Các đ c đi m công ngh m i ặ ể ệ ớ
B vi x lýộ ử m iớ đ c ch t oượ ế ạ v iớ công nghệ 45nm, b nh đ mộ ớ ệ 18MB L3, và có
kh năngả h tr ỗ ợ t nầ số khác nhau, t 1,8ừ GHz đ nế l nớ h n 2,6ơGHz. . V i tính năngớ
Hyper-Threading n i b t có kh năng x lí đa lu ng và m t s tính năng khác nh :ổ ậ ả ử ồ ộ ố ư
• Intel Virtualization (Vt-x)
• Enhanced Intel SpeedStep
• 64 bit
• Execute Disable Bit
• Intel Turbo Boost
1)HyperThreading
Internet, th ng mai điên t va phân mêm ng dung doanh nghiêp đang ngay cang đoiươ ư ư
hoi nhiêu năng l c tinh toan cua cac may chu h n. Đê nâng cao tôc đô, phân mêm cân ư ơ
phai đ c “phân luông” - cac chi thi se đ c chia thanh nhiêu dong lênh đê co thê x ly ươ ươ ư
đông th i trên nhiêu bô x ly. ơ ư Intel đa đ a ra công nghê “phân luông” cho phep nâng cao ư
tôc đô va kha năng tinh toan song song cho nh ng ng dung đa luông. Công nghê m i ư ư ơ
cua Intel mô phong môi bô vi x ly vât ly nh la hai bô vi x ly luân ly (logic), tai nguyên ư ư ư
vât ly đ c chia se va co câu truc chung giông hêt nhau cho ca hai bô x ly lôgic. Hê điêu ươ ư
hanh va phân mêm ng dung se “t ng” nh đang chay trên hai hay nhiêu bô x ly, kêt ư ươ ư ư
qua la tôc đô x ly trung binh co thê tăng lên xâp xi 40% đôi v i môt bô x ly vât ly, Intel ư ơ ư
goi công nghê nay la Hyper-Threading (HT - tam dich la siêu luông).
Công nghê siêu luông cho phep cac phân mêm ng dung đ c viêt cho nh ng may chu ư ươ ư
đa luông co thê th c hiên cac chi thi song song đông th i trên môi bô x ly riêng, băng ư ơ ư
cach nay se cai thiên t c thi tôc đô giao dich cung nh th i gian đap ng va cac yêu câu ư ư ơ ư
đăc thu khac cua phân mêm nghiêp vu va th ng mai điên t . Công nghê nay t ng thich ươ ư ươ
v i cac phân mêm ng dung va hê điêu hanh săn co trên cac may chu, no cho phep hôơ ư
tr nhiêu ng i dung h n va tăng khôi l ng công viêc đ c x ly trên môt may chu. V iơ ươ ơ ươ ươ ư ơ
cac may tram cao câp, công nghê siêu phân luông cung se tăng đang kê tôc đô cac phân
mêm ng dung đoi hoi năng l c tinh toan cao, vi du nh phân mêm thiêt kê 3 chiêu, x ly ư ư ư ư
anh hay video… Trong th i gian t i se xuât hiên ngay cang nhiêu phân mêm đ c thiêt kê ơ ơ ươ
đăc biêt va tôi u hoa cho công nghê nay. ư
T thang 1-2002, công nghê siêu luông đa đ c Intel đ a vao cac bô vi x ly Xeon đ iư ươ ư ư ơ
m i, kh i đâu v i cac bô x ly co tôc đô 1,8GHz va 2,0GHz v i 512KB cache th câp, sanơ ơ ơ ư ơ ư
xuât băng công nghê 0,13 micron (Xeon 1,7GHz, 1,8GHz, 2,0GHz v i 256KB cache th ơ ư
câp đ c san xuât băng công nghê 0,18 không hô tr siêu luông). Tai th i điêm đâu tiên ươ ơ ơ
khi Intel gi i thiêu bô x ly Xeon cung v i chipset 860, chi co môt sô rât it cac nha sanơ ư ơ
xuât hang đâu nh IBM, Compaq, Dell, SuperMicro, Tyan… hô tr bô vi x ly nay, sô ư ơ ư
l ng san phâm cung rât it. Tuy nhiên t i th i điêm hiên nay, khi co thêm cac chipset hôươ ơ ơ
tr bô x ly Xeon nh E7500 va Serverworks GC, nhiêu nha san xuât khac đa co sanơ ư ư
phâm hô tr bô x ly Xeon. Đăc biêt SuperMicro đa gân nh “bo r i” Pentium III v i viêc ơ ư ư ơ ơ
