Tugas Arsitektur Dan Organisasi Komputer Kelompok XA

Tugas Matakuliah Arsitektur dan Organisasi KomputerIr. Yan Everhard, MT. Mikroarsitektur Nehalem : Sebuah Loncatan Teknologi Intel

Kelompok XA Anggota: Angga Kusuma Nugraha (1111601348) Dymas Arya Hutama (1111601280) Nurmalia (1111601033) Yesi Puspita Dewi (1111601041) Yovandra Actus Guvinda (1111601272)

Universitas Budi Luhur0|Tugas Arsitektur dan Organisasi Komputer

Daftar Isi1. Daftar Isi .. 01 2. Pendahuluan 02 3. Proses pembuatan Prosesor Intel . 03 4. Sejarah Prosesor Intel .. 14 5. Mikroarsitektur Nehalem 17 6. Kesimpulan 29 7. Daftar Pustaka 30

1|Tugas Arsitektur dan Organisasi Komputer

PendahuluanPada tahun 2008 Intel meluncurkan sebuah desain mikroarsitektur baru dengan nama sandi Nehalem. Arsitektur ini merupakan sebuah perubahan besar-besaran dalam sejarah desain mikroarsitektur Intel dengan beberapa fitur yang menjanjikan dan digunakan sampai sekarang bahkan diikuti oleh pesaingnya dari AMD, walaupun pada awalnya AMD meragukan desain mikroarsitektur ini. Nehalem mengalami perubahan hampir pada setiap aspek dari mikroprosesor, meskipun perubahan yang paling substansial adalah untuk arsitektur sistem dan hirarki memori. Dalam beberapa hal, Nehalem adalah prosesor Intel yang paling signifikan sejak Pentium 4, sejauh itu menandakan perubahan besar untuk strategi x86 perusahaan. Pentium 4 adalah desain yang relatif radikal dalam fikiran masyarakat jika dipahami dalam hal clockspeed. Nehalem adalah sebaliknya, yaitu evolusi yang lebih progresif dari yang pernah ada pada Intel, salah satunya adalah produk Core 2 untuk mobile oriented. Semua perubahan yang dibuat dengan tujuan untuk mengeksploitasi sejumlah besar paralelisme bahwa Hukum Moore affords di node proses 45nm dan untuk mengambil keuntungan bandwidth QPI. Berkat penekanan pada paralelisme dan bandwidth, "Nehalem" secara luas mulai dikenal tidak seperti "prosesor" dalam arti klasik yang berarti satu set blok bangunan yang dapat dirakit dalam konfigurasi yang berbeda untuk segmen pasar yang berbeda. Pada IDF, Intel mengumumkan rincian dari Nehalem. Yaitu sebuah mikroprosesor generasi kedua 45nm dan langkah berikutnya dalam evolusi dari jajaran prosesor andalan mereka. Nehalem berbeda dari generasi sebelumnya karena secara eksplisit dirancang tidak hanya untuk PC , tapi pada semua lini produk dan perangkat yang berbeda-beda dari mulai mobile device seperti ponsel sampai dengan server MP. Dalam hal ini Intel menjanjikan tingkat fleksibilitas setelah seri Core 2. Komputer pertama yang menggunakan prosesor Nehalem berbasis Xeon justru adalah AppleMac Pro workstation yang diumumkan pada 3 Maret 2009. Nehalem berbasis Xeon EX adalah prosesor untuk kebutuhan server yang lebih besar itu. Awalnya diharapkan pada Q4 2009, Namun akhirnya seri Xeon EX ini dirilis pada tahun 2010 April. Nehalem memiliki banyak fitur yang baru dan berbeda jika dibandingkan dengan keluarga prosesor berbasis Core mikroarsitektur (Core 2 Duo dan Core 2 Quad). Fitur-fitur baru dari prosesor berbasis Nehalem mikroarsitektur diantaranya: 2|Tugas Arsitektur dan Organisasi Komputer

Jumlah Core yang semakin banyak Jumlah channel memori yang terintegrasi dalam satu chip 3-channel Memory DDR31066/1333MHz memory, 2-DIMM per channel Ukuran L3 chace yang lebih baik Intel Quick Path Interconnect technology Intel Turbo Boost Technology Intel Streaming SIMD Extensions (SSE) 4.2 Kami tidak akan membahas semua keunggulan mikroarsitektur Nehalem diatas, tetapi hanya hal-hal yang signifikan dan menarik. Bersama ini juga kami sertakan proses pembuatan prosesor dan Phase Release Intel yang dapat menjelaskan istilah-istilah dalam prosesor intel sehingga dalam pembahasan utama istilah-istilah tersebut dapat dipahami.

1. Cara pembuatan prosesor intelUntuk memperjelas istilah-istilah dalam prosesor Intel, dalam tulisan ini kami sertakan proses pembuatan prosesor intel dan perbedaannya dengan perusahaan pesainnya (AMD) beserta sejarah atau phase release Intel dalam mempermudah memahami istilah-istilah dan bagian yang digunakan oleh Perusahaan Intel dalam meakukan rilis jajaran prosesornya.

A. Langkah langkah pembuatan prosesor IntelProses pembuatan prosesor merupakan salah satu proses paling rumit yang ada di muka bumi dan memiliki tahapan yang sangat panjang. Berikut adalah langkah-langkah utama dalam proses pembuatan prosesor intel: a. Sand (Pasir) Pasir yang kurang lebih 25% terbentuk dari Silikon yang merupakan senyawa kedua terbanyak setelah oksigen di muka bumi. Pasir (terutama quartz), mempunyai persentase silikon yang tinggi di dalam bentuk Silicon Dioxide (SiO2) dan pasir merupakan bahan pokok untuk memproduksi semiconductor. b. Silikon Cair Memisahkan bagian silikon dari pasir dengan material lain yang tidak diperlukan. Silikon dimurnikan secara bertahap hingga mencapai kualitas 'semiconductor manufacturing quality', atau biasa disebut 'electronic grade silicon'. Pada pemurnian ini, 'electronic grade silicon' hanya boleh memiliki satu atom asing pada setiap satu milyar atom silikon. Setelah tahap pemurnian silikon selesai, silikon memasuki fase peleburan.


c. Kristal Silikon Tunggal Ingot 'Electronic grade silicon' yang dileburkan menghasilkan suatu Kristal yang disebut 'Ingot'. Besar satu buah 'Ingot' kira-kira 100 Kilogram atau 220 pounds, dan memiliki tingkat kemurnian silikon hingga 99,9999 persen.

d. Pengirisan Ingot Ingot di iris tipis hingga menghasilkan 'silicon discs', yang disebut dengan 'Wafers'. Beberapa 'Ingot' dapat berdiri hingga 5 kaki. 'Ingot' juga memiliki ukuran diameter yang berbeda tergantung seberapa besar ukuran 'Wafers' yang diperlukan. CPU jaman sekarang biasanya membutuhkan 'Wafers' dengan ukuran 300 mm.

