Сегодня в выпуске:

1. Intel Prescott: в погоне за частотой
2. Управляй компьютером лёжа на диване!...

Intel Prescott: в погоне за частотой

Введение 90 нм технологический процесс Ядро Prescott Конвейер Prescott Усовершенствования в микроархитектуре Кеш и подсистема памяти

Автор: Gavric

Введение

После относительного затишья на процессорном рынке началась горячая пора. Минувшей осенью компания AMD совершила мощный рывок и представила свою новую процессорную архитектуру Athlon 64. С выходом процессоров Athlon 64 и Athlon 64 FX конкуренция среди CPU для настольных PC возобновилась с новой силой. Действительно, в отличие от своих предшественников, Athlon XP, эти процессоры показывали более высокую производительность, нежели старшие модели в линейке Pentium 4 от Intel. Не спасало положение и появление процессора Pentium 4 Extreme Edition, оснащенного кеш-памятью третьего уровня: все портила заоблачная цена и недоступность (во всех смыслах) данного процессора. Обстановка начала накаляться. Некоторые аналитики даже начали проводить параллели с ситуацией 1999 года, когда выход первых процессоров AMD Athlon застал Intel явно врасплох. Однако сегодняшнее положение все же значительно отличается от того. В запасе у Intel имелся неразыгранный козырь – новое процессорное ядро Prescott, сроки выхода которого хотя и были несколько отодвинуты, но не настолько, чтобы за это время архитектура Athlon 64 успела бы серьезно укрепиться на рынке.
Сегодня Intel официально объявляет о выпуске первых процессоров, основанных на ядре Prescott. Таким образом, мы становимся свидетелями очередного витка процессорной "гонки вооружений", а именно начала соперничества новых микроархитектур Athlon 64 от AMD и Prescott от Intel. Впрочем, при этом не следует забывать, что и у AMD остались в кармане нереализованные козыри. В частности, процессоры Athlon 64 поддерживают технологию x86-64, которая пока не задействуется современным программным обеспечением. Что же касается наличия 64-битных расширений в Prescott, то их в этом процессоре нет (или же Intel пока не считает нужным показывать их общественности). Однако, вопрос о необходимости поддержки 64-битности современными процессорами для настольных PC скорее философский, и он будет оставаться таковым по меньшей мере до появления 64-битных версий Windows XP. Сегодня же соперничество AMD и Intel вновь будет происходить на 32-битном поле.
В данном материале мы решили подробно остановиться на основных архитектурных особенностях ядра Prescott и его отличиях от предшественников, ибо сказать на эту тему можно немало. И, прежде чем перейти непосредственно к обсуждению новинки от Intel, позволим себе для внесения окончательной ясности четко сформулировать, что же Intel проанонсировал сегодня.
Итак, сегодня, 2 февраля 2003 года корпорация Intel объявила о выпуске и начале продаж новых процессоров, известных ранее под кодовым именем Prescott. Эти процессоры, обладая новым ядром, производимым по 90-нанометровой технологии нового поколения, будут продолжать линейку Pentium 4 по меньшей мере в течение ближайшего года, постепенно вытесняя предшествующее 130 нм ядро, Northwood. Объявленные сегодня процессоры Pentium 4 на ядре Prescott имеют тактовые частоты от 2.8 до 3.4 ГГц, предназначаются для использования в Socket 478 материнских платах с 800-мегагерцовой шиной и поддерживают технологию Hyper-Threading. Переходим к подробностям.

90 нм технологический процесс

Прежде чем углубиться в описание архитектурных особенностей новых процессоров Pentium 4, известных также под кодовым именем Prescott, отдельно следует остановиться на новом технологическом процессе, используемым для создания этих CPU. Дело в том, что Prescott стал первым серийно выпускаемым x86 процессором, для производства которого используется техпроцесс с проектной нормой 90 нм. Например, компания AMD, являющаяся основным конкурентом Intel, планирует осуществить переход на 90 нм технологию только во второй половине этого года.
К настоящему времени свой 90 нм техпроцесс Intel ввела уже на трех фабриках, поэтому с массовым производством кристаллов с использованием этого процесса проблем быть не должно. Следует заметить, что вместе с переходом на новые проектные нормы Intel также внедрила в техпроцесс и ряд усовершенствований, которые должны сказаться на увеличении быстродействия транзисторов, что в конечном итоге выльется в возможность дальнейшего наращивания тактовых частот процессоров, изготовленных на новом технологическом процессе. Среди этих усовершенствований в первую очередь следует выделить уменьшение величины затвора и применение "растянутой" кремниевой решетки.


