پیش‌نویس:NetBurst

"این مقاله در حال ترجمه از ویکی انگلیسی است

لطفا حذف نشود."

ریزمعماری NetBurst ، که در اینتل P68 نامیده می‌شود، جانشین ریزمعماری P6 در خانواده x86 واحدهای پردازش مرکزی (CPU) ساخته شده توسط اینتل بود. اولین CPU که از این معماری استفاده کرد، Pentium 4 با هسته Willamette بود که در 20 نوامبر 2000 منتشر شد و اولین CPU از Pentium 4 بود. تمام انواع بعدی Pentium 4 و Pentium D نیز بر اساس NetBurst ساخته شده‌اند. در اواسط سال 2001، اینتل هسته Foster را منتشر کرد که آن هم بر اساس NetBurst بود و بدین ترتیب CPUهای Xeon نیز به معماری جدید تغییر یافتند. CPUهای Celeron مبتنی بر Pentium 4 نیز از معماری NetBurst استفاده می‌کنند. این معماری در سال 2010 متوقف شد و با ریزمعماری Core مبتنی بر P6 که در ژوئیه 2006 منتشر شد، جایگزین شد.

فناوری

ریزمعماری NetBurst شامل ویژگی‌هایی مانند Hyper-threading ، Hyper Pipelined Technology ، Rapid Execution Engine ، Execution Trace Cache و سیستم بازپخش است که همگی برای اولین بار در این ریزمعماری خاص معرفی شدند و برخی از آنها پس از آن هرگز دوباره ظاهر نشدند.

هایپر-تردینگ

هایپر-تردینگ، پیاده‌سازی اختصاصی چندرشته‌ای همزمان (SMT) اینتل است که برای بهبود موازی‌سازی محاسبات (انجام چندین کار به طور همزمان) انجام شده بر روی پردازنده‌های x86 استفاده می‌شود. اینتل آن را در سال ۲۰۰۲ با پردازنده‌های NetBurst معرفی کرد. بعدها اینتل پس از غیبت آن در Core 2، آن را در ریزمعماری Nehalem دوباره معرفی کرد.

اتوبوس جلویی چهار پمپه

هسته‌های Northwood و Willamette دارای یک گذرگاه جانبی جلویی (FSB) خارجی هستند که با سرعت ۱۰۰ مگاهرتز کار می‌کند. مگاهرتز که در هر سیکل ساعت چهار بیت را منتقل می‌کند، بنابراین سرعت مؤثر ۴۰۰ دارد. مگاهرتز. نسخه‌های بعدی هسته نورث‌وود، به همراه هسته پرسکات ( و مشتقات آن ) فرکانس مؤثر ۸۰۰ مگاهرتز دارند. باس جلویی مگاهرتز (200 چهار مگاهرتز پمپ شده). 

فناوری فراخطی

هسته‌های Willamette و Northwood دارای یک خط لوله دستورالعمل 20 مرحله‌ای هستند. این افزایش قابل توجهی در تعداد مراحل در مقایسه با Pentium III است که تنها 10 مرحله در خط لوله خود داشت. هسته Prescott طول خط لوله را به 31 مرحله افزایش داد. یکی از معایب خطوط لوله طولانی‌تر، افزایش تعداد مراحلی است که در صورت پیش‌بینی نادرست شاخه، باید به عقب ردیابی شوند و جریمه پیش‌بینی نادرست را افزایش می‌دهند. برای حل این مشکل، اینتل موتور اجرای سریع (Rapid Execution Engine) را ابداع کرد و سرمایه‌گذاری زیادی در فناوری پیش‌بینی شاخه خود انجام داده است که اینتل ادعا می‌کند پیش‌بینی‌های نادرست شاخه را نسبت به Pentium III تا 33 درصد کاهش می‌دهد. در واقعیت، خط لوله طولانی‌تر منجر به کاهش کارایی از طریق تعداد دستورالعمل‌های کمتر در هر ساعت (IPC) اجرا شده شد، زیرا سرعت‌های ساعت به اندازه کافی بالا برای جبران عملکرد از دست رفته به دلیل افزایش بیشتر از حد انتظار مصرف برق و گرما قابل دستیابی نبودند.