Gambar ini hanya ilustrasi, pemotongan ingot dilakukan dengan sinar laser

e. Wafer Setelah diiris, 'Wafers' dipoles hingga benar-benar mulus sempurna, permukaannya menjadi seperti cermin yang sangat-sangat halus. Kenyataannya, Intel tidak memproduksi sendiri 'Ingots' dan 'Wafers', melainkan Intel membelinya dari perusahaan 'third-party'. Processor Intel dengan teknologi 45nm, menggunakan 'Wafers' dengan 4|Tugas Arsitektur dan Organisasi Komputer

ukuran 300mm (12 inch), sedangkan saat pertama kali Intel membuat Chip, Intel menggunakan 'Wafers' dengan ukuran 50mm (2 inch) sehingga dapat melakukan penghematan chip.

f.

Photo Resist Cairan (warna biru) yang di tuangkan di atas wafer saat diputar adalah sebuah proses dari photo resist yang sama seperti yang kita kenal di film untuk fotografi. Wafer diputar selama tahap ini untuk membuatnya sangat tipis dan bahkan mengaplikasikan layer photo resist.

g. Exposure Hasil dari photo resist diekspos ke sinar ultraviolet (UV. Reaksi kimianya ditrigger oleh tahap pada proses tersebut, sama dengan apa yang terjadi pada material film pada sebuah kamera saat Anda menekan tombol shutter. Hasil dari photo resist yang diekspos ke sinar UV akan bersifat dapat larut. Exposure diselesaikan menggunakan mask yang berfungsi seperti stensil dalam tahap proses ini. Saat digunakan dengan cahaya UV, mask membentuk pola-pola sirkuit yang bervariasi di atas tiap layer dari mikroprosesor. Sebuah lensa (di tengah) mengurangi image dari mask. Sehingga yang dicetak di atas wafer biasanya adalah empat kali lebih kecil secara linier daripada polapola dari mask.


Meskipun biasanya ratusan mikroprosesor bisa dihasilkan dari sebuah wafer tunggal, cerita bergambar ini hanya akan fokus pada sebuah bagian kecil dari sebuah mikroprosesor, yaitu pada sebuah transistor atau bagian-bagiannya. Sebuah transistor berfungsi seperti sebuah switch, mengendalikan aliran arus listrik dalam sebuah chip komputer. Peneliti-peneliti di Intel telah mengembangkan transistor-transistor yang sangat kecil sehingga sekitar 30 juta transistor dapat diletakkan diatas pin. h. Membersihkan Photo Resist Photo resist yang lengket dilarutkan sempurna oleh suatu pelarut. Proses ini meninggalkan sebuah pola dari photo resist yang dibuat oleh mask. Setelah disinari sinar 'Ultra Violet', bidang 'Photo Resist' benar-benar hancur lebur. Gambar di atas menampakan pola 'Photo Resist' yang tercipta dari lapisan pelindung. Pola ini merupakan awal dari 'transistors', 'interconnects', dan hal yang berhubungan dengan listrik berawal dari sini.

i.

Etching (Menggores) Photo resist melindungi material yang seharusnya tidak boleh tergores. Material yang ditinggalkan akan digores (disketch) dengan bahan kimia


j.

Menghapus Photo Resist Setelah proses Etching, photo resist dihilangkan dan bentuk yang diharapkan menjadi terlihat.

k. Mengaplikasikan Photo Resist Terdapat photo resist (warna biru) diaplikasikan di sini, diekspos dan photo resist yang terekspos dibersihkan sebelum tahap berikutnya. Photo resist akan melindungi material yang seharusnya tidak tertanam ion-ion.

l.

Penanaman Ion Melalui seuatu proses yang dinamakan "ion implantation" (satu bentuk proses yang disebut doping), area-area wafer silikon yang diekspos dibombardir dengan "kotoran" kimia bervariasi yang disebut Ion-ion. Ion-ion ini ditanam dalam wafer silikon untuk


mengubah silikon pada area ini dalam memperlakukan listrik. Ion-ion ditembakkan di atas permukaan wafer pada kecepatan tinggi. Suatu bidang listrik mempercepat ion-ion ini hingga kecepatan 300.000 km/jam.

m. Menghilangkan Photo Resist Setelah penanaman ion, photo resist dihilangkan dan material yang seharusnya didoped (warna hijau) memiliki atom-atom asing yang sudah tertanam (perhatikan sekilas variasi warnanya). n. Transistor yang Sudah Siap Transistor ini sudah dekat pada proses akhirnya. Tiga lubang telah dibentuk (etching) di dalam layer insulasi (warna magenta) di atas transistor. Tiga lubang ini akan terisi dengan tembaga yang akan menghubungkannya ke transistor-transistor lainnya.

o. Electroplating Wafer-wafer diletakkan ke sebuah solusi sulfat tembaga di tahap ini. Ion-ion tembaga ditanamkan di atas transistor melalui proses yang disebut electroplating. Ion-ion tembaga bergerak dari terminal positif (anoda) menuju terminal negatif (katoda) yang dipresentasikan oleh wafer.


p. Tahap Setelah Electroplating Pada permukaan wafer, ion-ion tembaga membentuk menjadi suatu lapisan tipis tembaga.

q. Pemolesan Material ekses dari proses sebelumnya di hilangkan. Polishing -- scale: transistor level (~50-200nm)

r.