Транзисторы, которые Intel применяет в процессорах, производимых по 130-нанометровой технологии, имеют длину затвора 60 нм. При переходе на 90 нм технологию длина затвора в транзисторах уменьшилась до 50 нм. Таким образом решатся сразу две задачи. Во-первых, увеличивается скорость срабатывания транзистора. А во-вторых, уменьшаются физические размеры транзистора, что позволяет создание более компактных и одновременно более сложных полупроводниковых устройств. Впрочем, у уменьшения размера транзисторов есть и оборотная сторона: увеличение токов утечки, с которыми при использовании 90-нанометрового техпроцесса приходится бороться особо. Например, для их минимизации Intel перешел на использования слоя силицида никеля над электродом затвора (ранее для этой цели применялся силицид кобальта).
Но наиболее интересная часть 90 нм техпроцесса от Intel – это все же примененная технология "растянутого" (напряженного) кремния, разработанная для того, чтобы в открытом состоянии транзисторы могли пропускать больший ток, а, следовательно, и быстрее срабатывать, выделяя при этом меньшее количество тепла. Согласно данным Intel, благодаря применению этой технологии ток через канал транзистора в открытом состоянии возрастает на 10-20%. Суть технологии проста – кристаллическая решетка кремния, примененная в канале транзистора "растягивается" таким образом, чтобы атомы разошлись на большее расстояние. Достигается это помещением кремния на специальную подложку с более широкой кристаллической решеткой. Подстраиваясь под кристаллическую решетку подложки, атомы кремния "раздвигаются" на большее расстояние друг от друга. В результате, сопротивление движению электронов через кристаллическую решетку уменьшается. Несмотря на кажущуюся сложность процесса получения "растянутого" кремния, технология эта отнюдь не дорогая: стоимость изготовления транзисторов, в которых применяется "растянутый" кремний, возрастает по сравнению с обычными всего лишь на 2%.
Следует также заметить, что помимо перечисленных, появились в 90 нм техпроцессе от Intel и еще кое-какие, менее кардинальные изменения. В частности, Intel начал использовать новый Low-k диэлектрик CDO (Carbon-doped Oxide) для изоляции медных соединений с коэффициентом диэлектрической проницаемости 2.9. Использование CDO позволяет уменьшить уровень паразитных емкостных связей на 18 процентов по сравнению с применяемым сейчас диэлектриком SiOF. Помимо этого в 90 нм полупроводниковых кристаллах возросло число слоев металлических (медных) проводников: например, в Prescott количество слоев медных соединений достигло семи, в то время как процессоры Northwood содержали только шесть слоев металлизации. Данное нововведение обеспечивает большую гибкость при создании комплексных полупроводниковых устройств и позволяет разместить большее число транзисторов на кристалле меньшей площади. Впрочем, в этом ничего революционного нет: процессоры AMD Athlon 64, например, содержат девять слоев медных проводников.
Следует заметить, что переход на новый технологический процесс Intel удалось провести "малой кровью". Новое литографическое оборудование с длиной волны 193 нм используется при изготовлении 90 нм полупроводниковых кристаллов только лишь для критических участков чипа, в остальных случаях Intel обходится применением старой 248-нанометровой литографии с применением фазосдвигающих масок. Именно поэтому Intel заменила на заводах, производящих 90 нм кристаллы, лишь порядка 25% оборудования. Что же касается тотальной смены литографического оборудования, то Intel планирует проводить ее только при внедрении 65-нанометровой технологии.

