NetBurst

最終更新日 2024年02月17日

NetBurstとは

基礎

NetBurstとは、インテルのマイクロアーキテクチャーの一種です。ネットバーストと読みます。インテルの第7世代のマイクロアーキテクチャーです。P6の後継です。

発売年

2000年にNetBurst採用CPUの発売が始まりました。

プロセスルール

NetBurstのプロセスルールが180nm,130nm,90nm,65nmです。

ブランド

NetBurstのブランドにPentium D、Pentium 4、Celeron D、Celeronがあります。

NetBurstのパイプライン

パイプラインのステージ一覧

ステージ 処理内容
TC Next IP 1 ・トレースキャッシュ中の次のマイクロオプの開始位置を計算する処理を行う
TC Next IP 2 ・TC Next IP 1の処理の続きを行う
TC Fetch 1 ・トレースキャッシュからマイクロオプを読み込む
TC Fetch 2 ・トレースキャッシュから読み込んだマイクロオプをマイクロオプキューに格納する
・ここまでインオーダーで実行し次からアウトオブオーダーで実行する
Drive 1 ・マイクロオプキューからマイクロオプを取り出し次のAllocateに転送する
・1サイクル当たり最大3個のマイクロオプを転送する
Allocate ・ROBとはRe-Order Bufferの略で、マイクロオプの並び替え、実行中のマイクロオプの一覧を管理する、リタイアメント、以上の処理を行う
・Willametteでは最大126個のマイクロオプを管理できる
・レジスターファイルへの割り当て処理を行う
・Willametteではレジスターファイルに最大128エントリーを用意
Rename 1 ・Allocateで割り当てたレジスターファイルを使用し、レジスターリネームを行う
・レジスターリネームとは、複数のマイクロオプが同じレジスターに対しデータ読み書きするため依存関係がありパイプラインによる同時実行ができない場合、マイクロオプ中のレジスターの名前を変更し別のレジスターを割り当て、マイクロオプの依存関係を解消してパイプラインによる同時実行を可能にする技術
Rename 2 ・Rename 1の処理の続きを行う
Queue

・ロード/ストアのマイクロオプをロード/ストア用のキューに格納する
・ロード用キューに最大48個、ストア用キューに最大24個のマイクロオプを格納できる
・ロード/ストア以外のマイクロオプをロード/ストア以外用のキューに格納する

・ロード/ストア用キューにあるマイクロオプをロード/ストア用スケジューラーに転送する
・ロード/ストア以外用キューにあるマイクロオプをロード/ストア以外用スケジューラーに転送する

Schedule 1 ・厳密にはロード/ストア以外用スケジューラーは4個に分かれている
・Integer Fast ALU Schedulerは整数演算かつ単純なマイクロオプ用スケジューラー
・Simple FP Schedulerは浮動小数点数演算かつ単純なマイクロオプ用スケジューラー
・Integer Slow ALU/General FP Schedulerは整数演算かつ複雑なマイクロオプや浮動小数点数演算かつ複雑なマイクロオプ用スケジューラー
・Memory Schedulerはロード/ストアのマイクロオプ用スケジューラー
・これらのスケジューラーがキューからマイクロオプを受け取り整理し、各実行ユニットに向けて割り当てる
Schedule 2 ・Schedule 1の処理の続きを行う
Schedule 3 ・Schedule 2の処理の続きを行う
Dispatch 1 ・ポートが4個あり各ポートに実行ユニットがある
・スケジューラーから受け取ったマイクロオプを実行ユニットに発行する
・1サイクル当たり最大4個のマイクロオプを発行できる
Dispatch 2 ・Dispatch 1の処理の続きを行う
Register File 1 ・演算に使用するデータをレジスターファイルから読み込む
Register File 2 ・Register File 1の処理の続きを行う
Execute ・ポート0にALU 0 2倍速、FP移動
・ポート1にALU 1 2倍速、整数演算 標準速、FP実行
・ポート2にメモリーロード
・ポート3にメモリーストア
・各実行ユニットがマイクロオプを実行する
Flag Update ・マイクロオプの実行結果をステータスレジスターに設定する
Branch Check ・実行したマイクロオプが分岐やジャンプか確認
・分岐やジャンプではないなら次のマイクロオプの位置が実行したマイクロオプの次になる
・分岐やジャンプなら次のマイクロオプの位置が分岐やジャンプ先のマイクロオプになる
Drive 2 ・次のマイクロオプの位置を確定する

