Шина QPI

За последние несколько лет, по мере того как производительность процессоров значительно возрастала, скорость работы системной шины была ограничивающим фактором общей производительности компьютеров. Даже несмотря на то, что процессор может выполнить большой объем работ очень быстро, ему нужно постоянно ждать, пока системная шина обеспечит необходимые коммуникации; поэтому процессор зачастую просто бездействует. Скорость системной шины также делает бессмысленной скорость оперативной памяти, поскольку скорость работы оперативной памяти в значительной степени превышает максимальную скорость работы системной шины.

Также системы шин (FSB +BSB) в силу своей конструкции поддерживали только одну коммуникацию за раз. Это означает, что если какому-либо компоненту нужно было взаимодействие с ЦП, ему приходилось ждать завершения текущей коммуникации, чтобы начать собственную коммуникацию. Также, перерывы могут использоваться для коммуникаций с высоким приоритетом. Эти перерывы, хотя и эффективны, также добавляют определенную перегрузку в общий объем коммуникаций системной шины. Все эти ожидания, совместно с перегрузкой могут создавать помехи для высокопроизводительных приложений.

С ростом популярности использования нескольких процессоров в системе, включая мощные и высокопроизводительные графические процессоры, ограничения системной шины становятся камнем преткновения для процессоров Intel.

Технология HyperTransport, разработанная компанией AMD и теперь находящаяся в распоряжении у HyperTransport Consortium, является не единственным игроком на арене. Не удивительно, что компания Intel разработала собственную систему непосредственного взаимодействия между точками, оптимизированную под работу в качестве механизма коммуникации между несколькими процессорами. Хотя технология QuickPath Interconnect вышла значительно позже своего конкурента, в компании проделали действительно отличную работу.

Intel QuickPath Interconnect или просто QuickPath, сокр. QPI (ранее Common System Interface, CSI) — последовательная кэш-когерентная шина типа точка-точка для соединения процессоров между собой и с чипсетом, разработанная фирмой Intel. QPI создавался в ответ на разработанную ранее консорциумом во главе с фирмой AMDшину HyperTransport^[1][2].

Шина QuickPath была создана для замены применявшейся ранее шины Front Side Bus, которая осуществляла связь между центральным процессором и северным мостом материнской платы.

Первые процессоры с интерфейсом QuickPath были выпущены на рынок в 2008 году. По состоянию на начало 2010 года, внешний интерфейс QuickPath используется только в сериях процессоров Xeon и Core i7 с ядром Nehalem для разъема LGA 1366, а также будет использоваться в следующем поколении Itanium (ядро Tukwila)^[3]. При этом чипсеты для разъёма LGA 1366 используют шину DMI для связи между северным и южным мостом.

Рисунок 1: Архитектура QuickPath – предоставлено www.intel.com

Как и HyperTransport, технология QuickPath Interconnect создана для работы с процессорами, оснащенными интегрированными контроллерами памяти. Также подобно HyperTransport, QuickPath Interconnect создана на базе технологии (DDR). Обычно, когда данные передаются в цифровом виде между двумя точками, они читаются как низкие или высокие логические уровни, представляющие собой 1 или 0. Эти данные читаются всякий раз, когда тактовый генератор производит сигнал высокого логического уровня. Благодаря DDR данные могут читаться на границах высокого и низкого логического уровня тактового сигнала. Это означает, что за один полный цикл тактового генератора DDR передаваемые данные могут быть прочитаны дважды, обеспечивая вдвое более высокую скорость обмена данными.

Также подобно HyperTransport, QuickPath Interconnect снижает перегрузку, которая встречается в архитектурах с системной шиной. Это происходит благодаря отсутствию необходимости в некоторой адресации, так как QuickPath Interconnect является технологией взаимодействия между двумя точками. По сути, QuickPath Interconnect является не только технологией взаимодействия между двумя точками, она также представляет собой полнодуплексный канал связи, содержащий 20 выделенных полос связи в каждом направлении. Но QuickPath Interconnect все же подвержена определенным перегрузкам. На самом деле, QuickPath Interconnect подвержена более значительной перегрузке, чем Hypertransport; для отправки 64 бит данных QuickPath Interconnect требует 16 бит перегрузки, в то время как HyperTransport требует всего 8 и 12 бит для чтения и записи соответственно.