Đúng như lộ trình, Intel sẽ phát hành sản phẩm vi xử lý Core i7-980X Xtreme Edition vào ngày 14/3 tới. Đây là bộ vi xử lý đánh dấu sự ra mắt của dòng vi xử lý để bàn Gulftown - thế hệ thứ 2 của kiến trúc Westmere, dựa trên quy trình sản xuất 32nm.

The tick-tock never stops

Mỗi lần tiếng tick-tock (*) của Intel vang lên là mỗi lần mang lại cho giới đam mê phần cứng  sự hào hứng kỳ lạ! Chúng ta – những người mua hàng không chỉ được chứng kiến sự phát triển về mặt công nghệ, mà còn được hưởng lợi rất nhiều dưới góc độ tiêu dùng. Mỗi cú tick hay tock cũng đều là một cuộc cách mạng về sản phẩm với những đổi thay tươi mới hơn, cụ thể là bất kỳ người dùng nào cũng sẽ mua được một bộ vi xử lý mới hơn, tốt hơn với giá thành cạnh tranh hơn. Đó là lý do khiến người ta mong chờ!

Đứng dưới góc độ marketing, Intel đã hoàn toàn thành công khi buộc tất cả mọi con mắt đổ dồn vào dòng vi xử lý sử dụng kiến trúc mới của mình. Nhưng tất cả không chỉ là các chiêu bài của quảng bá! Hãng chip hàng đầu này luôn có lý lẽ để khiến mọi người tin mình vì họ chính là kẻ dẫn đầu về công nghệ. Và những gì họ liệt kê ra để đánh động người dùng hoàn toàn có lý. Từ thành công vang dội của bộ vi xử lý Core 2, đến cải tiến qua dòng CPU Penryn 45nm, rồi vi kiến trúc Nehalem ra đời.

Cú tock tiếp theo từ Nehalem trên tiến trình 32nm và cũng là dòng vi xử lý đầu tiên có 6 nhân là kiến trúc mang tên gọi Gulftown với đại diện là  Core i7-980X Extreme Edition.

(*) Theo ý tưởng của Intel, tock là quá trình Intel công bố kiến trúc mới, và tick là khi thu nhỏ tiến trình của kiến trúc đó.

Nehalem Bloomfield – Đột phá về mặt kiến trúc

Chú ý: Trang này dành cho các độc giả chưa biết về Nehalem để làm nền tảng các nội dung sau. Ngược lại, bạn có thể xem thẳng qua trang sau.

Intel có bộ phận R&D khổng lồ với số lượng nhân sự và nguồn vốn đầu tư nhiều nhất trong giới công nghệ. Hiển nhiên, công ty này sẽ phải suy nghĩ rất nhiều cho bước nhảy tiếp theo sau kiến trúc Core 2 vốn đã vô cùng tối ưu. Có sự khởi đầu trơn tru với 45nm qua Penryn, liệu Intel sẽ làm gì để thế hệ CPU tiếp theo vượt qua cái bóng của Core 2? Với dòng xử lý đầu tiên của kiến trúc Nehalem mang tên Bloomfield, đội ngũ kỹ sư của Intel đã làm được nhiều điều.

Intergrated Memory Controller (IMC) – Chuyển ngõ về gần nhà

Tốc độ băng thông giữa bộ CPU và bộ nhớ ảnh hưởng cực kỳ lớn tới khả năng xử lý của CPU. Có nhận dữ liệu nhanh thì CPU mới có thể sớm xử lý! Ở các kiến trúc cũ như Penryn, dữ liệu muốn đi từ CPU đến bộ nhớ phải đi khá vòng vèo khi qua một bộ phận trung gian gọi là Memory Controller Hub (MCH-thiết bị điều khiển bộ nhớ) nằm ở rất xa phía Chip cầu bắc (North Bridge-NB) rồi cũng quay trở lại theo con đường vô cùng vòng vo này. Cách truyền tải này khá gian nan, nhất là khi thời gian chờ (timing) của bộ nhớ DDR3 vốn đã rất cao sẽ khiến việc truyền dữ liệu càng trở nên ì ạch.

Vấn đề đã được giải quyết bằng cách nào? Intel thiết kế một phần gọi là Intergrated Memory Controller (IMC- điều khiển bộ nhớ tích hợp) nằm ngay trên CPU. Dữ liệu bây giờ chỉ việc truyền thẳng từ CPU đến bộ nhớ một cách trơn tru và nhanh chóng. Băng thông bộ nhớ thực tế cao đến gấp đôi so với kiến trúc cũ cùng độ trễ, thấp đến mức khó tin của Bloomfield đã minh chứng hoàn hảo điều đó.