Ядро Prescott

Ядро Prescott существенно отличается от предыдущих процессорных ядер, используемых в процессорах Pentium 4. Говорить о том, что новое ядро представляет собой Northwood c увеличенной кеш-памятью, переведенный на новый технологический процесс, было бы совершенно неправильно. Отличия Prescott лежат гораздо глубже. За примерами ходить далеко не надо, достаточно просто взглянуть на фотографию процессорного ядра Prescott:

При создании Prescott многие функциональные блоки были спроектированы инженерами заново. Плюс при создании этого ядра более активно использовались методы компьютерного моделирования. Результатом такого подхода стало то, что вид ядра Prescott сильно отличается от того, как выглядят другие ядра. На фотографии мы не можем четко выделить отдельные функциональные блоки. Многие части процессора оказались просто "размазаны" по ядру. Дело в том, что расположение транзисторов в Prescott на этапе проектирования оптимизировалось с тем, чтобы обеспечить лучшие возможности по увеличению тактовой частоты, минимизировать задержки при распространении сигналов и равномерно распределить тепловыделение по площади кристалла. В результате, например, явление локального перегрева отдельных функциональных блоков будет присуще Prescott гораздо в меньшей мере, чем другим процессорным ядрам. Таким образом, от старой схемы проектирования процессоров, когда функциональные блоки процессора создавались отдельно, а потом объединялись в общий кристалл, Intel отказался.


Как видим, число транзисторов в Prescott возросло по сравнению с Northwood более чем вдвое. Однако заслуга в этом лежит явно не на увеличившимся вдвое кеше второго уровня, поскольку L2 кеш в Prescott занимает только примерно 25% площади ядра. Также вряд ли такое количество транзисторов могло уйти на реализацию увеличенного кеша данных первого уровня или на поддержку нового набора команд SSE3, состоящего из тринадцати инструкций. Значит, дополнительные транзисторы появились в Prescott и по многим другим причинам. Давайте попробуем понять, по каким.

Конвейер Prescott

Как и предшествующие ядра Willamette и Northwood, новое ядро Prescott основывается на NetBurst микроархитектуре, введенной Intel с выходом первых Pentium 4. Основная идея данной архитектуры – достижение высокой производительности CPU путем наращивания тактовой частоты. Ни для кого не является секретом, что тактовая частота процессоров Pentium 4 в сравнении с частотой других процессоров выглядит чрезвычайно впечатляюще. В Prescott данная идея получила дальнейшее развитие: Intel внес определенные изменения в это ядро, позволяющие совершить новый рывок в тактовых частотах. Помимо полупроводниковых технологий, "растянутого" кремния и специального автоматизированного проектирования дизайна ядра, изменения коснулись и собственно микроархитектуры. Intel даже упоминает о том, что в основе Prescott лежит "усовершенствованная микроархитектура NetBurst".
Очевидно, что ключом к покорению процессором высоких частот лежит удлинение исполнительного конвейера. В этом случае исполнение команд разбивается на более простые стадии, что позволяет уменьшить время их выполнения, то есть увеличить частоту подачи команд на конвейер. Выпустив процессоры семейства Pentium 4, Intel увеличил длину конвейера с 10 стадий в Pentium III до 20 стадий в Pentium 4. Эффект такого изменения мы наблюдаем и по сей день: если максимальная частота Pentium III так и не перевалила через 1.5 ГГц, то сегодняшние процессоры Pentium 4 без всяких проблем работают на частотах свыше 3 ГГц. Желая продолжить начатое дело, в Prescott конвейер был удлинен еще в большей степени.
Благодаря этому, Intel надеется, что процессоры с ядром Prescott смогут покорить частоты порядка 4.5 ГГц. Очевидно, что для достижения этой цели конвейер процессора должен быть увеличен весьма значительно. Сама Intel не раскрывает конкретных данных относительно реальной длины конвейера в Prescott. Однако подтверждает, что число этих стадий стало не менее 30.
Более того, проведенное нами эмпирическое вычисление длины конвейера Prescott, основанное на оценивании времени, затрачиваемого процессором на перезаполнение конвейера при неправильно предсказанном переходе, показало, что реальная длина конвейера в Prescott и вовсе составляет порядка 35-36 стадий.
В то же время не следует забывать, что медаль под названием "удлинение конвейера и рост тактовой частоты" имеет и обратную сторону. Во-первых, с увеличением частоты процессора более ощутимыми становятся простои ядра, вызванные отсутствием в кеше необходимых для работы данных. Поскольку скорость подсистемы памяти в современных платформах крайне низка по сравнению со скоростью вычислительных устройств процессора, часть которых (два из трех ALU), кстати, в процессорах NetBurst архитектуры работает к тому же на удвоенной частоте ядра, простои процессора, вызванные отсутствием в сфере досягаемости данных для обработки, оказываются просто катастрофическими. Во-вторых, длинный конвейер становится большой проблемой и при неправильном предсказании условных переходов: в этом случае высокий темп работы исполнительных устройств нарушается, и процессор вынужден сбрасывать весь конвейер, а затем заполнять его заново, на что, при более длинном конвейере, естественно, затрачивается продолжительное время.
Две указанные проблемы длинного конвейера и обозначили два основных направления работы, на которых сосредоточились инженеры Intel. Влияние именно этих негативных факторов длинного конвейера Prescott необходимо было ликвидировать для того, чтобы конечная производительность Prescott не стала провальной характеристикой этого процессора сейчас, когда достижение ощутимо более высоких частот, чем у Pentium 4 предыдущего поколения, остается невозможным в силу неотлаженности технологического процесса.
Не останавливаясь на описании NetBurst архитектуры, мы проследим, какие же улучшения произошли в ядре Prescott по сравнению с предшествующим ядром Northwood.