cho ra đ i t i h n 20 loai motherboard hô tr bô x ly Xeon, ch ng to Xeon v i công nghêơ ơ ơ ơ ư ư ơ
siêu luông la s thay thê x ng đang. ư ư
Tuy nhiên đôi v i đa sô ng i dung, nhât la ng i dung may tinh đê ban thi công nghê HT ơ ươ ươ
con kha xa la. Bai viêt nay giup cac ban hiêu ro h n vê công nghê siêu luông, nhât la khi ơ
Intel chuân bi đ a ra bô x ly Pentium 4 danh cho desktop ap dung công nghê siêu luông ư ư
(tôc đô kh i điêm la 3,06GHz). ơ
Công Nghê Hyper--Threading Va Simultaneous Multi-Threading (Smt)
Minh h a cho cách SMT (Hyper Threading) làm tăng hi u qu x lý c a CPUọ ệ ả ử ủ
INTEL PHAT TRIÊN SMT t môt công nghê gôc co tên ma la Jackson, no đ c gi i thiêu taiư ươ ơ
diên đan cac nha phat triên Intel Development Forum v i môt cai tên gân gui h n la ơ ơ
Hyper-Threading – công nghê siêu luông. Tr c khi co thê hiêu vê cach th c hoat đông ươ ư
cua công nghê nay, chung ta cân phai tim hiêu c ban vê no, đăc biêt la vê chuôi lênh va ơ
cach chung hoat đông.
Cai gi lam cho môt ng dung co thê chay? Lam thê nao CPU biêt cac chi dân đê th c hiên ư ư
va th c hiên v i d liêu nao? Tât ca nh ng thông tin nay co ch a trong ma biên dich cua ư ơ ư ư ư
ng dung ma ban đang chay môi khi ban nap ng dung đo vao. Ûng dung lân l t g i cacư ư ươ ư
chuôi lênh bao cho CPU biêt phai lam gi đê đap ng, va đôi v i CPU chuôi lênh se la môt ư ơ
tâp cac chi thi cân phai th c thi. CPU biêt chinh xac cac chi thi nay năm đâu nh thanh ư ơ ơ
ghi goi la Program Counter (PC). PC luôn chi đên vi tri trong bô nh n i ma cac chi thi cân ơ ơ
th c hiên tiêp theo đa đ c l u gi , nh vây môt khi chuôi lênh đ c g i đên CPU thi điaư ươ ư ư ư ươ ư
chi trong bô nh cua chuôi lênh nay đa đ c nap săn vao PC, vi vây CPU biêt băt đâu ơ ươ
th c hiên t đâu. Sau môi chi thi, PC se tăng lên va qua trinh tiêp tuc đên hêt chuôi lênh.ư ư
Khi chuôi lênh đ c th c hiên xong, PC se bi ghi đe b i chi thi tiêp theo. Chuôi lênh co ươ ư ơ
thê bi ngăt b i môt yêu câu khac, khi đo CPU se l u gia tri hiên tai cua PC trong ngăn xêp ơ ư
(stack) va nap gia tri m i vao PC, tuy nhiên han chê la tai môi th i điêm chi co thê co duy ơ ơ
nhât môt chuôi lênh đ c th c thi. Môt h ng giai quyêt chung cho vân đê nay la s dung ươ ư ươ ư
hai hay nhiêu CPU, nêu tai môi th i điêm môt CPU chi co thê th c thi môt chuôi lênh thi ơ ư
hai hay nhiêu CPU se th c thi đ c hai hay nhiêu chuôi lênh. Tuy vây, lai co nhiêu vân đê ư ươ
nay sinh v i cach giai quyêt nay, tr c hêt la nhiêu CPU se tôn nhiêu tiên, quan trong h n ơ ươ ơ
n a la viêc quan ly hai hay nhiêu CPU đê chung chia se tôt tai nguyên chung. Vi du, choư
t i tr c khi chipset AMD 760MP đ c đ a ra, tât ca cac nên tang x86 đa bô x ly chi hôơ ươ ươ ư ư
tr viêc chia băng thông săn co gi a cac CPU, điêu quan trong nhât la cac ng dung vaơ ư ư
hê điêu hanh cân phai co kha năng hô tr tinh năng nay. Hiên nay, đê giai quyêt nhanh ơ
cac chuôi lênh ph c tap, phân c ng noi chung phai nh vao ph ng an x ly đa luông, hê ư ư ơ ươ ư
