Arquitetura Dual – Processadores Intel e AMD

Um trabalho de OEC (prof. Jean) apresentado no IFES pelo meu grupo no primeiro semestre de redes 2009

Arquitetura Dual

Com a evolução do computador, o homem buscou aumentar a capacidade de processamento de suas máquinas.
Com o rápido crescimento no desempenho dos processadores os recursos atuais em busca do maior desempenho começaram a chegar no limite: o clock não podia mais ser aumentado com facilidade, o aumento de cachê e do barramento externo não proporcionam um aumento considerável de velocidade, além de encarecer a peça.
A curto prazo, a solução mais nítida para essa “falta de recursos” foi a utilização de processadores bi-nucleares. O que teoricamente poderia dobrar a capacidade de processamento dos dados.
A idéia de utilização de dois núcleos no mesmo processador surgiu de um esquema já existente em alguns servidores, que utilizavam de dois a quatro processadores na mesma placa mãe, para aumentar a capacidade.
O softwares trabalham enviando threads (linhas de execução) que contém instruções que deverão ser executadas pelo processador, o qual só pode executar uma thread por vez. Com dois núcleos de processamento, o processador é capaz de executar dois threads de uma vez.
Não se pode esquecer que para processadores dual, devem-se utilizar softwares programados para utilizar essa tecnologia, senão ele simplesmente trabalhará como um processador single core (um núcleo).

Dual Core Intel

Os primeiros processadores dual core lançados pela Intel, eram feitos a partir da arquitetura do Pentium 4, com algumas diferenças, além dos dois núcleos de processamento, continha uma tecnologia de dissipação de calor, cada núcleo possui suas próprias unidades de execução e cachê L2.
A comunicação entre os dois núcleos é feito através do FSB externo, o qual é muito lento, diminuindo a o desempenho do processador.
Com relação a freqüência, ele não conseguiam trabalhar em freqüências tão elevada, quanto os single cores, pois a adição do segundo núcleo aumentava muito o calor gerado pelos núcleos.
Nos lançamentos sucessores aos primeiros modelos dual, a Intel buscou resolves esses pequenos problemas com seus processadores, e hoje,os principais modelos utilizados são:

1- Core 2:
Core 2 Duo, Core 2 Quad e Core 2 Extreme são os principais processadores dessa família, sendo caros e bem potentes.
Suas principais características são:

• Arquitetura Core.
• 64 KB de cache L1 (32 KB de dados + 32 KB de instruções) por núcleo
• Tecnologia de dois ou quatro núcleos.
• Tecnologia fabricação de 65 nm ou 45 nm.
• Soquete 775.
• Barramento externo de 800 MHz, 1.066 MHz, 1.333 ou 1.600 MHz.
• 2 MB, 3 MB, 4 MB ou 6 MB de cache de memória L2 compartilhado (Nos processadores de quatro núcleos, cada par de núcleos tem seu próprio cache, compartilhado entre os dois núcleos mas independente dos outros dois).
• Tecnologia de Virtualização (exceto no Core 2 Duo modelos E4x00, E7x00 e E81xx).
• Tecnologia Intel EM64T.
• Instruções SSE3.
• Instruções SSE4.1 nos modelos de 45 nm.
• Execute Disable.
• Intelligent Power Capability.
• Tecnologia Enhanced SpeedStep.

2- Dual Core:
Os processadores Dual são Cores 2 Duo com menor clock interno e menos cachê L2. Esses comercializados a custo inferior aos core 2. As principais características são:

• Microarquitetura Core ou Pentium M.
• 64 KB L2 de cache L1 (32 KB de dados + 32 KB de instruções) por núcleo.
• Tecnologia de dois núcleos.
• Processo de fabricação de 65 nm ou 45 nm.
• Soquete 775 nos modelos para desktops.
• Soquete micro-FCPGA nos modelos para notebooks.
• Barramento externo de 800 MHz nas versões para desktops.
• Barramento externo de 533 MHz ou 667 MHz nas versões para notebooks.
• 1 MB (modelos de 65 nm) ou 2 MB (modelos de 45 nm) de cache de memória L2 compartilhado.
• Tecnologia Intel EM64T.
• Instruções SSE3.
• Sem suporte às instruções SSE4.1 mesmo nos modelos de 45 nm
• Execute Disable.
• Tecnologia Enhanced SpeedStep.
• Tecnologia Enhanced Halt State

