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IDF总结篇:新工艺 新技术 新概念

  【编者按】2009年秋季英特尔信息技术峰会(IDF)于9月22-24日在美国旧金山的马士孔尼会展中心(Moscone Center West)举行。为期3天的2009秋季IDF将展出英特尔及其众多合作伙伴在移动互联网、笔记本电脑、桌面平台、消费电子、嵌入式、视觉计算、云计算、数据中心等多个领域的最新科技。IT168 2009年秋季IDF报道团队将带您一起直击现场。


IT168专题报道,敬请关注

  【2009秋季IDF报道】IDF这种专属于某一领军厂商的会议,能够准确精准地给业界伙伴、用户勾画出未来1年内的远景,更便于下游厂商准确跟进Intel的步伐,而且有大量媒体的参与报道,这些方向性观点会也都能被宣传放大;另外对与会者,不管是媒体还是相关下游厂商,不免也油然而生一种赞叹敬服的感觉,进一步巩固厂商领军者的形象。


顶尖的工艺:追赶摩尔定律

  商业市场上以成败论英雄,Intel凭着持之以恒的维持着世界顶尖的工艺制程和产能,并在技术发展上采用了非常独特的线路,才达到了今天的成就。目前,根据Intel执行的Tick-Tock战略,Intel的工艺制程将会在每两年更新一代,而其处理器架构亦然。采用45nm工艺制程的Penryn在2007年发布,而其工艺不变架构更新的45nm Nehalem则于2008年出现,现在,到了2009年,Intel给我们带来了采用32nm工艺的处理器,代号为Westmere。


32nm Nehalem架构:Westmere,2009年
32nm Sandy Bridge架构:Sandy Bridge,2010年
22nm Sandy Bridge架构:Ivy Bridge,2011年
22nm Haswell架构:Haswell,2012年
  实际上,在2009秋季IDF之前,32nm的处理器的工程样品就已经送到各大媒体手上了,就是下面这个六核心的桌面处理器:


32nm Westmere:桌面版本Gulftown,六核心Core i7(或会叫做i9)

  由于Nehalem和Penryn相比,在架构和微架构上进行了大改进,因此根据Tick-Tock战略,Nehalem的下一代Westere就基本上是制程的进步——从45nm改进到32nm,微架构方面不会有大的变化,只是进行小规模的优化。


Intel High-k Metal Gate晶体管,45nm采用的称为第一代,32nm将会是第二代


32nm处理器:Westmere
 

然后介绍了下一代服务器处理器平台:Westmere-EP,这个新的平台采用了32nm制程,也就是第二代High-K 金属栅极晶体管技术,45nm属于第一代,未来的22nm将属于第三代
 
  可以看出,面向服务器市场的Westmere将会有三个系列:单路、双路和多路,我们已经知道双路Westmere叫做Westmere-EP,单路则是Clarkdale,多路系列或许会继续叫做Westmere-EX?Westmere-EP将会是Xeon 5800系列。
 

Westmere:新增AES指令集

  除了工艺进步、核心增加之外,Westmere比较重要的一点是增加了一个专为AES设计的指令集,AES:Advanced Encryption Standard,高级加密标准,常用的加密算法之一。AES指令集仅仅增加了7条指令集,而在加密性能上得到了很明显的提升(见后)。

AES加密和加密处理
  AES加密处理对输入的128位明文,使用加密的密钥通过有限次的迭代运算(每一次称为一轮:round)最终得到128位的加密块。解密遵循相反的过程,迭代次数一样,但是需要“解密密钥”而不是加密的“密钥”。在每一轮加密解密中都使用不同的阶段密钥,由原始密钥通过密钥序列算法生成。AES的标准密钥分为128,192和256位,各自对应的迭代次数为10、12和14轮。

  Intel的AES增强指令集包括了下面7条指令,分成两部分:

Carry-less Multiplication Instruction(无进位乘法指令):
  一条单独的无进位乘法指令(Carry-less Multiplication):PCLMULQDQ,一次可以处理两个64位宽度的数据。不进位乘法是实现GCM(Galois Counter Mode)的重要部分。GCM 是对称加密算法分组密码的一种工作模式。分组密码工作模式可以分为加密模式、认证模式和认证加密模式等。GCM模式为认证模式的一种,提供认证和加密两种功能。GCM在IEEE 802.1ae标准、IPsec(RFC 4106)、P1619存储标准和SPoFC(Security Protocols over Fiber Channel,ISO-T11的一个标准)中都有应用。
AES Extension Instructions(AES扩展指令):
  两条AES加密迭代加速:AESENC和AESENCLAST
  两条AES解密迭代加速:AESDEC和AESDECLAST
  两条密钥序列生成:AESIMC和AESKEYGENASSIST


Westmere-EP的RSA加密性能具有41%的提高,而AES加密性能则具有12倍的提升,未来的计算机会变得更加安全

新工艺 新技术 新概念:22nm工艺制程

  当下大部分人仍在使用的处理器产品基于45nm工艺制程,而32nm则是下一个阶段主推的工艺制程。32nm处理器尚未大规模进入消费者手中,22nm就来了:在第一天的展会上,Intel通过多场会议展示了其最新的22nm工艺制程。