Усовершенствования в микроархитектуре

С выходом ядра Prescott Intel совершила наиболее значительный шаг на пути улучшения микроархитектуры NetBurst. На иллюстрации ниже приведено своего рода генеалогическое дерево NetBurst, на котором выделены усовершенствования, присутствующие в Prescott.

Остановимся на сути этих усовершенствований более подробно.

Улучшенное предсказание ветвлений

Самый главный метод борьбы с простоями процессора, вызванными необходимостью очистки и перезаполнения длинного конвейера Prescott после неправильно предсказанных переходов состоит в том, чтобы не допускать эти самые неправильные предсказания переходов. Хотя существующая в классическом NetBurst схема предсказания переходов давала очень неплохие результаты, Intel смог еще дополнительно увеличить ее эффективность.
Работа блока предсказания переходов, применяющегося в процессорах с NetBurst архитектурой, основывается на работе с Branch Target Buffer (BTB), 4-килобайтном буфере, в котором накапливается статистика выполненных переходов. Иными словами, для предсказания переходов используется вероятностная модель - преимущественным направлением перехода процессор считает то направление, которое является наиболее вероятным согласно собранным статистическим данным. Данный алгоритм очень неплохо показывает себя в деле, однако он оказывается совершенно бесполезен в том случае, если по конкретному переходу статистика еще не накоплена. Процессоры на ядре Northwood в этом случае всегда выбирали направление перехода "назад", считая, что самые распространенные переходы – это условия выхода из циклов.
В Prescott эта статическая схема предсказания переходов была существенно доработана. Теперь, если по встретившемуся переходу статистика отсутствует, модуль предсказания перехода не делает однозначного вывода о его направлении, а основывает свое решение на анализе расстояния, на которое совершается переход, поскольку обратные переходы в циклах редко совершаются на расстояния, превышающую некую эмпирически найденную границу.
Кроме того, несколько была усовершенствована и схема динамического предсказания переходов. В процессор Prescott был добавлен блок косвенного предсказания переходов (indirect branch predictor), который впервые нашел свое применение в CPU семейства Pentium M и хорошо зарекомендовал себя там.
В результате, если у процессоров на ядре Northwood число неправильно предсказанных переходов составляло в среднем 0.86 на 100 инструкций, то теперь эта величина понизилась до 0.75 неправильных переходов на 100 инструкций. То есть, другими словами, мы имеем на 12% меньше неправильно предсказанных переходов, что выливается в гораздо меньшие простои процессора, вызванные необходимостью очистки и перезаполнения конвейера.

