Μικροαρχιτεκτονική NetBurst

Τεχνολογία

Στην μικροαρχιτεκτονική NetBurst χρησιμοποιούνται για πρώτη φορά καινοτόμες μέθοδοι όπως οι Hyper Pipelined Technology ( υπέρ-Διοχέτευση) και Rapid Execution Engine (Μηχανή Ταχείας Εκτέλεσης).

Hyper Pipelined Technology ( υπέρ-Διοχέτευση)

Στον πυρήνα Willamete συναντάμε για πρώτη φορά διοχέτευση εντολών 20 σταδίων, αυτό που η Intel ονόμασε υπέρ-Διοχέτευση, μια σημαντική αύξηση, συγκρινόμενη με τα 10 στάδια των επεξεργαστών Pentium III. O πυρήνας Prescott έχει 31 στάδια. Η εμβάθυνση της διοχέτευσης μπορεί να έχει μειονεκτήματα, ωστόσο ο μεγάλος αριθμός σταδίων διοχέτευσης επιτρέπει στον επεξεργαστή να τρέχει σε πολύ μεγαλύτερες συχνότητες και έτσι να εξισορροπεί πιθανές απώλειες επιδόσεων. Έτσι, για κατασκευαστικούς λόγους, συμβιβάστηκαν με τους μικρότερους αριθμούς εκτέλεσης εντολών ανά κύκλο ρολογιού(για συντομία Ε.Α.Κ.) που προέκυψαν ως έμμεση συνέπεια της εμβάθυνσης της διοχέτευσης. Ένα άλλο μειονέκτημα των περισσότερων σταδίων διοχέτευσης είναι η συνακόλουθη αύξηση των σταδίων αναδρομής σε περίπτωση που γίνει κάποιο λάθος στη πρόβλεψη μιας διακλάδωσης. Αποτέλεσμα είναι να αυξάνεται και η ποινή για αυτή τη λανθασμένη πρόβλεψη. Για να εξισορροπηθεί αυτό το μειονέκτημα, η Intel επινόησε τη Μηχανή Ταχείας Εκτέλεσης (Rapid Execution Engine) επενδύοντας μεγάλα χρηματικά ποσά στην τεχνολογία πρόβλεψης διακλαδώσεων. Σύμφωνα με την Intel η τεχνολογία αυτή μείωσε τις λανθασμένες προβλέψεις κατά 33% σε σχέση με τους Pentium III.

Rapid Execution Engine (Μηχανή Ταχείας Εκτέλεσης)

Με αυτήν τη τεχνολογία, οι Αριθμητικές/Λογικές Μονάδες (A.Λ.Μ.) σε έναν επεξεργαστή, λειτουργούν 2 φορές όσο η συχνότητα του ρολογιού του πυρήνα. Για παράδειγμα, σε έναν επεξεργαστή με συχνότητα 3,8 GHz, οι ΑΛΜ θα λειτουργούν στα 7,6 GHz . Ο λόγος που γίνεται αυτό είναι για να αντισταθμιστεί η πτώση των Ε.Α.Κ., έτσι ενισχύεται η απόδοση του επεξεργαστή σε ακέραιους αριθμούς. Το μειονέκτημα που προκύπτει όμως είναι ότι ορισμένες εντολές είναι πιο αργές από πριν.