Lapisan Logam Lapisan-lapisan metal dibentuk untuk interkoneksi (seperti kabel-kabel) di antara transistor-transistor. Bagaimana koneksi-koneksi itu tersambungkan ditentukan oleh tim


desain dan arsitektur yang mengembangkan funsionalitas prosesor tertentu (misal Intel Core i7 Processor). Sementara chip-chip komputer terlihat sangat flat, sesungguhnya didalamnya memiliki lebih dari 20 lapisan yang membentuk sirkuit yang kompleks. Jika Anda melihat pada pembesaran suatu chip, Anda akan menemukan jaringan yang ruwet dari baris-baris sirkuit dan transistor-transistor yang mirip sistem jalan raya berlapis di masa depan.

s. Testing Wafer Bagian dari sebuah wafer yang sudah jadi ini diambil untuk dilakukan test fungsionalitasnya. Pada tahap test ini, pola-pola di masukkan ke dalam tiap chip dan respon dari chip tersebut dimonitor dan dibandingkan dengan daftar yang sudah ditetapkan.

t.

Pengirisan Wafer Wafer di iris-iris menjadi bagian-bagian yang disebut Die.

10 | T u g a s A r s i t e k t u r d a n O r g a n i s a s i K o m p u t e r

u. Memisahkan Die yang Gagal Befungsi Die-die yang saat test pola merespon dengan benar akan diambil untuk tahap berikutnya.

v. Individual Die Ini adalah die tunggal yang telah jadi pada tahap sebelumnya (pengirisan). Die yang terlihat di sini adalah die dari sebuah prosesor Intel Core i7.


w. Packaging Bagian dasar, die, dan heatspreader digabungkan menjadi sebuah prosesor yang lengkap. Bagian dasar berwarna hijau membentuk interface elektris dan mekanis bagi prosesor untuk berinteraksi dengan sistem komputer (PC). Heatspreader berwarna silver berfungsi sebagai pendingin (cooler) untuk menjaga suhu optimal bagi prosesor.

x. Prosessor Inilah prosesor yang sudah jadi (Intel Core i7 Processor). Sebuah mikroprosesor adalah suatu produk paling kompleks yang pernah dibuat di muka bumi. Faktanya, dibutuhkan ratusan langkah - hanya bagian-bagian paling penting saja yang ditampilkan pada artikel ini - yang dikerjakan di suatu lingkungan kerja terbersih di dunia, sebuah lab mikroprosesor.


y. Class Testing Selama test terakhir ini, prosesor-prosesor akan ditest untuk key karakteristik mereka (diantaranya test pemakaian daya dan frekuensi maksimumnya).

z. Binning Berdasarkan hasil test dari class testing, prosesor dengan kapabilitas yang sama di kumpulkan pada transporting trays yang sama pula. Prosesor-prosesor yang telah siap dan lolos test akhirnya masuk jalur pemasaran dalam satu kemasan box.

B. Perbedaan proses dengan brand lain (AMD)Perbedaan antara proses pembuatan prosesor Intel dengan pesaingnya AMD yaitu terletak pada material pembentuknya. Pada masa mikroarsitektur Nehalem, AMD masih menggunakan Silicon murni sebagai pembentuk prosesornya, sedangkan Intel sudah 13 | T u g a s A r s i t e k t u r d a n O r g a n i s a s i K o m p u t e r

menggunakan High-K Dielectric Silikon yang proses pembuatannya lebih rumit sehingga menghasilkan hasil yang lebih baik. Hal inilah yang menyebabkan selalu ada perbedaan yang signifikan antara harga prosesor intel dan AMD pada kelas yang sama.

2. Sejarah Arsitektur IntelDibawah ini akan ditunjukkan beberapa system siklus dari masa produksi prosesor Intel sehingga siklus dan pricing dari setiap produknya tetap terjaga.

A. Phase releasePhase Release pada Intel adalah suatu silklus produksi yang ditetapkan oleh pihak Intel dalam mengeluarkan produknya, sehingga jeda waktu antara satu produk dengan produk yang lain menjadi balance. Biasanya Intel mengatur Phase Release setiap produk selama 2 tahun. Dan phase release ini juga berpengaruh kepada perkembangan hardware computer lain yang tergantung pada perubahan prosesor.

B. Intel tic-tocIstilah ini diterapkan pada produksi chip dari pihak Intel sejak tahun 2007. Yang menetakan bahwa Intel akan melakukan Die Shrink pada chip prosesornya dalam beberapa pahase. Proses Tic adalah sebuah proses Die Shrink pada phase release prosesor sedangkan proses Toc berarti microarsitektur baru. Hal inilah yang menyebabkan Intel menetapkan 2 tahun dalam setiap Phase Release.


C. Die ShrinkSebuah istilah dimana Intel melakukan perubahan secara downgrade ataupun perbaikan pada suatu desain mikroarsitektur sehingga mendapatkan hasil yang lebih baik.


3. Mikroarsitektur NehalemNehalem adalah sandi nama atau code name untuk mikroarsitektur p r o s e s o r I n t e l yang dirilis pada bulan November 2008. Beberapa seri prosesor dengan arsitektur Nehalem yang pertama adalah Intel Xeon, Intel Core i3 dan Intel Core I5. Awalnya prosesor Nehalem menggunakan metode yang sama dengan manufaktur 45 nm dari desain mikroarsitektur intel sebelumnya yaitu Penryn. Sebuah sistem bekerja dengan dua buah prosesor berarsitektur Nehalem ditunjukkan pada Intel Developer Forum Fall 2007, dan sejumlah besar sistem Nehalem ditunjukkan pada pameran computer terbesar Computex pada bulan Juni 2008. Nama mikroarsitektur Nehalem ini sendiri diambil dari nama sebuah kota pesisir Oregon Nehalem. Mikroprosesor yang berbasis Nehalem menggunakan kecepatan clock (Clockspeed) yang lebih tinggi dan lebih hemat energy dibandingkan dengan prosesor dengan arsitektur pendahulunya yaitu Penryn. Nehalem juga memperkenalkan kembali istilah Hyper Threading yang sempat tidak digunakan pada desain mikroarsitektur sebelumnya. Perubahan radikal pada sistem bandwidth Intel adalah interkoneksi sistem yang baru yaitu Intel QuickPath (QPI) yang mungkin merupakan faktor tunggal terbesar dari desain Nehalem. Antara QuickPath dan Nehalem integrated memory controller, sebuah prosesor Nehalem akan memiliki akses ke jumlah bandwidth terintegritas yang belum pernah dilakukan sebelumnya, khususnya setelah dicoba dalam implementasi dua dan empat socket. Hal ini berarti bahwa Intel tidak lagi harus melengkapi prosesor dengan cache terintegritas yang besar. Hal ini dirancang untuk mengurangi dampak dari kekurangan bandwidth pada yang platform Intel yang ada saat ini. Pengguna chip ini sekarang bebas untuk menggunakan semua transistor dan membuktikan bahwa Hukum Moore affords bias dibuat lebih fleksibel dan cerdas, dan kebebasan ini memiliki efek mendalam pada setiap aspek Nehalem.