英特尔首席执行官欧德宁先生展示22nm晶圆
 

会上展示的是22nm的SRAM(静态RAM),并包括了22nm的IO电路、寄存器文件和混合信号电路,这些工艺会应用到处理器上

在这个22nm工艺制造的SRAM芯片中,包含了364Mbit的容量,也就是45.5MB大小(目前的Itanium 3将内建30MB L3缓存,45.5MB如此之大的容量肯定要再过几年才会达到),整个芯片集成了29亿个以上的晶体管

因为Intel现在使用的低功耗8T SRAM,将传统SRAM每一个位需要使用6个晶体管组成双稳态触发电路改为了8个晶体管电路,因此364Mbit SRAM全部采用8T晶体管线路的话就需要30亿(3053453312)个晶体管,可见这个22nm SRAM中8T线路和传统的6T线路各占了一部分。
 
22nm硅晶圆
 
 
8-T SRAM VS 6-T SRAM,8T可以工作在更低的电压,功耗也更低
 
  实际上,在这个SRAM中,有单位面积为0.108平方微米和0.092平方微米的SRAM单元在工作。0.108平方微米的单元为低电压操作而优化(8T线路);而0.092平方微米的单元为高密度而优化(6T线路)。22nm SRAM是迄今所知电路中可工作的最小的SRAM单元,它使用的曝光工具波长为193nm,再一次证明了英特尔顶尖的工艺技术。

  Intel简单地提到,22nm技术上将会应用到第三代的HK MG(高k金属栅极)晶体管技术,具有更低的漏电流和更低的功耗。

新工艺 新技术 新概念:CE4100嵌入式多媒体处理器

  按照Tick-Tock战略,如32nm工艺和22nm工艺何时出现都已经写在了日程表上,在IDF上出现令人毫不感到惊奇。然而有些东西却是意料之外的,在秋季IDF2009上,Intel宣布了一个新的嵌入式多媒体处理器CE4100。它将会广泛应用到电视、机顶盒、游戏等相关设备上。


全新的基于Atom架构的CE4100处理器

  对于嵌入式处理器来说,面向的应用是非常重要的,根据应用定制优化的处理器才能取得良好的性能,同时具有良好的成本:通用处理器无法获得良好的性价比。当然一个通用处理器核心是必不可少的:

  CEx100系列一直是嵌入式多媒体处理器的代号,Intel早先就有过CE3100处理器产品,这个系列的产品主要针对于电视机顶盒等多媒体应用:


首先介绍了各种各样的多媒体应用——主要是视频应用
老的CE3100媒体处理器,2008年第三季度
主要加速音视频解码
CE3100集成了图形处理器
嵌入式多媒体处理器中,音视频解码是重要的一环,CE3100基于800MHz+的Pentium M内核,提供了对MPEG2 VC1/H.264的硬件解码

CE4100的多方面改进
CE4100基于45nm的Atom架构,提供了更低的功耗,集成了NAND控制器,支持DDR2/DDR3内存,继承1080p的音视频捕捉和解码
向后兼容CE3100;和CE3100相比,Atom架构可以提供多核心、超线程技术,因此性能很强大,虽然其In-Order架构性能不如CE3100的Out-of-Order架构

CE4100处理器实物


电视、游戏、MID、手持设备都会得到更好的体验

新工艺 新技术 新概念:Light Peak高速光纤总线

  如果说处理器算是Intel的老本行,出现CE4100这样的东西算是意料之外但亦是情理之中的话,那么下面这个东西的出现就是完全令人感到大吃一惊了:


Light Peak高速光纤总线

  每次IDF上都可以看见很多新奇而实用的技术——至少看起来这样,IDF2009也没有让笔者失望,Light Peak高速光纤技术确确实实是个很有用的东西。

  Light Peak高速光纤技术是一个新颖的总线连接技术,它目前可以提供10Gbps的传输速率(最高可达100Gbps)和长达100米的传输距离,而这仅仅需要一根非常细小的光纤线缆,非常适合连接外部设备或者内部存储设备,例如,连接显示器就可以使用Light Peak。连接外部存储也可以使用,10Gbps也就是1.25GB/s,连接300MB/s的SATA/SAS设备绰绰有余,600MB/s的最新版本也没有问题,实际上,Light Peak非常适合用来连接外部存储阵列(如SAN)。Light Peak拥有非常先进的特性,它支持多种协议,支持全双工传输,支持QoS传输质量控制技术,还能支持热插拔!

  虽然没有提及,但是Light Peak提高带宽也是非常容易的,可以通过像SAS那样提供多个口的宽连接来达到20Gbps、40Gbps的速率。

作为一种主要的外部连接技术,接头是非常重要的。如图所示,Light Peak线缆内部具有4条光纤,用来实现复杂的特性和极高的带宽

两台Light Peak高速光纤技术演示设备,高耸的Ligh Peak总线卡
可以看到左边的机器前方使用了Light Peak连接了两个Intel 50nm X25-M SSD硬盘(也有可能是X25-E?);仔细一看,还是老的第一代的产品,基于50nm制程。显然,Light Peak需要通过一个SAS-Light Peak转接界面,就是外面套的一个巨大的盒子
巨大进步 Intel第二代34nm SSD权威评测

纤细的Light Peak光纤线

这个Light Peak卡侧面提供了4个接口
使用light Peak,繁琐复杂的外部线缆将会变得非常简单方便

 

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