موتور اجرای سریع

با این فناوری، دو واحد محاسبه و منطق (ALU) در هسته CPU دو بار پمپاژ می‌شوند، به این معنی که آنها در واقع با دو برابر فرکانس کلاک هسته کار می‌کنند. به عنوان مثال، در یک پردازنده ۳.۸ پردازنده گیگاهرتزی، واحدهای محاسبه و منطق (ALU) عملاً با سرعت ۷.۶ گیگاهرتز کار خواهند کرد. گیگاهرتز. دلیل این امر عموماً جبران تعداد کم IPC است؛ علاوه بر این، این امر عملکرد صحیح CPU را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. اینتل همچنین واحد اجرای shift/rotate با سرعت بالا را با یک واحد اجرای shift/rotate جایگزین کرد که با همان فرکانس هسته CPU کار می‌کند. نکته منفی این است که دستورالعمل‌های خاص اکنون بسیار کندتر (نسبتاً و مطلقاً) "Relatively" as the number of cycles needed for the instruction to complete, where "absolute" stands for time it takes for the instruction to complete, after taking account of the clock speed. For example, an instruction taking 10 cycles on a 1 GHz processor takes 10 nanoseconds; it is therefore relatively slower and absolutely faster than an instruction taking 1 cycle on a 0.01 GHz (100 nanoseconds) processor. نسبت به قبل هستند و بهینه‌سازی را برای CPUهای چند منظوره دشوار می‌کنند. به عنوان مثال، عملیات shift و rotate وجود دارند که از فقدان واحد تغییر بشکه رنج می‌برند، که در هر CPU x86 از i386، از جمله پردازنده رقیب اصلی، Athlon ، وجود داشت.

حافظه نهان ردیابی اجرا

اینتل، حافظه نهان ردیابی اجرا (Execution Trace Cache) خود را در حافظه نهان سطح ۱ (L1 Cpu) قرار داد. این حافظه، ریزعملیات رمزگشایی شده را ذخیره می‌کند، به طوری که هنگام اجرای یک دستورالعمل جدید، به جای واکشی و رمزگشایی مجدد دستورالعمل، CPU مستقیماً به ریزعملیات رمزگشایی شده از حافظه نهان ردیابی دسترسی پیدا می‌کند و در نتیجه در زمان صرفه‌جویی قابل توجهی می‌کند. علاوه بر این، ریزعملیات‌ها در مسیر پیش‌بینی شده اجرای خود ذخیره می‌شوند، به این معنی که وقتی دستورالعمل‌ها توسط CPU از حافظه نهان دریافت می‌شوند، از قبل به ترتیب صحیح اجرا وجود دارند. اینتل بعداً مفهومی مشابه اما ساده‌تر را با Sandy Bridge به نام حافظه نهان ریزعملیات (حافظه نهان UOP) معرفی کرد.

سیستم پخش مجدد

سیستم بازپخش یک زیرسیستم در پردازنده اینتل پنتیوم ۴ است که عملیات‌هایی را که به اشتباه توسط زمانبند پردازنده برای اجرا ارسال شده‌اند، شناسایی می‌کند. عملیات شناسایی شده توسط سیستم بازپخش، سپس در یک حلقه دوباره اجرا می‌شوند تا زمانی که شرایط لازم برای اجرای صحیح آنها فراهم شود.

نکات پیش‌بینی شاخه

معماری Intel NetBurst اجازه می‌دهد تا نکات پیش‌بینی شاخه در کد وارد شوند تا مشخص شود که آیا پیش‌بینی استاتیک باید گرفته شود یا خیر، در حالی که این ویژگی در پردازنده‌های بعدی اینتل کنار گذاشته شد. طبق گفته اینتل، الگوریتم پیش‌بینی شاخه NetBurst 33٪ بهتر از الگوریتم موجود در P6 است. 