điêu hanh phai hô tr x ly đa luông, va phai tăng tôc đô môt cach thât s , giông nh co ơ ư ư ư
nhiêu bô x ly (trong hâu hêt cac tr ng h p). Công nghê siêu luông cua Intel giai quyêt ư ươ ơ
vân đê băng cach th c hiên nhiêu h n môt chuôi lênh tai cung môt th i điêm. ư ơ ơ
Cac bô vi x ly hoat đông không hiêu qua! ư
Thuât ng hiêu qua ư co ve nh la môt vong luân quân, giông nh con ng i chi s dung ư ư ươ ư
môt phân nho s c manh bô nao cua minh, CPU cung vây. ư
Lây Pentium 4 lam vi du, CPU nay co tông công 7 đ n vi th c ơ ư
thi, hai trong sô đo co thê th c hiên hai vi lênh môi xung nhip ư
(goi la double pumped ALUs). Nh ng ngay ca nh vây thi ban ư ư
cung không thê tim đ c phân mêm nao tân dung hêt cac đ n ươ ơ
vi th c thi đo. Hâu hêt cac phân mêm cho may tinh ca nhân ư
đang s dung chi lam viêc v i môt it phep tinh sô nguyên như ơ ư
nap va l u tr ma không hê đông đên đ n vi th c thi dâu châm ư ư ơ ư
đông. Con môt sô phân mêm kiêu nh Maya thi chi tâp trung ư
vao môi đ n vi x ly dâu châm đông ma không s dung đên ơ ư ư
đ n vi x ly sô nguyên. Ngay ca ng dung chu yêu s dung phep tinh sô nguyên cungơ ư ư ư
không tân dung tât ca cac đ n vi x ly sô nguyên, đăc biêt la đ n vi x ly sô nguyên ơ ư ơ ư
“châm”, môt thanh phân trong CPU chuyên dung cho phep “dich chuyên” hay “xoay”.
Đê minh hoa ro h n hay th đăt gia thiêt môt CPU v i 3 đ n vi th c thi: môt đ n vi sô ơ ư ơ ơ ư ơ
nguyên, môt đ n vi dâu châm đông va môt đ n vi nap/l u tr (đ n vi dung đê đoc/ghi bô ơ ơ ư ư ơ
nh ). Gia s CPU co thê th c hiên moi lênh trong vong môt chu ky xung nhip va đông th iơ ư ư ơ
giai quyêt nhiêu mênh lênh t i ca ba đ n vi th c thi. Bây gi hay đ a cho CPU môt chuôi ơ ơ ư ơ ư
lênh nh cac chi dân sau đây: ư
1+1
10+1
Store Previous Result
Biêu đô d i đây se giup minh hoa m c đô cua cac đ n vi th c thi, mau xam biêu thi đ n ươ ư ơ ư ơ
vi th c thi không s dung, mau xanh cho biêt đ n vi th c thi hoat đông. ư ư ơ ư
Ban co thê thây răng trong môi xung nhip se chi co 33% trong sô cac đ n vi đ c s ơ ươ ư
dung, va trong cac phep toan nay hoan toan không s dung ư
đ n vi x ly dâu châm đông FPU. Theo Intel thi hâu hêt cacơ ư
ma lênh IA-32 x86 chi s dung khoang 35% sô cac đ n vi ư ơ
th c thi cua Pentium 4.ư
Th g i môt chuôi lênh khac đên cac đ n vi th c thi cua CPU,ư ư ơ ư
lân nay la cac lênh tai, công va l u tr theo th t : ư ư ư ư
Môt lân n a ban thây răng cung chi s dung co 33% sô cac ư ư
đ n vi th c thi. Thuât toan x ly song song ma chung tôi côơ ư ư
găng chi ra đây đ c goi la ILP (instruction level parallelism), đo cac chi dân ph c tap ơ ươ ơ ư
đ c th c hiên đông th i b i vi CPU co kha năng “điên đây” cac đ n vi x ly song song,ươ ư ơ ơ ơ ư
t c la co nhiêu h n 33% sô đ n vi x ly đ c s dung. Đang tiêc la trên th c tê hâu hêtư ơ ơ ư ươ ư ư
cac ma lênh x86 không phai la ILP, vi vây ban phai tim nh ng cach khac đê tăng hiêu ư
qua. Vi du, hê thông cua ban co 2 CPU va chung co thê th c hiên cac chuôi lênh đông ư
th i, cach nay đ c biêt đên nh la x ly song song theo luông đê tăng c ng hiêu năng,ơ ươ ư ư ươ
tuy nhiên lai rât tôn kem.