Execution Trace Cache

Εντός της κρυφής μνήμης πρώτου επιπέδου (L1 cache), Η Intel ενσωμάτωσε την τεχνολογία Execution Trace Cache. Σύμφωνα με αυτήν, οι αποκωδικοποιημένες μικροδιεργασίες αποθηκεύονται σε αυτή τη μνήμη. Έτσι με την εκτέλεση μιας νέας εντολής, αντί να προσκομίζει και να αποκωδικοποιεί εκ νέου την εντολή, ο επεξεργαστής έχει άμεση πρόσβαση στην ήδη αποκωδικοποιημένη μικροδιεργασία εξοικονομώντας σημαντικό χρόνο. Επιπλέον, οι μικρο-διεργασίες αποθηκεύονται (προσωρινά) στη κρυφή μνήμη με τη προβλεπόμενη πορεία εκτέλεσής τους. Αυτό σημαίνει ότι όταν οι οδηγίες προσκομίζονται από τη κρυφή μνήμη στον επεξεργαστή έχουν καταχωρηθεί με τη σωστή σειρά εκτέλεσης.
Παρά αυτές τις βελτιώσεις, η μικροαρχιτεκτονική NetBurst δημιούργησε εμπόδια στους μηχανικούς οι οποίοι προσπάθησαν να την εξελίξουν(ως προς τις επιδόσεις). Με αυτήν τη μικροαρχιτεκτονική, η Intel προσδοκούσε σε συχνότητες της τάξεως των 10 GHz. Όμως αυτή η αύξηση της συχνότητας είχε ως αποτέλεσμα και την κατακόρυφη αύξηση της κατανάλωσης την οποία έπρεπε να κρατήσουν σε αποδεκτά επίπεδα. Το Νοέμβριο του 2004, η Intel έφθασε στο φράγμα των 3,8 GHz αντιμετωπίζοντας πολλά προβλήματα στην προσπάθεια της. Τελικά η Intel εγκατέλειψε τη μικροαρχιτεκτονική NetBurst καθώς τα προβλήματα υπερθέρμανσης έφθαναν αναπόφευκτα σε απαγορευτικά επίπεδα. Την θέση της πήρε η μικροαρχιτεκτονική Core.

Εξέλιξη

Το 2006, H Intel αντικατέστησε τη NetBurst με την μικροαρχιτεκτονική Core, η οποία προήλθε περισσότερο ως παράγωγη της μικροαρχιτεκτονικής του επεξεργαστή Pentium Pro (του 1995) παρά της NetBurst. H 8η Αυγούστου 2008, σήμανε το οριστικό τέλος των επεξεργαστών βασισμένων στην NetBurst. Ο λόγος της εγκατάλειψης αυτής, ήταν τα τεράστια προβλήματα υπερθέρμανσης ως συνέπειας των μεγάλων συχνοτήτων λειτουργίας. Παρ' όλο που οι επεξεργαστές Core και Nehalem έχουν μεγαλύτερη θερμική συμπεριφορά, οι περισσότεροι είναι πολυπύρηνοι, και έτσι κάθε πυρήνας εκλύει ένα κλάσμα της μέγιστης θερμικής συμπεριφοράς. Με την έκδοση αναβαθμισμένων εκδόσεων, η κατανάλωση ορισμένων επεξεργαστών έπεσε εκ νέου.
Ο πυρήνας Presler, του επεξεργαστή Pentium D, που κυκλοφόρησε στις αρχές του 2006 είναι ευρέως αποδεχτό ότι αποτέλεσε τον τελευταίο της παραγωγής της μικροαρχιτεκτονικής NetBurst, παρόλο που ο τελευταίος επεξεργαστής που κατασκευάστηκε ήταν ο Celeron D 365 στα 3,6 GHz, και κυκλοφόρησε το 2007. Ο πυρήνας Conroe των επεξεργαστών με την επωνυμία Intel Core 2, βασισμένος στη μικροαρχιτεκτονική Core, αποτέλεσε τον διάδοχο του Presler.
Η μικροαρχιτεκτονική Nehalem, η διάδοχος της Core, αρχικά υποτίθεται ότι θα ήταν η εξέλιξη της NetBurst, σύμφωνα με το αρχικό χρονοδιάγραμμα της Intel. Όμως λόγω της πλήρους εγκατάλειψης της NetBurst, η Nehalem είναι πλέον ένα εντελώς καινούριο πρότζεκτ, έχοντας όμως κάποιες ομοιότητες με την NetBurst. Για παράδειγμα, στη μικροαρχιτεκτονική Nehalem επιστρέφει η τεχνολογία Hyper-Threading, που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στον πυρήνα Northwood, του χρονισμένου στα 3,06 GHz, Pentium 4. Στην Nehalem συναντάμε επίσης εκ νέου κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου (L3 cache), που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στον πυρήνα Gallatin του επεξεργαστή Pentium 4 Extreme Edition.