A. Core dari Mikroarsitektur NehalemDasar dari keluarga Intel Nehalem adalah versi baru dari mikroarsitektur Core, yang mendkung sejumlah perubahan besar dari 2 inkarnasi Core Duo. Bahkan Core Nehalem merupakan perbaikan terbesar dari mikroarsitektur ini telah mengalami transisi sejak masa Core Core 2. Sebagian besar arsitektur dasar prosesor telah mengalami revisi utama dengan maksud memanfaatkan jumlah bandwidth yang disediakan oleh QuickPath. Pengecualian penting di sini adalah eksekusi penggunaan perangkat keras. Yaitu pengecualian untuk menambahkan beberapa blok floating-point dan integer shuffle pada port 5, secara substansial tidak berubah dari Core 2.


Secara fungsional ada beberapa perbedaan mendasar antara Nehalem dan arsitektur mikroprosesor Intel sebelumnya. Front Side Bus hilang dan diganti dengan Quick Path Interconnect Intel, mirip dengan Hyper Transport AMD. Pelaksanaan QPI pada Nehalem pertama adalah interface 25.6GB / s yang cocok dengan sempurna ke Nehalem bandwidth yang 25.6GB / s dari memori memiliki. CPU beroperasi pada multiplier dari jam sumber QPI, yang dalam hal ini adalah 133MHz. Nehalem bin atas berjalan pada 3.2GHz atau 133MHz x 24. Cache L3 dan kontroler memori beroperasi pada frekuensi clock yang terpisah disebut jam un-core. Frekuensi ini saat ini 20x Bclk, atau 2.66GHz.

B. Mesin Eksekusi dan Jendela InstruksiHal dasar yang dapat digambarkan untuk Nehalem adalah bagaikan mengganti pipa Core 2 Duo yang kecil tetapi memiliki pompa yang kuat, Nehalem mengganti pipa kecil tersebut dengan pipa yang lebih besar yang dapat mengimbangi kekuatan pompa tersebut sehingga tidak ada lagi waktu menunggu. Karena aliran instruksi dan data yang meningkat melalui inti yang memungkinkan SMT, pengenalan kembali instruksi SMT mengharuskan buffer pada kedua sisi antara instruksi dan data pada Nehalem harus diperbesar. Di sisi instruksi, Intel memperbesar jendela instruksi Nehalem untuk mengakomodasi lebih banyak instruksi dalam proses eksekusi. Secara khusus, Nehalem menyusun ulang penyangga (ROB) yang telah diperbesar menjadi 128 entri dari 96 Core 2 entri ini, meningkat 33 persen. (Arsitektur trivia buff akan ingat bahwa Pentium 4 dapat melacak 126 instruksi dalam eksekusi) Untuk dilakukan bersama dengan jumlah yang jauh lebih besar dalam eksekusi instruksi, stasiun reservasi Nehalem telah diperluas menjadi 36 bentuk. Penyusun ulang buffer adalah statis dipartisi sehingga jumlah instruksi dari setiap thread tidak pernah bisa mendominasi struktur, sehingga memastikan bahwa sumber daya yang penting dibagi secara adil oleh dua benang berjalan. Stasiun reservasi kompetitif bersama, sehingga instruksi dari satu thread dapat mendominasi dari waktu ke waktu sesuai kebutuhan. Di sisi data, jumlah buffer beban telah hilang dari 32 dalam Core 2 hingga 48 di Nehalem, dan jumlah buffer yang disimpan sudah 20-32. Kedua sumber daya ini statis dipartisi untuk memastikan keseimbangan. 18 | T u g a s A r s i t e k t u r d a n O r g a n i s a s i K o m p u t e r

Hal ini menunjukkan secara jelas bahwa strategi partisi statis untuk sumber daya bersama secara efektif mengurangi jumlah entri yang tersedia untuk masing-masing thread di bawah angka yang tersedia di Core 2, yaitu dua thread Nehalem ROB shared akan memiliki masing-masing hanya 64 entri, bukan penuh 96 entri thread di core 2 pada ROB.

C. Front EndDengan tujuan mendorong lebih banyak instruksi ke jendela instruksi yang diperbesar, Front End Nehalem telah mengalami beberapa perubahan signifikan. Bahkan, front end Nehalem mungkin adalah bagian yang paling berubah dari prosesor. Inovasi besar pertama pada Nehalem adalah penambahan Loop Stream Detektor (LSD) pada instruction pipeline setelah tahap decode (penerjemahan). Pada masa Core 2 Duo, Intel memperkenalkan sebuah antrian 18-entri instruksi antara tahap fetch dan decode. Antrian ini cukup besar untuk stream cache sehingga loop cache bisa berjalan berulang kali dari antrian tanpa harus terus-menerus kembali mengambil instruksi yang diperlukan dari cache instruksi L1. Dengan menjaga fetch hardware yang idle selama loop tersebut, Core 2 mampu menghemat daya.


