Аналіз потоку даних

Функціяаналізу потоку командвикористовується для дослідження потоку даних, що проходять через процесор, і виявлення будь-яких можливостей виконання команди зі зміною заданої послідовності. Спеціальний процесорний модуль відправки/виконання контролює команди та дозволяє виконувати їх у такому порядку, який оптимізує використання модулів множинного суперскалярного виконання. Можливість змінювати послідовність виконання команд дозволяє зберегти зайнятість модулів виконання навіть у разі промаху кеш-пам'яті або обробки будь-яких інформаційно-залежних команд.

Випереджувальне виконання

По суті динамічне виконання усуває залежність від лінійної послідовності команд. Виконання команд зі зміною їхньої послідовності дозволяє максимально завантажити модуль виконання та зменшити час очікування, необхідний для отримання даних із пам'яті. Незважаючи на те, що порядок передбачення та виконання команд може бути змінений, їх результати передаються у вихідному порядку, щоб не переривати і не змінювати перебіг програми. Це дозволяє процесорам P6 виконувати існуюче програмне забезпечення архітектури Intel так само, як це робили P5 (Pentium) або процесори більш ранніх версій, але на цілий порядок

Архітектура подвійної незалежної шини

Ця архітектура (Dual Independent Bus – DIB) вперше була реалізована в процесорі шостого покоління та призначалася для збільшення пропускної спроможності шини процесора та підвищення продуктивності. За наявності двох незалежних шин даних для введення-виведення процесор отримує доступ до даних з будь-якої з них одночасно і паралельно, а не послідовно, як у системі з однією шиною. Друга або фонова (backside) вхідна шинапроцесора з DIB застосовується кеш-пам'яттю другого рівня, тому вона може працювати значно швидше, ніж у тому випадку, якщо їй довелося використовувати (спільно з процесором) основну шину.

В архітектурі DIB передбачено дві шини: шина кеш-пам'яті другого рівня та шина, що з'єднує процесор та основну пам'ять, або системна шина. Процесори Pentium Pro, Celeron, Pentium II/III/4, Athlon è Duron можуть використовувати обидві шини одночасно, завдяки чому знижується критичність такого параметра, як пропускна здатність шини. Завдяки архітектурі подвійної шини кеш-пам'ять другого рівня більш сучасних процесорів може працювати на повній швидкості в ядрі процесора на незалежній шині, використовуючи при цьому основну шину центрального процесора (FSB) для обробки поточних даних, що надходять на мікросхему та надсилаються нею. Шини працюють із різною тактовою частотою. Шина FSB, або головна шина центрального процесора, з'єднана із системною платою, а шина кеш-пам'яті другого рівня безпосередньо з ядром процесора. У разі збільшення робочої частоти процесора збільшується тактова частота кеш-пам'яті другого рівня.

Для реалізації архітектури DIB кеш-пам'ять другого рівня переміщена із системної плати в один корпус із процесором, що дозволило наблизити швидкодію кеш-пам'яті другого рівня до швидкодії вбудованої кеш-пам'яті, що значно перевищує швидкодію пам'яті, що міститься на системну плату. Щоб помістити кеш у корпус процесора, потрібно було модифікувати гніздо процесора.

DIB також дозволяє системою шині виконувати одночасно кілька транзакцій (а не одну послідовність транзакцій), завдяки чому прискорюється потік інформації всередині системи та підвищується ефективність. Усі засоби архітектури DIB підвищуютьпропускну здатність майже втричі в порівнянні з процесором, що має архітектуру одиночної шини.

Такі операційні системи, як Windows NT 4.0/200/XP Professional/2003 Server і Linux, повністю підтримують комп'ютери з двома або більше встановленими фізичними процесорами, що дають подібним системам великий приріст продуктивності в порівнянні з однопроцесорними комп'ютерами. Проте двопроцесорні комп'ютери і системні плати завжди були на порядок дорожчі за їх однопроцесорні "родичі", а додавання другого процесора в систему, що підтримує подібну модернізацію, призводило до виникнення різних складнощів, пов'язаних з підбором однакової тактової частоти і конфігураційних параметрів для двох процесорів. Технологія HyperThreading (HT) компанії Intel дозволяє одному процесору одночасно обробляти два незалежні потоки команд. Іншими словами, HT перетворює один фізичний процесор на два віртуальні.

Основним хімічним елементом, використовуваним під час виробництва процесорів, є кремній, найпоширеніший елемент землі після кисню. Це базовий компонент, із якого складається прибережний пісок (кремнієвий діоксид); однак у такому вигляді він не підходить для виробництва мікросхем

Щоб використовувати кремній як матеріал для виготовлення мікросхеми, необхідний тривалий технологічний процес, який починається з отримання кристалів чистого кремнію за методом Жокральського (Czochralski). За цією технологією сировина, якою використовується в основному кварцова порода, перетворюється в електродугових печах на металургійний кремній. Потім для видалення домішок отриманий кремній плавиться, дистилюється та кристалізується у вигляді напівпровідникових зливків з дуже високим ступенем чистоти.(99,999999%). Після механічного нарізування злитків отримані заготовки завантажуються в кварцові тиглі і поміщаються в електричні сушильні печі для витяжки кристалів, де плавляться при температурі більше 2500 про Фаренгейту. Для того щоб запобігти утворенню домішок, сушильні печі зазвичай встановлюються на товстій бетонній основі. Бетонна основа, у свою чергу, встановлюється на амортизаторах, що дозволяє значно зменшити вібрацію, яка може негативно вплинути на формування кристала.