Ускорение исполнение команд

Несмотря на то, что количество целочисленных ALU в процессоре осталось тем же: два, работающих на удвоенной частоте ядра, для простых инструкций плюс еще одно для сложных инструкций, скорость исполнения отдельных команд в Prescott возросла. Объясняется это некоторыми изменениями, внесенными в ALU.
В первую очередь отметим, что в одно из быстрых ALU был добавлен блок shifter/rotator, исполняющий инструкции типа сдвига и вращения. Благодаря этому такие инструкции теперь исполняются гораздо быстрее, поскольку в предыдущих реализациях Pentium 4 сдвиг и вращение трактовались как сложные инструкции и выполнялись на медленном ALU.
Также, гораздо быстрее в процессорах на ядре Prescott будет выполняться и операция целочисленного умножения. В предыдущих реализациях NetBurst целочисленное умножение выполнялось на блоке FPU с предварительным переводом операндов сначала в формат с плавающей точкой, а потом обратно. В Prescott же операции целочисленного умножения стали выполняться целочисленным ALU, что естественно, ощутимо снизило время их выполнения.
Измерения показывают, что в результате указанных изменений скорость выполнения сдвигов и вращений возросла по меньшей мере в четыре раза, а целочисленные умножения стали выполняться на 25% быстрее. Впрочем, при этом надо иметь в виду, что из-за увеличения длины конвейера и изменения алгоритмов работы кеша первого уровня задержки, возникающие при исполнении других простых команд, несколько возросли. Многие команды, на выполнение которых ранее тратилось не более полтакта, теперь вызывают задержки в целый такт, поэтому говорить о том, что скорость ALU в целом возросла, было бы неправильно.

Улучшенная предварительная выборка данных

Данное усовершенствование призвано уменьшить проблему с отсутствием в кеше процессора данных для обработки – достаточно неприятную ситуацию, вызывающую простои процессора в ожидании получения данных из памяти. Помимо того, что в Prescott просто вдвое возросли объемы кеш-памяти данных первого и второго уровней, Intel улучшил алгоритмы предварительной выборки данных.
Данные усовершенствования затрагивают как программную предвыборку, инициируемую работающей программой, так и аппаратную предвыборку. Что касается программной предвыборки, то теперь инструкции выборки обрабатываются процессором даже в том случае, если сведения о запрашиваемых данных отсутствуют в TLB, а, кроме того, эти инструкции могут кешироваться в Trace Cache. Впрочем, толку от этого не так уж и много, существующие компиляторы инструкции предварительной выборки в коде не расставляют, а потому гораздо большее значение имеет улучшение аппаратной предвыборки. По данным Intel, новый алгоритм аппаратной выборки, примененный в Prescott и отслеживающий потоки как данных так и кода, обеспечивает достаточно весомый прирост в производительности процессора, оцениваемый величиной в 35%.
К перечисленным изменениям следует добавить также и увеличение количества WC (write combining) буферов, в конечном итоге приводящее к возможности одновременного исполнения большего числа инструкций типа сохранения или загрузки данных.

Кеш и подсистема памяти

Кеш-память – это, пожалуй, самое сильно изменившееся место в Prescott. По крайней мере, различия в размерах кеш-памяти Prescott и Northwood относятся именно к тем отличиям этих ядер, которые заметны невооруженным взглядом. Размер кеша данных первого уровня в Prescott увеличился с 8 до 16 Кбайт, кеш второго уровня вырос с 512 Кбайт до 1 Мбайта. Что касается организации кеш-памяти в Prescott, то L1 кеш данных - ассоциативный 8-областной с длиной строки 64 байта. Алгоритм работы этого кеша– WriteThrough. То есть, по сравнению с Northwood число областей ассоциативности L1 кеша выросло вдвое. Кеш второго уровня в Prescott по своей организации от кеша Northwood не отличается: он также восьмиканальный, использует WriteBack алгоритм и содержит строки длиной 128 байт. Шина кеша L2 в Prescott 256-битная и в этой части мы вновь не видим никаких отличий от Northwood.
Теоретически, увеличение объемов кеш-памяти – это еще один метод борьбы с простоями процессоров, вызванными ожиданием данных для обработки. Поэтому, с ростом тактовых частот процессоров и увеличением разрыва между скоростью CPU и скоростью памяти значение кеш-памяти для данных будет только усиливаться. Таким образом, расширение L1 и L2 кеша – чрезвычайно важный шаг в Prescott, особенно учитывая то, что это ядро разрабатывалось с прицелом на значительное возрастание тактовой частоты.
Что же касается кеша первого уровня для инструкций, называемого в архитектуре NetBurst Execution Trace Cache за то, что хранит он цепочки инструкций в уже декодированном виде, то его организация и размер остался неизменным – он способен вместить до 12000 микроопераций, что эквивалентно объему в 8-16 Килобайт.
Впрочем, давайте посмотрим на реальную скорость работы кеш-памяти в Prescott, тем более что тут нас поджидают новые сюрпризы. Для измерений скорости и латентности кеша и памяти мы пользовались утилитой Cache Burst 32. Тестовая система, на которой мы проводили измерения, основывалась на материнской плате ASUS P4C800-E Deluxe на чипсете i875P и была снабжена двухканальной DDR400 SDRAM с таймингами 2-3-2-6. Для опытов мы использовали процессоры Pentium 4 на ядре Northwood, Pentium 4 на ядре Prescott и Pentium 4 Extreme Edition, работающие на частоте 3.2 ГГц. Для сравнения мы использовали и платформы, основанные на процессорах Athlon 64. Одна система использовала процессор Athlon 64 FX-51 с частотой 2.2 ГГц и двухканальную регистровую DDR400 SDRAM с таймингами 2-3-2-6, а вторая – основывалась на процессоре Athlon 64 3400+ с частотой 2.2 ГГц и была снабжена DDR400 памятью с аналогичными таймингами. Остальные составляющие тестовых систем на результатах наших экспериментов не сказываются, поэтому позволим себе опустить их описание.
В первую очередь мы измерили пропускную способность подсистем памяти, получаемую в платформах, основанных на различных CPU.