Nehalem mengambil konsep caching loop sedikit lebih baik dengan mnurunkan cache loop di bawah unit decode sehingga cache mencapai 28 UOPS pada dekode bukan instruksi x86 mentah. Karena instruksi cache dalam LSD sudah diterjemahkan, loop sekarang dapat mengeksekusi tanpa mengaktifkan feth maupun hardware decode, sebuah fitur yang menghemat listrik dan meningkatkan kinerja. Seperti yang ditunjukkan oleh David Kanter dalam artikel yang sangat baik tentang Nehalem, LSD memberikan banyak manfaat cache jejak Pentium 4 tanpa kerumitan tambahan dan dampak negatif pada decode dan hardware L1 cache. Hasil uji BNT ditingkatkan adalah fitur hebat yang akan menjadi inti dalam manfaat yang baik dalam konteks setiap, dari server ke ponsel. Intel membuat perbaikan besar lainnya untuk front end Nehalem di bidang macrofusion. Macrofusion adalah teknik yang digunakan pada mikroarsitektur core untuk sekering beberapa pasang instruksi x86 (compare + jump) bersama-sama sebelum decoding. Pada siklus ketika dua instruksi dapat macrofused, hal ini memberikan front end prosesor "virtual" decoder kelima, karena decoding instruksi x86 ekstra pada siklus itu. Nehalem memperluas jumlah instruksi x86 yang dapat macrofused dalam dua cara. Pertama, memperluas empat kondisi baru cabang compare + jump ke daftar pasang instruksi macrofusable. Kedua dan yang utama adalah sekarang menggunakan macrofuse 64-bit instruksi. Perangkat keras macrofusion Core 2 adalah terbatas untuk 32-bit instruksi saja Dengan memperluas daftar instruksi yang dapat macrofused untuk memasukkan kondisi cabang baru dan 64-bit instruksi, keuntungan Nehalem bahwa decoder kelima virtual untuk lebih banyak instruksi. Hal ini meningkatkan keseluruhan bandwidth yang decode dan memainkan peran kunci dalam menjaga konsumsi eksekusi core engine. Ada beberapa perbaikan lain untuk front end Nehalem. Pertama adalah baru prosesor multi thread prediktor, yang dapat menyimpan sejarah cabang lebih dan memberikan kinerja yang lebih baik pada kode yang memiliki cabang terlalu banyak untuk masuk ke dalam prediktor biasa. Seperti biasa, prediksi cabang adalah salah satu daerah di mana perbaikan diterjemahkan langsung ke peningkatan kinerja dan efisiensi daya. Nehalem juga meningkatkan kembali tumpukan Core 2 yang buffer dengan mengganti namanya. Duplicating buffer tumpukan kembali membantu kinerja dalam situasi TPS.


D. Virtualisasi dan MultithreadingArsitektur Nehalem memungkinkan setiap prosesor untuk menangani dua thread secara bersamaan. Itu berarti sebuah mikroprosesor delapan-core Nehalem dapat memproses 16 thread pada waktu yang sama. Hal ini memberikan mikroprosesor Nehalem kemampuan untuk memproses instruksi yang kompleks lebih efisien. Menurut Intel, kemampuan multithreading lebih efisien daripada menambahkan processing core lebih untuk mikroprosesor. Mikroprosesor Nehalem harus dapat memenuhi tuntutan perangkat lunak yang canggih seperti program editing video atau high-end video game. Manfaat lain untuk multithreading adalah bahwa prosesor dapat menangani beberapa aplikasi pada saat yang sama. Ini memungkinkan Anda bekerja pada program yang kompleks sambil menjalankan aplikasi lain seperti scanner virus di latar belakang. Dengan prosesor yang lebih tua, kegiatan ini dapat menyebabkan komputer untuk memperlambat atau bahkan crash. Intel telah menambahkan sejumlah instruksi baru untuk Nehalem dan telah mempercepat yang lainnya. Versi 4.2 dari Intel vektor ekstensi SSE mengambil kembali ISA x86 ke masa depan hanya sedikit dengan menambahkan instruksi string manipulasi baru. Aku berkata "kembali ke masa depan" karena ISA tingkat dukungan untuk pengolahan string adalah ciri dari arsitektur CISC yang aktif usang di posting-RISC tahun, biasanya, ketika seorang penulis ingin memberikan contoh sudut tua crufty dari x86 ISA yang menyebabkan rasa sakit untuk arsitek chip, instruksi manipulasi String adalah apa yang dia meraih. Namun baru SSE 4.2 instruksi string yang ditujukan untuk mempercepat pengolahan XML, yang membuat mereka Web-friendly dan karena itu yang modern. SSE 4.2 juga mencakup instruksi CRC yang mempercepat penyimpanan dan aplikasi jaringan, serta instruksi popcnt itu berguna untuk berbagai tugas pencocokan pola. Juga, untuk memberikan dukungan yang lebih baik untuk aplikasi multithreaded, Intel menurunkan latency primitif sinkronisasi benang. Pada virtualizasion front, Nehalem mempercepat transisi VM dan memiliki beberapa perbaikan substansial, untuk sistem memori virtual yang akan sangat mengurangi jumlah transisi tersebut dibutuhkan oleh hypervisor.


E. Turbo Boost: Kontrol Kinerja DinamisHal ini mirip dengan Overclocking dalam prosesor standar tetapi tidak seperti prosesor standar yang melakukannya secara manual overclock atau di bawah-jam prosesor supaya cocok dengan kebutuhan kinerja Anda, dalam hal ini ditangani secara otomatis oleh prosesor tergantung pada load sistem. Jadi jika beban lebih tinggi secara otomatis dapat meningkatkan clock rate pada dasarnya yaitu meningkatkan frekuensi dan saat beban berkurang maka secara otomatis menurunkan clock rate itu. Intel Turbo Boost merupakan teknologi dilaksanakan oleh Intel dalam versi tertentu dari Nehalem-dan CPU Sandy Bridge berbasis, termasuk Core i7 i5 dan Core yang memungkinkan prosesor untuk menjalankan atas frekuensi operasi dasar melalui kontrol dinamis "clock rate" CPU. Hal ini diaktifkan bila sistem operasi meminta status kinerja tertinggi dari prosesor. Status kinerja prosesor ditentukan oleh Konfigurasi Lanjut dan Antarmuka Daya (ACPI) spesifikasi, standar terbuka didukung oleh semua sistem operasi utama;. Ada software tambahan atau driver yang diperlukan untuk mendukung teknologi Konsep disain Turbo Boost umumnya disebut sebagai "overclocking dinamis". Clock rate meningkat dibatasi oleh daya prosesor, batas saat ini dan termal, serta jumlah core yang sedang digunakan dan frekuensi maksimum core yang aktif. Ketika beban kerja pada prosesor panggilan untuk performa yang lebih cepat, dan prosesor di bawah batas-batasnya, jam prosesor akan meningkatkan frekuensi operasi secara bertahap teratur sebagai diperlukan untuk memenuhi permintaan. Frekuensi meningkat terjadi pada penambahan sebesar 133 MHz untuk prosesor Nehalem mikroarsitektur dan 100 MHz untuk prosesor mikroarsitektur Sandy Bridge. Ketika salah satu batas listrik atau termal dicapai, frekuensi operasi secara otomatis menurun pada decrements dari 133 MHz sampai MHz/100 prosesor lagi beroperasi dalam batas desain. Sebuah fitur serupa yang disebut Intel Dinamis Percepatan (IDA) yang tersedia pada banyak Core 2 platform berbasis Centrino. Fitur ini tidak menerima perlakuan pemasaran yang diberikan kepada Turbo Boost. Intel Dinamis Percepatan dinamis berubah frekuensi inti sebagai fungsi dari jumlah core yang aktif. Ketika sistem operasi menginstruksikan salah satu core aktif untuk memasuki kondisi tidur C3 menggunakan Konfigurasi Lanjut dan Antarmuka Daya (ACPI), inti aktif lainnya (s) secara dinamis dipercepat ke frekuensi yang lebih tinggi.


