Кіріспе
Intel процессор микроархитектурасы
NetBurst микроархитектурасы, Intel ішінде P68 деп аталды, Intel компаниясы жасаған x86 орталық процессорларының (CPU) P6 микроархитектурасының ізбасары болды. Бұл архитектураны қолданған алғашқы процессор 2000 жылдың 20 қарашасында шыққан Willamette ядролы Pentium 4 болды және ол Pentium 4 процессорларының біріншісі еді; барлық келесі Pentium 4 және Pentium D түрлері де NetBurst негізінде жасалған. 2001 жылдың ортасында Intel Foster ядросын шығарды, ол да NetBurst негізінде болды, осылайша Xeon процессорларын да жаңа архитектураға көшірді. Pentium 4 негізіндегі Celeron процессорлары да NetBurst архитектурасын пайдаланады. NetBurst 2006 жылдың шілдесінде P6 негізіндегі Core микроархитектурасымен алмастырылды.
Технология
NetBurst микроархитектурасы Hyper threading, Hyper Pipelined Technology, Rapid Execution Engine, Execution Trace Cache және қайта ойнату жүйесі сияқты мүмкіндіктерді қамтиды. Бұл мүмкіндіктердің барлығы осы микроархитектурада алғаш рет пайда болды, ал кейбіреулері кейіннен ешқашан қолданылмады.
Гипертізімдеу
Гипертілемдеу — Intel компаниясының x86 процессорларында есептеулерді параллельдеуді (бір уақытта бірнеше тапсырманы орындауды) жақсартуға арналған, эксклюзивті бір мезгілдегі көптілемдеу (SMT) технологиясы. Intel оны 2002 жылы NetBurst процессорларымен бірге ұсынды. Кейіннен Intel оны Core 2 процессорларында болмағаннан кейін Nehalem микроархитектурасында қайта қолданды.
Төрт-қосалқы алдыңғы-жақтау автобусы
Нортвуд және Уилламет ядролары 100 МГц жиілікпен жұмыс істейтін сыртқы Front Side Bus (FSB) құрылымымен жабдықталған, ол әр сағат циклында төрт бит дерек жібереді, соның нәтижесінде тиімді жылдамдығы 400 МГц құрайды. Нортвуд ядросының кейінгі жаңартылған нұсқалары, сондай-ақ Прескотт ядросы (және оның туындылары) 800 МГц тиімді алдыңғы жақтағы шинаға (200 МГц төрт есе жылдамдытылған) ие.
Гипер құбырлы технология
Wilamette және Northwood ядролары 20 сатылы нұсқаулар конвейерін қамтиды. Бұл Pentium III-ке қарағанда сатылар санының айтарлықтай артуы, оның конвейерінде бар болғаны 10 сатыс болған. Prescott ядросы конвейердің ұзындығын 31 сатысқа дейін ұлғайтты. Ұзын конвейерлердің бір кемшілігі – егер тармақ болжамы дұрыс болмаса, қайта іздеуді қажет ететін сатылардың санының артуы, бұл болжам қателігіне салдардың күшеюіне әкеледі. Бұл мәселені шешу үшін Intel Rapid Execution Engine-ді жасады және тармақ болжау технологиясына көп инвестиция жасады, Intel Pentium III-ке қарағанда тармақ болжау қателігін 33%-ға төмендетуге қол жеткізді деп мәлімдейді. Бірақ шындығында, ұзын конвейер сағатқа орындалатын нұсқаулардың азаюы арқылы тиімділіктің төмендеуіне себеп болды, себебі күтілгеннен де жоғары қуат тұтыну мен жылу бөлінуге байланысты жоғалған өнімділікті өтеу үшін жеткілікті жылдамдыққа қол жеткізілмеді.
Жедел орындау тетігі
Бұл технология арқылы CPU-ның өзегіндегі екі арифметикалық логикалық құрылғы (ALU) екі есеге дейін жылдамдатылады, яғни олар негізгі сағат жиілігінен екі есе жоғары жиілікте жұмыс істейді. Мысалы, 3.8 ГГц процессорда ALU-лар 7.6 ГГц жиілікте жұмыс істейді. Бұл әдетте төмен IPC көрсеткішін толықтыру үшін жасалады; сонымен қатар, бұл CPU-ның бүтін сандық өнімділігін едәуір арттырады. Intel жоғары жылдамдықты цилиндрлік ауыстырғышты CPU өзегімен бірдей жиілікте жұмыс істейтін ауыстыру/бұру орындау блогымен алмастырды. Бұл әрекеттің кемшілігі – кейбір командалар бұрынғыдан әлдеқайда баяу (салыстырмалы және абсолютті түрде) болуы, бұл бірнеше мақсатты CPU үшін оңтайландыруды қиындатады. Мысалы, ауыстыру және бұру операциялары, i386 процессорларынан бастап барлық x86 процессорларында, соның ішінде басты бәсекелес Athlon процессорында болған цилиндрлік ауыстырғыш болмағандықтан қиындыққа тап болады.