Як тільки заготівля починає плавитися, в розплавлений кремній міститься невеликий затравний кристал, що повільно обертається (рис. 2). У міру видалення затравального кристала від поверхні розплаву слідом за ним витягуються кремнієві нитки, які, твердне, утворюють кристалічну структуру. Змінюючи швидкість переміщення затравального кристала (10-40 мм на годину) і температуру (приблизно 2500 про Фаренгейту), отримуємо кристал кремнію малого початкового діаметру, який потім нарощується до потрібної величини. Залежно від розмірів мікросхем, що виготовляються, вирощений кристал досягає 8-12 дюймів (20-30 мм) в діаметрі і 5 футів (близько 1,5 м) в довжину. Вага вирощеного кристала досягає кількох сотень фунтів.

Ðèñ. 2. Циліндрична кремнієва заготівля створюється при великій температурі та високому тиску

Заготовка вставляється в циліндр діаметром 200 мм (поточний стандарт), часто з плоскою вирізкою на одній стороні для точності позиціонування та обробки. Потім кожна заготовка розрізається алмазною пилкою більш ніж на тисячу кругових підкладок завтовшки менше міліметра (рис. 3). Після цього підкладка полірується доти, доки її поверхня не стане дзеркально гладкою.

Ðèñ. 3. Привиготовлення процесора заготовка розрізається алмазною пилкою більш ніж на тисячу кругових підкладок

У виробництві мікросхем використовується процес, що називаєтьсяфотолітографією. Технологія цього процесу така: на напівпровідник, що є основою чіпа, один за одним наносяться шари різних матеріалів; таким чином створюються транзистори, електронні схеми та провідники (доріжки), якими поширюються сигнали. У точках перетину специфічних схем можна створити транзистор або перемикач (вентиль).

Фотолітографічний процес починається з покриття підкладки шаром напівпровідника зі спеціальними добавками, потім цей шар покривається фоторезистивним хімічним складом, а після цього зображення мікросхеми проектується на тепер світлочутливу поверхню.

В результаті додавання до кремнію (який, природно, є діелектриком)донорних домішоквиходить напівпровідник. Проектор використовує спеціальний фотошаблон (маску), який є по суті картою даного конкретного шару мікросхеми. (Мікросхема процесора Pentium III містить п'ять шарів; інші сучасні процесори можуть мати шість або більше шарів. При розробці нового процесора потрібно спроектувати фотошаблон для кожного шару мікросхеми.)

Проходячи через перший фотошаблон, світло фокусується на поверхні підкладки, залишаючи відбиток цього шару. (Кожне зображення на мікросхемі називається кристалом.) Потім спеціальний пристрій дещо переміщає підкладку, а той самий фотошаблон (маска) використовується для друку наступної мікросхеми. Після того як мікросхеми будуть надруковані на всій підкладці, їдкий луг змиє ті області, де світло впливало на фоторезистивну речовину, залишаючи відбитки фотошаблону (маски)конкретного шару мікросхеми та міжшарові з'єднання (з'єднання між шарами), а також шляхи проходження сигналів. Після цього на підкладку наноситься інший шар напівпровідника і знову фоторезистивного речовини поверх нього, потім використовується наступний фотошаблон (маска) для створення чергового шару мікросхеми. Таким способом шари наносяться один поверх іншого доти, доки не буде повністю виготовлена мікросхема.

Фінальна маска додає так званийшар металізації, який використовується для з'єднання всіх транзисторів та інших компонентів. У більшості мікросхем для цього шару використовують алюміній, але останнім часом використовують мідь. Наприклад, при виробництві процесорів компанії AMD на фабриці Дрездена використовується мідь. Це пояснюється найкращою провідністю міді в порівнянні з алюмінієм. Однак, для повсюдного використання міді необхідно вирішити проблему її корозії.

Коли обробка кругової підкладки завершиться, на ній фотоспосіб буде надруковано максимально можливу кількість мікросхем. Мікросхема зазвичай має форму квадрата або прямокутника, по краях підкладки залишаються деякі "вільні" ділянки, хоча виробники намагаються використати кожен квадратний міліметр поверхні.

Промисловість переживає черговий перехідний період виробництва мікросхем. Останнім часом спостерігається тенденція до збільшення діаметра підкладки та зменшення загальних розмірів кристала, що виявляється у зменшенні габаритів окремих схем та транзисторів та відстані між ними. Наприкінці 2001 і на початку 2002 року відбувся перехід з 0,18- на 0,13-мікронну технологію, замість алюмінієвих міжкристальних з'єднань почали використовувати мідні, при цьому діаметр підкладки збільшився з 200 мм (8 дюймів) до 300 мм (12 дюймів). Збільшеннядіаметра підкладки до 300 мм дозволяє подвоїти кількість мікросхем, що виготовляються. Використання 0,13-мікронної технології дозволяє розмістити на кристалі більшу кількість транзисторів за збереження його прийнятних розмірів та задовільного відсотка виходу придатних виробів. Це означає збереження тенденції збільшення обсягів кеш-пам'яті, що вбудовується в кристал процесора. Передбачається, що до 2007 року кількість транзисторів, розташованих у кожній мікросхемі, сягне 1 мільярда.