F. QPI (Quick Path Interconnect)Teknologi ini mirip dengan teknologi transportasi hiper amd, tetapi itu jauh lebih cepat dari itu. Apa yang dilakukannya itu QPI menghilangkan FSB (Front Side Bus) pada prosesor standar. Xeon dan prosesor core i7 memberikan 25,6 link per GB / s yang dua kali lipat dari 1600MHz FSB. Arsitektur QPI menyediakan kontroler memori yang terpisah yang terintegrasi untuk masing-masing inti sehingga bukan memori dan I / O permintaan berbagi bus dan menunggu siklus banyak, QPI dan bus memori yang terpisah. QPI juga menyediakan saluran terpisah untuk menulis dan membaca, sehingga tugas-tugas ini dapat dilakukan secara paralel. Intel QuickPath Interconnect (QuickPath, QPI) adalah point-to-point prosesor interkoneksi dikembangkan oleh Intel yang menggantikan Front Side Bus (FSB) di Xeon, Itanium, dan platform desktop tertentu. Ini dirancang untuk bersaing dengan HyperTransport. Intel pertama disampaikan itu pada bulan November 2008 tentang prosesor desktop Intel Core i7-9xx dan chipset X58. Intel QPI dikembangkan di Massachusetts yang Mikroprosesor Design Center (MMDC) oleh anggota dari apa yang telah DEC Alpha Development Group, yang diperoleh dari Intel Compaq dan HP. Sebelum pengumuman nama itu, Intel menyebutnya sebagai System Interface umum (CSI). Inkarnasi sebelumnya dikenal sebagai YAP (Namun Protokol lain) dan YAP +


QPI merupakan elemen dari arsitektur sistem yang Intel menyebut arsitektur QuickPath yang mengimplementasikan apa yang Intel menyebut teknologi QuickPath. Dalam bentuk yang paling sederhana pada motherboard tunggal-prosesor, sebuah QPI tunggal digunakan untuk menghubungkan prosesor dengan IO Hub (misalnya, untuk menghubungkan prosesor Intel Core i7 ke X58). Dalam kasus yang lebih kompleks dari arsitektur, terpisah QPI pasang link yang menghubungkan satu atau lebih prosesor dan satu atau lebih IO hub atau hub routing dalam jaringan pada motherboard, yang memungkinkan semua komponen untuk mengakses komponen lain melalui jaringan. Seperti HyperTransport, Arsitektur QuickPath mengasumsikan bahwa prosesor akan memiliki kontroler memori terintegrasi, dan memungkinkan akses yang tidak seragam memori (NUMA) arsitektur. Ini pertama kali dirilis pada prosesor Xeon pada Maret 2009 dan prosesor Itanium pada bulan Februari 2010 Setiap QPI terdiri dari dua 20-jalur link data point-to-point, satu di setiap arah (full duplex), dengan sepasang jam terpisah di setiap arah, untuk total 42 sinyal. Setiap sinyal adalah sepasang diferensial, sehingga jumlah total pin adalah 84. Ke-20 jalur data yang dibagi ke empat "kuadran" dari 5 jalur masing-masing. Unit dasar transfer adalah 80-bit "melayang", yang ditransfer dalam dua siklus clock (empat transfer 20 bit, dua per clock) dalam 80-bit "melayang" memiliki 8 bit untuk deteksi error, 8 bit untuk "link-layer header, "dan 64 bit untuk" data ". Bandwidth QPI diiklankan dengan menghitung transfer 64 bit (8 byte) dari data setiap jam siklus dua di setiap arah Meskipun implementasi awal menggunakan tunggal empat kuadran link, spesifikasi QPI memungkinkan implementasi lainnya. Masing-masing kuadran dapat digunakan secara terpisah. Pada tinggi kehandalan server, link QPI dapat beroperasi dalam modus terdegradasi. Jika satu atau lebih dari 20 +1 sinyal gagal, antarmuka akan beroperasi menggunakan 10 +1 atau bahkan 5 +1 sinyal yang tersisa, bahkan pemindahan clock untuk sinyal data jika clock gagal. Implementasi awal Nehalem menggunakan interface empat kuadran penuh untuk mencapai 25,6 GB / s, yang menyediakan persis dua kali lipat bandwidth teoritis dari Intel 1600 MHz FSB digunakan di chipset X48. Meskipun prosesor Core i7 beberapa menggunakan QPI, antara Nehalem desktop dan prosesor mobile (misalnya Core i3, Core i5, dan prosesor Core i7 lainnya) setidaknya dalam mode eksternal diakses. Prosesor ini tidak dapat berpartisipasi dalam sistem multiprosesor. Sebaliknya, mereka langsung menerapkan DMI dan PCI-e interface, menghindarkan kebutuhan untuk perangkat "sebelah utara" atau bus prosesor dari jenis apa pun. 24 | T u g a s A r s i t e k t u r d a n O r g a n i s a s i K o m p u t e r