مسائل مربوط به توسعه و مقیاس‌پذیری

با وجود این پیشرفت‌ها، معماری NetBurst موانعی را برای مهندسانی که سعی در افزایش عملکرد آن داشتند، ایجاد کرد. با این ریزمعماری، اینتل قصد داشت به سرعت کلاک 10 گیگاهرتز دست یابد. گیگاهرتز، اما به دلیل افزایش سرعت کلاک، اینتل با مشکلات فزاینده‌ای در حفظ اتلاف توان/گرما در عملکرد عادی و قابل استفاده مواجه شد. اینتل به مرز سرعت ۳.۸ رسید. گیگاهرتز در نوامبر ۲۰۰۴ اما در این فرآیند با مشکلاتی مواجه شد. پس از این مشکلات، اینتل در سال ۲۰۰۶ و پس از آنکه گرما و سایر مشکلات مرتبط با آن، سدی شکست‌ناپذیر ایجاد کردند، به سمت توسعه‌ی جانشین NetBurst، ریزمعماری Intel Core ، حرکت کرد (با الهام از P6 Core پنتیوم پرو برای Tualatin Pentium III -S و به طور مستقیم برای Pentium M ).

اصلاحات
بازنگریبرند(های) پردازندهمراحل خط لولهویلامت (180) نانومتر)سلرون، پنتیوم ۴، زئون۲۰نورث‌وود (۱۳۰ نانومتر)سلرون، پنتیوم ۴، پنتیوم ۴ اچ‌تی، پنتیوم ۴ اچ‌تی اکستریم ادیشن، زئون۲۰پرسکات (۹۰) نانومتر)Celeron D، Pentium 4، Pentium 4 HT،
پنتیوم ۴ اچ‌تی اکستریم ادیشن، زئون۳۱آسیاب سدر (65) نانومتر)سلرون D، پنتیوم ۴ اچ‌تی۳۱اسمیتفیلد (۹۰) نانومتر)پنتیوم دی، زئون۳۱پرزلر (۶۵) نانومتر)پنتیوم دی، زئون۳۱

اینتل در ژانویه ۲۰۰۲ هسته اصلی Willamette را با نسخه‌ای بازطراحی‌شده از ریزمعماری NetBurst به نام Northwood جایگزین کرد. طراحی Northwood ترکیبی از افزایش اندازه حافظه پنهان و کاهش اندازه ۱۳۰ فرآیند ساخت نانومتر و Hyper-threading (اگرچه در ابتدا همه مدل‌ها به جز مدل ۳.۰۶ مدل GHz این ویژگی را غیرفعال کرده بود) تا نسخه‌ای مدرن‌تر و با عملکرد بالاتر از ریزمعماری NetBurst تولید کند.

در فوریه ۲۰۰۴، اینتل Prescott را معرفی کرد، که یک بازنگری رادیکال‌تر از ریزمعماری بود. هسته Prescott روی یک تراشه ۹۰ نانومتری تولید شد. فرآیند nm، و شامل چندین تغییر عمده در طراحی، از جمله اضافه شدن یک حافظه پنهان حتی بزرگتر (از ۵۱۲ کیلوبایت در Northwood به ۱ مگابایت و ۲ مگابایت در Prescott 2M)، یک خط لوله دستورالعمل بسیار عمیق‌تر (۳۱ مرحله در مقایسه با ۲۰ مرحله در Northwood )، یک پیش‌بینی‌کننده شاخه به شدت بهبود یافته، معرفی دستورالعمل‌های SSE3 ، و بعداً، پیاده‌سازی فناوری حافظه توسعه‌یافته ۶۴ بیتی Intel (EM64T)، برند اینتل برای پیاده‌سازی سازگار نسخه ۶۴ بیتی x86-64 از ریزمعماری x86 (مانند hyper-threading، تمام تراشه‌های Prescott با نام تجاری Pentium 4 HT دارای سخت‌افزاری برای پشتیبانی از این ویژگی هستند، اما در ابتدا فقط در پردازنده‌های رده بالای Xeon فعال بود، قبل از اینکه رسماً در پردازنده‌هایی با علامت تجاری Pentium معرفی شود). مصرف برق و اتلاف گرما نیز به مشکلات اصلی Prescott تبدیل شد، که به سرعت به داغ‌ترین و پرمصرف‌ترین پردازنده‌های تک هسته‌ای x86 و x86-64 اینتل تبدیل شد. نگرانی‌های مربوط به برق و گرما مانع از انتشار Prescott با کلاک بالاتر از 3.8 شد. گیگاهرتز، به همراه نسخه موبایل هسته با کلاک بالاتر از ۳.۴۶ گیگاهرتز.