Vây co cach nao khac đê s dung tôt h n s c manh th c thi vôn co cua bô x ly x86? ư ơ ư ư ư
Gi i Thiêu Công Nghê Hyper---Threadingơ
Co môt vai nguyên nhân lam cho cac đ n vi th c thi không đ c s dung th ng xuyên. ơ ư ươ ư ươ
Noi chung, CPU không thê lây d liêu nhanh nh no mong muôn do tăc nghen đ ng ư ư ươ
truyên (memory bus va front-side-bus), dân đên s giam sut hoat đông cua cac đ n vi ư ơ
th c thi. Ngoai ra, môt nguyên nhân khac đa đ c đê câp la co qua it ILP trong hâu hêtư ươ
cac chuôi lênh th c thi. ư
Hiên th i cach ma đa sô cac nha san xuât CPU dung đê cai ơ
thiên hiêu năng trong cac thê hê CPU cua ho la tăng tôc đô
xung nhip va tăng đô l n cua bô nh đêm (cache). Nh ng cho ơ ơ ư
du ca hai cach nay cung đ c s dung thi vân không th c s ươ ư ư ư
s dung hêt đ c tiêm năng săn co cua CPU. Nêu co cach naoư ươ
đo cho phep th c thi đ c nhiêu chuôi lênh đông th i m i co ư ươ ơ ơ
thê tăng hiêu qua s dung tai nguyên cua CPU. Đo chinh la cai ma công nghê siêu luông ư
cua Intel đa lam đ c, ban chât cua no la chia se tai nguyên đê s dung hiêu qua h n cac ươ ư ơ
đ n vi th c thi lênh đa co săn trên cac CPU đo.ơ ư
Hyper threading - siêu luông la môt cai tên “tiêp thi” cho môt công nghê năm ngoai “v ng ươ
quôc” x86, la môt phân nho cua SMT. Y t ng đăng sau SMT rât đ n gian: môt CPU vât ươ ơ
ly se xuât hiên trên hê điêu hanh nh la hai CPU va hê điêu hanh không thê phân biêt ư
đ c. Trong ca hai tr ng h p nhiêm vu cua hê điêu hanh chi la g i hai chuôi lênh t iươ ươ ơ ư ơ
“hai” CPU va phân c ng se đam nhiêm nh ng công viêc con lai. ư ư
Trong cac CPU s dung công nghê Hyper-Threading, môi CPU logic s h u môt tâp cac ư ơ ư
thanh ghi, kê ca thanh ghi đêm ch ng trinh PC riêng (separate program counter), CPU ươ
vât ly se luân phiên cac giai đoan tim/giai ma gi a hai CPU logic va chi cô găng th c thi ư ư
nh ng thao tac t hai chuôi lênh đông th i theo cach h ng t i nh ng đ n vi th c thi itư ư ơ ươ ơ ư ơ ư
đ c s dung.ươ ư
Khi gi i thiêu tai diên đan cac nha phat triên, công nghê nay đ c trinh diên trên bô x lyơ ươ ư
Xeon cung v i phân mêm d ng hinh (rendering) cua Maya, trong thi nghiêm đo môt bô x ơ ư ư
ly Xeon v i công nghê siêu luông đa chay nhanh h n 30% so v i bô x ly Xeon thông ơ ơ ơ ư
th ng. L i ich vê tôc đô ân t ng đên nôi chăng ai buôn đê y răng th c tê công nghêươ ơ ươ ư
nay đa co săn trên tât ca cac loi (nhân) cua CPU Pentium 4 va Xeon, nh ng chi đ n gian ư ơ
la đa bi chinh Intel vô hiêu hoa. Nh ng ai đa mua CPU Xeon đ i m i (0,13 micron) cho ư ơ ơ
cac workstation/server nên nâng câp BIOS va co thê se rât ngac nhiên v i tuy chon thu vi: ơ
cho phep hay vô hiêu hoa Hyper-Threading. Hiên tai Intel đang măc đinh vô hiêu hoa
công nghê nay đôi v i cac CPU danh cho may tinh đê ban, nh ng trong t ng lai rât gân ơ ư ươ
no se đ c kich hoat b i tuy chon đăc biêt trong BIOS cua cac nha san xuât bo me. ươ ơ
Co thê ban se hoi răng tai sao Intel lai măc đinh vô hiêu hoa môt công nghê “hay” nh ư
vây, tai sao no lai không đ c s dung trong tât ca cac bô x ly m i cua Intel? Đê co ươ ư ư ơ
đ c câu tra l i, chung ta hay xem xet ky h nươ ơ ơ
Hyper----Threading: Không Phai La Hoan Hao