QPI beroperasi pada tingkat clock baik 2,4 GHz, 2,93 GHz, atau 3,2 GHz. Clock rate untuk link tertentu tergantung pada kemampuan komponen pada setiap akhir link dan karakteristik sinyal dari jalur sinyal pada papan sirkuit tercetak. Non-ekstrim prosesor Core i7 9xx dibatasi untuk frekuensi 2,4 GHz pada jam referensi saham. Transfer Bit terjadi pada kedua naik dan ujung-ujungnya jatuh pada jam, sehingga transfer rate dua kali lipat dari clock rate. Intel menggambarkan throughput data (dalam GB / s) hanya dengan menghitung muatan 64-bit data dalam setiap "melayang" 80-bit. Namun, Intel kemudian menggandakan hasilnya karena searah mengirim dan menerima sepasang link yang dapat secara bersamaan aktif. Dengan demikian, Intel menggambarkan 20-jalur QPI sepasang link (mengirim dan menerima) dengan clock 3,2 GHz sebagai memiliki data rate 25,6 GB / s. Tingkat clock 2,4 GHz hasil data rate 19,2 GB / s. Lebih umum, menurut definisi ini dua-link 20-jalur QPI transfer delapan byte per siklus clock, empat di setiap arah. QPI ditetapkan sebagai arsitektur lima lapisan, dengan link yang terpisah fisik,, routing, transportasi, dan lapisan protokol. Dalam perangkat dimaksudkan hanya untuk point-topoint menggunakan QPI dengan forwarding tidak, seperti Core i7-9xx dan DP Xeon, lapisan transport tidak hadir dan lapisan routing minimal.

G. DDR3 Memori Dengan Kecepatan Lebih TinggiArsitektur Nehalem memiliki performa yang jauh lebih cepat dari desain arsitektur sebelumnya sehingga secara logis memiliki harga jual yang lebih mahal. RAM DDR3 memiliki kecepatan 2 kali lebih cepat dibandingkan dengan RAM DDR2 dan juga mempertahankan rasio yang sama ketika menangani buffer prefetch. Buffer prefetch digunakan untuk buffer instruksi untuk prosesor ketika melakukan beberapa operasi dan logic yang lebih besar. Semakin besar ukuran buffer prefetch mengarah pada kinerja yang lebih baik. Nehalem melakukan hal-hal bumbu sedikit di departemen memori, bukan hanya tidak memiliki memori controller terintegrasi (yang pertama untuk prosesor Intel x86) tapi memory controller tersebut memiliki konfigurasi tiga saluran yang tidak biasa. Semua AMD dan Intel sistem lain menggunakan dual channel DDR2 atau kontroler memori DDR3, dengan saluran masing-masing menjadi 64-bit lebar, Anda harus memasang memori secara berpasangan untuk kinerja puncak.


Dengan memory controller tiga channel DDR3, Nehalem memerlukan penggunaan tiga modul DDR3 untuk mencapai bandwidth puncak - yang juga berarti bahwa produsen memori akan menjual khusus 3-channel DDR3 kit dibuat khusus untuk Nehalem. Pembuat motherboard akan melakukan satu dari dua hal untuk melaksanakan tigachannel memory interface Nehalem pada papan; Anda juga akan melihat papan dengan empat slot DIMM atau papan dengan enam. Dalam konfigurasi empat-slot pertama tiga slot sesuai dengan tiga saluran pertama, slot keempat hanya berbagi salah satu saluran memori. Kelemahan pendekatan ini adalah bahwa bandwidth memori Anda turun ke single-channel kinerja setelah Anda mulai mengisi memori Anda. Misalnya, jika Anda memiliki 4 x tongkat 1GB, 3GB pertama dari memori akan disisipkan antara tiga saluran memori dan Anda akan mendapatkan 25.6GB / s bandwidth untuk data yang disimpan dalam 3GB pertama. 1GB akhir namun tidak akan disisipkan dan Anda hanya akan mendapatkan 8.5GB / s bandwidth untuk itu. Meskipun sifat tidak seimbang bandwidth memori dalam hal ini, bandwidth agregat Anda masih lebih besar dalam konfigurasi ini dari pengaturan dual-channel. Pengaturan lebih umum akan menjadi enam slot DIMM mana setiap channel DDR3 terhubung ke sepasang slot DIMM. Dalam konfigurasi ini selama Anda menginstal DIMM dalam rangkap tiga Anda akan selalu mendapatkan 25.6GB penuh / s bandwidth memori. Intel secara resmi hanya mendukung hingga DDR3-1066 di Nehalem, tetapi 1333MHz dan 1600MHz memukul bukanlah berkat masalah untuk DDR3 menjadi teknologi matang yang sudah digunakan sampai tulisan untuk tugas ini dibuat.

H. Konsumsi Daya Lebih Hemat EnergiNode Manajer Intelligent Power untuk server Xeon secara otomatis akan menyesuaikan daya untuk daya yang optimal untuk rasio kinerja seperti disebutkan pada pembahasan mengenai fitur turbo boost. Hal ini menyebabkan manajemen daya yang lebih baik dan konsumsi daya sehingga lebih rendah.


Telah dilaporkan bahwa Nehalem memiliki fokus pada kinerja, sehingga ukuran inti core yang meningkat dibandingkan dengan Penryn. Nehalem memiliki keunggulan yang diantaranya: a. 10-25% lebih single-threaded kinerja / 20-100% kinerja yang lebih multithreaded pada tingkat daya yang sama. b. 30% lebih rendah untuk penggunaan daya kinerja yang sama. c. Nehalem menyediakan 15-20% clock-for-clock dalam kinerja per inti core (rata-rata)

Overclocking adalah mungkin dengan prosesor Bloomfield dan chipset X58. Prosesor Lynnfield menggunakan PCH menghilangkan kebutuhan untuk chipset Northbridge. Prosesor Nehalem menggabungkan SSE 4,2 instruksi SIMD, menambahkan 7 instruksi baru ke set 4,1 SSE dalam seri Core 2. Arsitektur Nehalem mengurangi latency operasi atom sebesar 50% dalam upaya untuk menghilangkan biaya overhead atom. Manajemen daya adalah fitur dari perangkat listrik, termasuk komputer, yang mencoba untuk "mematikan" atau tertentu tempat atau semua bagian dari perangkat di beberapa negara rendah-daya ketika tidak aktif hadir. Mengelola energi yang dikonsumsi oleh mikroprosesor memperpanjang masa pakai baterai, mengurangi pendinginan persyaratan, mengurangi kebisingan listrik, dan mengurangi biaya operasi. Sejak komputasi mobile menjadi lebih mana-mana, manajemen daya menjadi lebih penting dalam listrik ponsel perangkat seperti laptop, ponsel, dan asisten pribadi digital.