Как видим, вместе с увеличением объема кеша первого уровня в Prescott по сравнению с Northwood наблюдается некоторое падение его пропускной способности. Аналогичная картина наблюдается и при измерении пропускной способности кеша второго уровня. Впрочем, при сравнении пропускных способностей кеш-памяти у процессоров семейства Pentium 4 и Athlon 64 первые явно остаются в выигрыше благодаря более широкой шине, соединяющей кеш второго уровня с ядром.
Отметим одну любопытную деталь. Притом, что скорость чтения и записи при работе с кеш-памятью Prescott не превышает соответствующие скорости, измеренные у Northwood, скорость копирования данных у 90 нанометрового процессора значительно превосходит эту характеристику ядра Northwood. Объясняется данный эффект тем, что ядро Prescott помимо всего прочего содержит дополнительные усовершенствования процедур сохранения и загрузки данных, позволяющие процессору использовать предварительно сохраняемые данные еще до того, как они запишутся в кеш благодаря наличию специального Store Forwarding Buffer.
При измерении скорости работы с памятью нас ждет весьма неожиданный сюрприз. Prescott показывает большую, чем Northwood, скорость при чтении данных из памяти. Этот вполне осязаемый результат является итогом применения в новом процессорном ядре улучшенной предварительной выборки данных, о чем мы говорили выше.
Помимо пропускной способности для нас важна и другая характеристика подсистемы памяти и кешей, а именно их латентность.
Да, к сожалению, мы должны констатировать, что вместе с увеличением объема кеш-памяти в Prescott выросла и ее латентность. Причем, рост этот достаточно значительный – в два раза, например, для кеша первого уровня. В результате теперь Intel не сможет хвастаться экстремально низкой латентностью своего кеша данных первого уровня. Во временном измерении латентность L1 кеша данных новых Pentium 4 вплотную приблизилась к латентности L1 кеша процессоров Athlon 64, который, к слову, имеет вчетверо больший объем. Впрочем, увеличение латентности L1 кеша – это еще один необходимый шаг для достижения процессорами Prescott частот свыше 4 ГГц.
Аналогичные изменения произошли с кешем второго уровня. По латентности L2 кеша новый процессор Prescott уступает как предшественнику с ядром Northwood, так и конкурирующим CPU семейства AMD Athlon 64.
Хотя теоретически латентность памяти измениться в Prescott не должна была, на деле и в этом случае наблюдается некоторое ухудшение латентности.
В итоге, остается только признать, что в погоне за перспективой дальнейшего увеличения тактовой частоты, латентности Prescott при работе с данными значительно возросли. Однако с другой стороны не следует забывать и о том, что вместе с этим Intel применил в новом ядре ряд методик, позволяющих использовать шины памяти более эффективно, и это мы смогли реально увидеть по возросшей пропускной способности при копировании данных и по возрастанию скорости чтения данных из памяти.

Продолжение в следующем номере:

Технология Hyper-Threading
Набор инструкций SSE3
Планы
Температурный режим и разгон
Немного тестов производительности
Выводы

http://my-comp.nm.ru - статьи о железе, новости и др...

По вопросам сотрудничества обращаться на my-comp@nm.ru
Все вопросы, пожелания и претензии туда же
Автор и редактор: Alexik