Quick Path Interconnect – Rộng đường kết nối giữa chipset và nhân

Intel chưa chắc là một thợ giỏi nhưng lại là một học trò cực kỳ thông minh. Gã khổng lồ này đã áp dụng các ý tưởng kỹ thuật của AMD tốt hơn và thuần thục hơn. Một minh chứng khác bên cạnh IMC, đó là QPI (Quick Path Interconnect). Đây là tên gọi của thiết kế liên kết nội bộ điểm-nối-điểm, gồm 2 hướng cho và nhận truyền dữ liệu giữa chipset và nhân xử lý hoặc giữa các nhân xử lý với nhau. Có lẽ không cần phải nói nhiều, khi QPI ban đầu chạy với tốc độ 3.2Ghz đã cho băng thông mỗi hướng đến 12.6GB/giây, dư dả và rộng đường đến nỗi còn lâu kết nối giữa chipset và nhân xử lý mới dùng hết băng thông này.

HyperThreading – 1 tay 2 việc với siêu phân luồng

HyperThreading là một tính năng có rất lâu từ thời Netburst, tưởng chừng đã bị tuyệt chủng nay đã quay lại cùng Nehalem. Nói nôm na, đây chính là thứ buộc 1 nhân xử lý của bạn phải làm 2 việc một lúc thông qua việc đánh lừa phần mềm rằng có thêm một nhân (thực chất đây là nhân ảo liên kết tới phần xử lý trên nhân thật).

Tính năng này đôi lúc phát huy hiệu quả, có lúc không và lắm khi lại làm hệ thống giảm hiệu năng so với khi chưa bật. Tuy nhiên, Intel hoàn toàn có lý khi đưa nó vào Bloomfield: Việc bật HT luôn khiến hiệu năng tăng lên ở đa số ứng dụng. Có thể nói đây là một trong những quyết định sáng suốt của của Intel đưa một công nghệ quá quen thuộc trở lại đúng lúc.

Bộ nhớ đệm L3 – Sân chung rộng rãi

Bộ nhớ đệm cũng là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sức mạnh CPU. Nó đóng vai trò lưu tạm dữ liệu trước khi đưa vào cho các nhân để xử lý. Trước đây, các bộ vi xử lý đa nhân đều có bộ nhớ đệm L2 dùng chung cho tất cả các nhân, kể cả “sản phẩm keo dán” 4 nhân thuộc họ Penryn. Cách làm này nói chung tạm ổn, nhưng với số nhân nhiều sẽ xảy ra tranh chấp. Với 2 nhân, vấn đề tranh chấp còn chưa rõ ràng. Nhưng với 4 nhân chẳng hạn, chúng sẽ cùng đồng loạt lấy dữ liệu từ bộ nhớ đệm chung, dẫn đến tình trạng quá tải bus nội bộ, và chúng sẽ phải xếp hàng chờ đợi để đến lượt.

Giải pháp của Intel cho Bloomfield là chia cho mỗi nhân dùng riêng một bộ đệm L2 với dung lượng rất nhỏ là 256KB, có độ trễ thấp hơn 50% so với ở Core 2 nhưng lại dùng chung bộ nhớ đệm L3 dung lượng 8MB. Và bộ đệm L2 làm nhiệm vụ là nơi sao chép dữ liệu từ L3 để các nhân xử lý tính toán. Như vậy, mỗi nhân sẽ có một khu vực riêng biệt để chứa dữ liệu tạm mà không cần phải sử dụng bus nội bộ quá nhiều. Việc ứng dụng L3 đã hoàn thành bức tranh toàn cảnh về những vũ khí tạo nên sức mạnh của Nehalem.

Thiết kế dạng module – Chìa khóa cho những vi kiến trúc tiếp theo

Hẳn nhiên, khi thai nghén ra Nehalem, các kỹ sư của Intel đã nghĩ đến việc trong tương lai họ sẽ phải thu nhỏ quy trình để tạo ra kiến trúc mới từ nó. Và lỡ như trong lúc thu nhỏ, họ phát hiện có vài điểm cần thêm hay bớt chẳng hạn, thì việc họ chuẩn bị một chút vào thời điểm thiết kế sẽ hay ho hơn. Ý tôi đang muốn nói đến thiết kế dạng module của Nehalem.

Để ý hình trên bạn sẽ thấy bộ vi xử bao gồm phần nhân và các phần ngoài nhân được thiết kế riêng rẽ để có thể dễ dàng bổ sung và thay đổi nếu cần. Minh chứng dễ dàng nhất là việc dòng vi xử lý dành cho máy chủ Nehalem-EP được ra đời nhờ việc bổ sung 4 nhân và thêm bộ đệm L3. Hay một ví dụ khác gần hơn, chính là nhân vật chính của bài này: Gulftown.