Ban con nh vi du vê hai chuôi lênh tr c đây không? Bây gi ơ ươ ơ
gia thiêt răng CPU đ n gian tr c đây cua ban cung co cac đăc ơ ươ
tinh cua Hyper-Threading va hay xem cai gi se xay ra khi th c ư
thi đông th i hai chuôi lênh đo: ơ
Nh ng ô mau xanh thâm hiên thi môt chi dân t chuôi lênh thư ư ư
nhât đang đ c th c hiên, trong khi nh ng ô mau la cây hiên ươ ư ư
thi môt chi dân t chuôi lênh th hai đang đ c th c hiên. Cac ư ư ươ ư
ô mau xam hiên thi nh ng đ n vi th c hiên không đ c s ư ơ ư ươ ư
dung, trong khi cac ô mau đo hiên thi xung đôt khi ma ca hai chi
dân đêu cô găng s dung cung môt đ n vi th c hiên. ư ơ ư
Ro rang la không nh ban trông đ i, viêc th c hiên song song hai chuôi lênh v i công ư ơ ư ơ
nghê siêu luông lai th c hiên châm h n so v i môt CPU thông th ng. Nguyên nhân thât ư ơ ơ ươ
ra c c ky đ n gian: ban đang cô găng đông th i th c hiên hai chuôi lênh qua đ n gian, tâtư ơ ơ ư ơ
ca đêu la trung lăp v i lênh add, load, store. Nêu ban chay cac ng dung đoi hoi nhiêu ơ ư
năng l c tinh toan đông cung v i cac ng dung sô nguyên thi kêt qua se khac đi, vân đêư ơ ư
la ban s dung ng dung loai nao nhiêu h n trên may tinh đê ban? Hiên tai cac ng dung ư ư ơ ư
văn phong trên may tinh đê ban hâu nh chi s dung sô nguyên (va trong t ng lai chăc ư ư ươ
cung vân chi s dung sô nguyên). Vi vây l i ich ma công nghê siêu luông đem lai thâp (va ư ơ
đôi khi con kem h n không dung công nghê siêu luông). Trên th c tê, nêu ban kich hoat ơ ư
tinh năng “siêu luông” trên may tinh desktop cua minh, ban co thê chăng đ c gi ngoai tr ươ ư
phai tra gia băng viêc giam tôc đô t i 10%. Tuy nhiên ng i dung cac ng dung tinh toan ơ ươ ư
ph c tap (kiêu nh rendering cua Maya, 3DS) thi se đ c h ng l i rât nhiêu t côngư ư ươ ươ ơ ư
nghê nay. Ngoai ra công nghê nay cung tăng tôc đang kê cho cac may chu, nhât la cac
may chu web server.
Ban co thê tham khao kêt qua khao sat th nghiêm cua ETesting Labs: ư
www.intel.com/eBusiness/products/server/processor/Xeon/bm020902.htm.
L i Ich Cua Công Nghê Hyper Threadingơ
Co phai Intel đa tao ra hyper-threading chi đê cho cac CPU may chu? Tât nhiên la không.
Intel không đinh lang phi bât ky không gian trông nao trong CPU cua ho, kê ca trong
tr ng h p nay. Th c ra kiên truc NetBurst cua Pentium 4 va Xeon hiên nay hoan chinhươ ơ ư
v i loi SMT. Hay quay tr lai vi du tr c đây, gi ban cho noơ ơ ươ ơ
thêm môt đ n vi th c hiên - ơ ư môt ALU th 2 va th c hiên hai ư ư
chuôi lênh trên:
Ai cha! V i môt ALU th 2, xung đôt duy nhât ma ban găp ơ ư
phai la lân l u tr cuôi cung. Ban nên biêt răng CPU Pentium ư ư
4 đ c thiêt kê v i ba đ n vi sô nguyên (hai ALU va môt đ nươ ơ ơ ơ
vi x ly sô nguyên khac châm h n cho phep dich/xoay). Quan ư ơ
trong h n n a la môi ALU cua Pentium 4 co thê th c hiên hai ơ ư ư
vi lênh trong cung môt xung nhip, nghia la trong hai chi dân
add (phep công) môi chi dân co thê t hai chuôi lênh khac ư
nhau, đ c th c hiên đông th i trong môt xung nhip duy nhâtươ ư ơ
trên Pentium 4/Xeon.
Nh ng điêu đo vân ch a giai quyêt đ c vân đê cua ban, cho thây răng viêc tăng thêmư ư ươ
cac đ n vi x ly đê tăng hiêu qua v i công nghê siêu luông lai tôn kem đ ng t quan điêm ơ ư ơ ư ư