Орындаудың кэшін сақтау
CPU-ның L1 кэшінде Intel өзінің Execution Trace кэшін қолданды. Ол декодталған микрооперацияларды сақтайды, сондықтан жаңа нұсқауды орындау кезінде нұсқауды қайтадан алу және декодтаудың орнына, CPU тікелей трассалық кэштен декодталған микрооперацияларды пайдаланады, осылайша көп уақытты үнемдейді. Бұдан әрі, микрооперациялар орындалудың болжанған бағыты бойынша кэшке сақталады, яғни CPU кэштен нұсқауларды алғанда, олар орындалудың дұрыс ретімен болады. Кейін Intel Sandy Bridge арқылы ұқсас, бірақ жеңілдетілген микрооперациялық кэш (UOP кэш) тұжырымдамасын енгізді.
Қайталау жүйесі
Қайталау жүйесі – Intel Pentium 4 процессорының ішіндегі, процессордың жоспарлаушысы қателікпен орындауға жіберген операцияларды анықтап алуға арналған кіші жүйе. Қайталау жүйесімен анықталған операциялар, олардың дұрыс орындалуы үшін қажетті жағдайлар орындалғанша циклмен қайта орындалады.
Филиал болжамы туралы кеңестер
Intel NetBurst архитектурасы кодқа статикалық болжау қабылдануы керек пе, қабылдануы керек емес пе деген ақпаратты қосуға мүмкіндік береді, бірақ бұл мүмкіндік кейінгі Intel процессорларында қолданыстан шығарылды. Intel мәліметінше, NetBurst-тің тармақтарды болжау алгоритмі P6-дан 33%-ға жақсы.
Үлкендеу мәселелері
Осы жақсартуларға қарамастан, NetBurst архитектурасы оның өнімділігін арттыруға тырысатын инженерлерге кедергілер келтірді. Бұл микроархитектура арқылы Intel 10 ГГц сағаттық жиілікке жетуді жоспарлаған, бірақ сағаттық жиілік артуына байланысты, қуатты таратуды қалыпты шекте ұстау мәселелері күшейді. Intel 2004 жылдың қарашасында 3,8 ГГц жиілікке жетті, бірақ тіпті оған қол жеткізуге де қиындықтар туды. Intel 2006 жылы жылу мәселелері шешілмейтін болған соң NetBurst архитектурасынан бас тартты, және Pentium Pro процессорларының P6 ядросынан, Tualatin Pentium III S-ке және ең тікелей Pentium M процессорларынан шабыттанған Core микроархитектурасын әзірледі.
Орынбасары
Intel компаниясы Netburst негізінде дамытылған, 40-тан 50-ге дейін құбыржол сатылары бар Tejas және Jayhawk деп аталатын процессорлардың жаңа нұсқаларын жасады, бірақ ақырында NetBurst-ты 2006 жылдың шілдесінде жарық көрген Core микроархитектурасымен алмастыруға шешім қабылдады; бұл жаңа нұсқалар Pentium Pro (P6 микроархитектурасы) негізінде тікелей жасалған. 2008 жылдың 8 тамызы Intel NetBurst негізіндегі процессорлардың өндірісін тоқтатуды белгіледі. NetBurst-тан бас тартудың себебі – жоғары тактолық жиіліктерден туындаған ауыр жылу мәселелері болды. Кейбір Core және Nehalem негізіндегі процессорлардың TDP көрсеткіші жоғары болғанымен, көпшілігі көп ядролы, сондықтан әр ядро максималды TDP-нің бір бөлігін бөліп шығарады, ал ең жоғары жиілікте жұмыс істейтін Core негізіндегі бір ядролы процессорлар ең көп дегенде 27 Вт жылу шығарады. Ең жылдам тактолық жиілікте жұмыс істейтін Pentium 4 (бір ядролы) үстел процессорларының TDP 115 Вт құрады, ал мобильді нұсқалары үшін – 88 Вт. Дегенмен, жаңа редакциялар енгізілгеннен кейін кейбір модельдердің TDP көрсеткіштері төмендетілді. Nehalem микроархитектурасы, Core микроархитектурасының ізбасары, Intel-дің 2000 жылға дейінгі жол карталарына сәйкес, NetBurst-тың дамуы болуға тиіс еді. Nehalem NetBurst-тың белгілі бір мүмкіндіктерін қайта іске қосады, соның ішінде 3.06 ГГц Northwood ядросында алғаш рет пайда болған Hyper Threading технологиясы және Pentium 4 Extreme Edition-да қолданылған Gallatin ядросындағы тұтынушы процессорларында алғаш рет пайда болған L3 кэш жады.