [ 5 ] [ 6 ]
Problemas en el desarrollo y la escalabilidad
A pesar de estas mejoras, la arquitectura NetBurst creó obstáculos para los ingenieros que intentaban aumentar su rendimiento. Con esta microarquitectura, Intel planeaba alcanzar velocidades de reloj de 10 GHz, [ 7 ] pero debido al aumento de las velocidades de reloj, Intel se enfrentó a problemas cada vez mayores para mantener la disipación de potencia y calor dentro de un funcionamiento normal y utilizable. Intel alcanzó una barrera de velocidad de 3,8 GHz en noviembre de 2004, pero encontró problemas en el proceso. Después de estos problemas, Intel pasó a desarrollar un sucesor de NetBurst, la microarquitectura Intel Core , en 2006, después de que el calor y otros problemas relacionados comenzaran a representar una barrera infranqueable (inspirado en el núcleo P6 del Pentium Pro al Tualatin Pentium III -S, y más directamente al Pentium M ).
Revisiones
En enero de 2002, Intel sustituyó el núcleo Willamette original por una versión rediseñada de la microarquitectura NetBurst llamada Northwood. El diseño Northwood combinaba un mayor tamaño de caché, un proceso de fabricación más pequeño de 130 nm y la tecnología Hyper-threading (aunque inicialmente todos los modelos, excepto el de 3,06 GHz, tenían esta función desactivada) para producir una versión más moderna y de mayor rendimiento de la microarquitectura NetBurst.
En febrero de 2004, Intel presentó Prescott , una revisión más radical de la microarquitectura. El núcleo Prescott se fabricó con un proceso de 90 nm e incluyó varios cambios de diseño importantes, como la adición de una caché aún mayor (de 512 KB en Northwood a 1 MB y 2 MB en Prescott 2M), una canalización de instrucciones mucho más profunda (31 etapas en comparación con las 20 de Northwood ), un predictor de bifurcaciones muy mejorado , la introducción de las instrucciones SSE3 y, posteriormente, la implementación de la tecnología Intel Extended Memory 64 (EM64T), la marca de Intel para su implementación compatible de la versión de 64 bits x86-64 de la microarquitectura x86 (al igual que con hyper-threading, todos los chips Prescott con la marca Pentium 4 HT tienen hardware para admitir esta función, pero inicialmente solo estaba habilitada en los procesadores Xeon de gama alta , antes de ser introducida oficialmente en los procesadores con la marca Pentium ). El consumo de energía y la disipación de calor también se convirtieron en problemas importantes para Prescott , que rápidamente se convirtió en el procesador de un solo núcleo x86 y x86-64 de Intel que más se calentaba y más energía consumía. Las preocupaciones sobre el consumo de energía y el calor impidieron que Intel lanzara un Prescott con una frecuencia superior a 3,8 GHz, junto con una versión móvil del núcleo con una frecuencia superior a 3,46 GHz.
Intel también lanzó un procesador de doble núcleo basado en la microarquitectura NetBurst, denominado Pentium D. El primer núcleo Pentium D recibió el nombre en clave Smithfield , que en realidad consta de dos núcleos Prescott en un solo chip, y posteriormente Presler , que consta de dos núcleos Cedar Mill en dos chips separados ( Cedar Mill es la reducción de tamaño del chip de Prescott a 65 nm ).