KesimpulanDengan munculnya Nehalem, Intel membuat lompatan raksasa dari apa yang secara fundamental masih puluhan tahun yang monolitik-prosesor-plus-FSB platform untuk sebuah SoC sepenuhnya modern dan platform. Lompatan ini ini telah berlangsung lama (AMD melakukannya setahun sebelumnya), tapi ketika Intel membuatnya pada kuartal keempat pembuatan Nehalem, hal ini akan mengubah segala sesuatu tentang gambar platform yang lebih luas tersebut. Peningkatan bandwidth saja akan meningkatkan kinerja pada server multisocket, dan platform bahkan desktop dan mobile akan mendapatkan keuntungan dari tingkat integrasi yang lebih tinggi dan kinerja bahwa kontroler memori terintegrasi membawa serta. Prosesor berperforma lebih baik dibandingkan AMD Phenom dan intel inti 2 prosesor ekstrim tersedia di pasar. Meningkatkan kinerja ekstra selalu disambut oleh gamer. Ketika kinerja diuji pada game World of Konflik prosesor Phenom memberikan 136 fps, Core 2 ekstrim memberikan 220 fps sedangkan prosesor arsitektur Nehalem berbasis memberi keluar 250 fps. Intel Nehalem kembali mendukung teknologi Hyper threading technology (HTT) digunakan oleh intel yang berarti simultan multi-threading yang menyebabkan sistem operasi untuk berinteraksi dengan prosesor tunggal seperti jika Anda memiliki prosesor ganda. Jadi dua kali lipat jumlah thread yang dapat ditangani oleh prosesor pada satu waktu. Jadi jika Anda memiliki prosesor Nehalem quad core berbasis dapat menangani 8 thread akan dengan logika yang sama. Intel membuat perbaikan besar lainnya untuk front end Nehalem di bidang macrofusion. Anda mungkin ingat dari artikel saya tentang Core 2 Duo yang macrofusion adalah teknik yang mikroarsitektur Inti digunakan untuk sekering beberapa pasang instruksi x86 (bandingkan melompat +) bersama-sama sebelum decoding. Pada siklus ketika dua instruksi dapat macrofused, hal ini memberikan front end prosesor "virtual" decoder kelima, karena decoding instruksi x86 ekstra. Salah satu fitur terbaru yang diusung Intel Nehalem adalah Turbo boost: Kontrol kinerja Dinamis ini mirip dengan Overclocking dalam prosesor standar tetapi tidak seperti prosesor standar dimana Anda harus secara manual overclock atau di bawah-jam prosesor supaya cocok dengan kebutuhan kinerja Anda, dalam hal ini ditangani secara otomatis oleh prosesor tergantung pada beban sistem. Jadi jika beban lebih tinggi secara otomatis dapat meningkatkan clock rate pada dasarnya yaitu meningkatkan frekuensi dan saat beban berkurang maka secara otomatis menurunkan clock rate itu. 28 | T u g a s A r s i t e k t u r d a n O r g a n i s a s i K o m p u t e r

Teknologi lain dalam Nehalem yang tidak kalah hebat adalah QPI (Quick Path Interconnect) yaitu teknologi yang mirip dengan teknologi transportasi hiper amd, tetapi itu jauh lebih cepat dari itu. Apa yang dilakukannya itu QPI menghilangkan FSB (Front Side Bus) pada prosesor standar. Xeon dan prosesor core i7 memberikan 25,6 link per GB / s yang dua kali lipat dari 1600MHz FSB. Arsitektur Nehalem juga mendukung lebih cepat (sehingga secara logis lebih mahal) RAM: RAM DDR3 adalah 2wice secepat dibandingkan dengan DDR-2 RAM dan juga mempertahankan rasio yang sama ketika datang ke buffer prefetch. Buffer prefetch digunakan untuk buffer instruksi untuk prosesor ketika melakukan beberapa operasi dan logis yang lebih besar ukuran buffer prefetch mengarah pada kinerja yang lebih baik Yang tidak kalah penting dari arsitektur Nehalem adalah dukungan hemat energy. Node Manajer Intelligent Power secara otomatis akan menyesuaikan daya untuk daya yang optimal untuk rasio kinerja (ini sudah disebutkan ketika fitur turbo boost dijelaskan). Hal ini menyebabkan manajemen daya yang lebih baik dan konsumsi daya yang lebih rendah.


Daftar Pustakaa. Nehalem (microarchitecure), http://en.wikipedia.org/wiki/Nehalem_%28microarchitecture%29 b. Intel Tic Toc, http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Tick-Tock c. What you need to know about Intel's Nehalem CPU, http://arstechnica.com/hardware/news/2008/04/what-you-need-to-know-aboutnehalem.ars d. How the Nehalem Microprocessor Microarchitecture Works, http://computer.howstuffworks.com/nehalem-microprocessor-microarchitecture.htm e. Intel Nehalem Architecture: Whats New?, http://ramannanda.blogspot.com/2009/05/intels-nehalem-architecture-whatsnew.html f. Intel Turbo Boost Technology On Demand Processor Performance, http://www.intel.com/content/www/us/en/architecture-and-technology/turboboost/turbo-boost-technology.html g. Intel Turbo Boost, http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Turbo_Boost I. Intel Quick Path Interconnect, http://en.wikipedia.org/wiki/Intel_QuickPath_Interconnect J. Intel Quick Path Interconnect Mazimize Multicore Performance, http://www.intel.com/content/www/us/en/io/quickpath-technology/quickpathtechnology-general.html K. Understanding Nehalems Memory Architecture, http://www.anandtech.com/show/2658/5 L. Bagaimana Dampak Kecepatan DDR3?, http://www.anandtech.com/show/2658/6 M. Intel Nehalem based systems with QPI, http://www.qdpma.com/SystemArchitecture/SystemArchitecture_QPI.html


Documents

Tugas Arsitektur Dan Organisasi Komputer Kelompok XA