اینتل همچنین یک پردازنده دو هسته‌ای مبتنی بر ریزمعماری NetBurst با نام تجاری Pentium D منتشر کرد. اولین هسته Pentium D با نام رمز Smithfield شناخته می‌شد که در واقع دو هسته Prescott در یک قالب بود و بعداً Presler نام گرفت که شامل دو هسته Cedar Mill در دو قالب جداگانه است ( Cedar Mill همان 65 است). نانومتر (یا: کوچک شدن قالب پرسکات ).

جانشین

اینتل جانشین‌های مبتنی بر NetBurst به نام‌های Tejas و Jayhawk را با بین 40 تا 50 مرحله خط لوله در دست توسعه داشت، اما در نهایت تصمیم گرفت NetBurst را با ریزمعماری Core جایگزین کند، که در ژوئیه 2006 منتشر شد. این جانشین‌ها مستقیماً از Pentium Pro ( ریزمعماری P6 ) مشتق شده بودند. 8 آگوست 2008 پایان پردازنده‌های مبتنی بر Intel NetBurst بود. دلیل کنار گذاشتن NetBurst مشکلات شدید حرارتی ناشی از سرعت بالای کلاک بود. در حالی که برخی از پردازنده‌های مبتنی بر Core و Nehalem دارای TDP بالاتری هستند، اکثر پردازنده‌ها چند هسته‌ای هستند، بنابراین هر هسته کسری از حداکثر TDP را تولید می‌کند و پردازنده‌های تک هسته‌ای مبتنی بر Core با بالاترین کلاک، حداکثر 27 وات گرما تولید می‌کنند. سریع‌ترین پردازنده‌های دسکتاپ پنتیوم 4 (تک هسته‌ای) دارای TDP 115 وات بودند، در مقایسه با 88 وات برای سریع‌ترین نسخه‌های موبایل با کلاک. اگرچه، با معرفی پله‌های جدید، در نهایت توان حرارتی (TDP) برخی مدل‌ها کاهش یافت.

طبق نقشه راه اینتل که به سال ۲۰۰۰ برمی‌گردد، قرار بود ریزمعماری Nehalem، جانشین ریزمعماری Core، تکاملی از NetBurst باشد. [ نیازمند منبع ] Nehalem برخی از ویژگی‌های NetBurst، از جمله فناوری Hyper-Threading که برای اولین بار در نسخه ۳.۰۶ معرفی شد را دوباره پیاده‌سازی می‌کند. هسته Northwood با فرکانس GHz و حافظه نهان L3، برای اولین بار روی یک پردازنده مصرف‌کننده در هسته Gallatin که در Pentium 4 Extreme Edition استفاده می‌شد، پیاده‌سازی شد.

تراشه‌های مبتنی بر NetBurst
 Celeron (NetBurst)
 Celeron D
 Pentium 4
 Pentium 4 Extreme Edition
 Pentium D
 Pentium Extreme Edition
 Xeon, from 2001 through 2006
منابع

https://en.wikipedia.org/wiki/NetBurst