Hoja de ruta
Sucesor
Intel tenía en desarrollo sucesores basados en NetBurst llamados Tejas y Jayhawk con entre 40 y 50 etapas de pipeline, pero finalmente decidió reemplazar NetBurst con la microarquitectura Core , [ 8 ] [ 9 ] lanzada en julio de 2006; estos sucesores se derivaron más directamente del Pentium Pro ( microarquitectura P6 ). El 8 de agosto de 2008 marcó el fin de los procesadores Intel basados en NetBurst. [ 10 ] La razón del abandono de NetBurst fueron los graves problemas de calor causados por las altas velocidades de reloj. Si bien algunos procesadores basados en Core y Nehalem tienen TDP más altos , la mayoría de los procesadores son multinúcleo, por lo que cada núcleo emite una fracción del TDP máximo, y los procesadores de un solo núcleo basados en Core de mayor velocidad emiten un máximo de 27 W de calor. Los procesadores Pentium 4 de escritorio (de un solo núcleo) con la frecuencia de reloj más alta tenían un TDP de 115 W, en comparación con los 88 W de las versiones móviles con la frecuencia de reloj más alta. Sin embargo, con la introducción de nuevas revisiones, el TDP de algunos modelos se redujo posteriormente.
La microarquitectura Nehalem, sucesora de la microarquitectura Core, debía ser una evolución de NetBurst según las hojas de ruta de Intel que datan del año 2000. Nehalem reimplementa ciertas características de NetBurst, incluida la tecnología Hyper-Threading, introducida por primera vez en el núcleo Northwood de 3,06 GHz , y la caché L3, implementada por primera vez en un procesador de consumo en el núcleo Gallatin utilizado en el Pentium 4 Extreme Edition.
Chips basados en NetBurst
Véase también
Notas
- ↑ "Relativamente" se refiere al número de ciclos necesarios para que la instrucción se complete, mientras que "absoluto" representa el tiempo que tarda la instrucción en completarse, teniendo en cuenta la velocidad del reloj. Por ejemplo, una instrucción que tarda 10 ciclos en un procesador de 1 GHz tarda 10 nanosegundos; por lo tanto, es relativamente más lenta y absolutamente más rápida que una instrucción que tarda 1 ciclo en un procesador de 0,01 GHz (100 nanosegundos).
Referencias
- ↑ Carmean, Doug (Primavera de 2002). "El procesador Intel Pentium 4" (PDF) . Intel . Archivado del original (PDF) el 19 de abril de 2018.
- ↑ "Repetición: Características desconocidas del núcleo NetBurst" . XbitLabs . 6 de marzo de 2016. Archivado del original el 6 de marzo de 2016.
- ↑ "La unidad de predicción de ramificaciones de la caché de trazas" . El nuevo procesador Pentium 4 de Intel . Tom's Hardware . 20 de noviembre de 2000. Consultado el 30 de abril de 2021 .
- ↑ "Entrando en la canalización de ejecución: la caché de trazas del Pentium 4, continuación" . El nuevo procesador Pentium 4 de Intel . Tom's Hardware . 20 de noviembre de 2000. Consultado el 30 de abril de 2021 .
- ↑ Fog, Agner (1 de diciembre de 2016). "La microarquitectura de las CPU de Intel, AMD y VIA" (PDF) . pág. 36. Consultado el 22 de marzo de 2017 .
- ↑ Milenkovic, Milena; Milenkovic, Aleksandar; Kulick, Jeffrey. "Desmitificando los predictores de ramificación de Intel" (PDF) .
- ↑ Shimpi, Anand Lal. "El futuro de los procesos de fabricación de Intel" . Archivado del original el 18 de junio de 2011. Recuperado el 4 de abril de 2018 .
- ↑ "Intel dice adiós a los chips Tejas y Jayhawk" . The Register .
- ↑ Goodwins, Rupert. "Intel cancela Tejas y Jayhawk" . ZDNet . Consultado el 21 de agosto de 2019 .
- ↑ Shilov, Anton (21 de mayo de 2007). "La era de la microarquitectura NetBurst de Intel llega a su fin" . XbitLabs . Archivado del original el 17 de octubre de 2015. Recuperado el 29 de noviembre de 2015 .
Enlaces externos
- La microarquitectura del procesador Pentium 4
- Microprocesadores Intel x86
- microarquitecturas de Intel
- microarquitecturas X86
- Introducciones relacionadas con la informática en el año 2000