ハイパーパイプライン

NetBurstではハイパーパイプラインと呼ぶパイプラインを初採用です。ハイパーパイプラインとは、ステージ数が10から20に増えたパイプラインです。NetBurstではx86命令のフェッチとデコードに関する処理がパイプラインにありません。

Advanced Transfer Cache

NetBurstではAdvanced Transfer Cacheを初採用です。Advanced Transfer Cacheとは、コアクロックで動作かつバス幅が256ビットのBSBでCPUコアと接続する2次キャッシュです。BSBとはBack Side Busの略で、CPU内部でCPUコアと2次キャッシュを接続するバスです。この2次キャッシュの容量が256KBです。

トレースキャッシュ

NetBurstではトレースキャッシュを初採用です。トレースキャッシュとは、マイクロオプを一時的に保存するためのキャッシュメモリーです。1次キャッシュのインストラクションキャッシュに該当します。サイズが12KBです。1次キャッシュのデータキャッシュもあり、このサイズが8KBです。

分岐予測が外れると2次キャッシュからフェッチする場合あり

分岐予測が外れた場合、トレースキャッシュから分岐先のマイクロオプをフェッチします。もしトレースキャッシュにない場合、2次キャッシュから分岐先のx86命令をフェッチします。さらにデコードしてマイクロオプに変換し、トレースキャッシュに保存します。この処理の発生を防ぐために、分岐予測の精度の向上が必要です。

Advanced Dynamic Execution

NetBurstではAdvanced Dynamic Executionを初採用です。Advanced Dynamic Executionとは、Dynamic Executionを改良し分岐予測の精度を向上させた技術です。Dynamic Executionとは、分岐先の命令をパイプラインに流せないとき、命令を並び替えてパイプラインに流したり、分岐先を予測し分岐発生前に分岐先の命令をパイプラインに流したりする技術です。

高速実行エンジン

NetBurstでは高速実行エンジンを初採用です。高速実行エンジンとは、コアクロックの2倍で動作するALUです。

NetBurstの命令セットアーキテクチャー

命令セットアーキテクチャーがIA-32

NetBurstはマイクロアーキテクチャーです。マイクロアーキテクチャーとは、マイクロプロセッサーが命令を実行し処理するための内部的な構造について定めた仕様です。似た用語に命令セットアーキテクチャーがあります。命令セットアーキテクチャーとは、CPUの命令セットやレジスター等、プログラミングに関わる基本仕様です。

例えばIA-32が命令セットアーキテクチャーです。IA-32とはIntel Architecture 32の略で、インテルの32ビットCPUが採用している命令セットアーキテクチャーです。NetBurstが採用している命令セットアーキテクチャーがIA-32です。

SSE2

NetBurstではSSE2を初採用です。SSE2とはStreaming SIMD Extensions 2の略で、SSEを拡張した技術です。SSEとはStreaming SIMD Extensionsの略で、浮動小数点演算を高速化する技術です。

SSE2の主な変更点は、144個の新しい命令セットの追加、2個の倍精度浮動小数点に対し同時に同じ処理を行えるようになった、〜ビット整数が〜個集まった128ビット整数データに対し同時に同じ処理を行えるようになった、以上です。

NetBurstとチップセット

データバス

NetBurstではデータバスのバスクロックが400MHzに向上しています。先代のP6では100/133MHzです。NetBurstではシステムバスのベースクロック100MHzの4倍にします。アドレスバスのバスクロックは、ベースクロック100MHzの2倍とした200MHzになります。

出典

NetBurst - 意味・説明・解説 : ASCII.jpデジタル用語辞典(2008/10/07更新記事)
NetBurst(ネットバースト) 鈴木直美の「PC Watch先週のキーワード」(2000/12/01公開記事)
ASCII.jp:インテルCPU進化論 失敗作? NetBurst Architectureの実像 (1/4)(2012/10/01更新記事)
ASCII.jp:インテルCPU進化論 失敗作? NetBurst Architectureの実像 (2/4)(2012/10/01更新記事)
ASCII.jp:インテルCPU進化論 失敗作? NetBurst Architectureの実像 (3/4)(2012/10/01更新記事)


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