3- Core I7:
Os novos processadores da Intel, apresentam certa diferença com relação aos anteriores, como o controlador de memória integrado, aceita apenas memórias DDR3, e suporte a nova arquitetura de três canais, que permite ao processador acessar três módulos de memória ao mesmo tempo para gravar e ler dados, aumentando a quantidade de bits por pulso de clock . Suas características são:

• Microarquitetura Nehalem.
• 64 KB de cache L1 (32 KB de dados + 32 KB de instruções) por núcleo.
• 256 KB de cache L2 por núcleo.
• 8 MB de cache de memória L3 compartilhado.
• Tecnologia de quatro núcleos.
• Tecnologia fabricação de 45 nm.
• Soquete 1366.
• Barramento QPI rodando a 2,4 GHz ou a 3,2 GHz.
• Tecnologia de Virtualização
• Tecnologia Intel EM64T
• Tecnologia HyperThreading (HT)
• Instruções SSE4.2
• Tecnologia Execute Disable
• Tecnologia Enhanced SpeedStep.

Dual Core AMD

No Dual Core AMD cada núcleo possui as suas unidades de execução e Cache L2 individuais, apenas o controlador de memória e o HyperTransport são divididos entre os dois núcleos. Os dois núcleos comunicam-se com os recursos compartilhados através do “Crossbar Switch” e do “System Request Queue”, dessa forma a comunicação entre os cores é feita internamente não dependendo do barramento externo e nem do barramento das memórias.
A arquitetura AMD é mais cara e apresenta desempenho superior à arquitetura Intel.
Seus principais processadores são:

1- Athlon 64 x2:
O Atlhon 64 X2 é baseado na nova revisão do Athlon 64, utiliza os núcleos Toledo (1 MB de Cache L2 para cada núcleo) e Manchester (512 KB de Cache L2 para cada núcleo).
O Toledo possui dois núcleos com 1 MB de Cache L2 cada e 233.2 milhões de transitors, o seu die é duas vezes maior que a de um processador Single Core.
O Athlon 64 X2 trabalha com frequências relativamente elevadas, 2.0, 2.2 e 2.4 Ghz, isso significa que mesmo em aplicações onde não há otimização para multiprocessamento esse processador terá bom desempenho.

2- Opteron:
Os processadores Dual Core Opteron são fabricados utilizando a nova revisão do Athlon 64. A principal diferença entre o Athlon 64 e Opteron é capacidade de multiprocessamento do Opteron, por esse motivo ele é destinado a servidores, podendo trabalhar em sistemas com até oito processadores.
Como não possui capacidade para trabalhar em sistemas com vários processadores o Athlon 64 dispõe apenas um barramento HyperTransport, este serve para ligar os processadores em um sistema multiprocessado (2 a 8 processadores). A outra diferença entre os dois processadores é a necessidade do Opteron de utilizar memórias registradas. Lembrando que o Opteron utiliza o socket 940.

Arquitetura 64 bits

A arquitetura 64 bits é uma tecnologia bem simples de entender. Os processadores mais comuns hoje em dia executam instruções de 32 bits, 2³² combinações binárias diferentes, e qualquer instrução acima disso deve dividida em duas ou mais partes para se processar. O desempenho 64 bits, 264 combinações diferentes, terá desempenho muito maior com relação a instruções complexas, as quais não precisaram ser divididas e diminuirá o tempo gasto para processá-las.
Atualmente, o grande problema desses processadores é que, além do preço, todo o hardware e o sistema operacional precisam ter suporte 64 bits. Cada processador tem suas características diferentes, sendo que é necessário sistemas com suportes específicos para o processador desejado.
Assim como os processadores evoluíram de 4 a 32 bits conforme a necessidade humana, a menos que uma nova tecnologia surja, em alguns anos a arquitetura 64 bits se tornará padrão e mais acessível às pessoas.

Referências:

 TORRES, Gabriel. WWW.clubedohardware.com, art. Processadores Dual Core,18/15/2005, art. Processadores de núcleo duplo AMD, 19/15/20005.
 COELHO, Rafael Otto. WWW.clubedohardware.com, art. Todos os modelos de Core i7, 14/04/2009.
 TORRES, Gabriel, COELHO, Rafael Otto, LIMA Cássio. WWW.clubedohardware.com, art. Todos os Modelos do Core 2, 20/04/2009, art. Todos os Modelos do Pentium Dual Core, 06/04/2009.
ALECRIM, Emerson. WWW.infowester.com art. Processadores de 64 bits x Processadores de 32 bits, 01/05/2006.

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