Uusimmat

Nehalem-arkkitehtuuri

20.09.2008 23:29 Muropaketin toimitus

Ensimmäiset huhut Nehalem-arkkitehtuurista ja siihen perustuvista Bloomfield-koodinimellisistä prosessoreista uutisoitiin Muropaketissa jo kaksi vuotta sitten. Keväällä 2007 Intel kertoi itse ensimmäiset viralliset tiedot tulevasta arkkitehtuurista ja vuosi sitten syksyllä oli jo selvillä, että Nehalemiin perustuva prosessorit lanseerataan tämän vuoden viimeisellä neljänneksellä.

Nehalem-arkkitehtuuri on suunniteltu skaalautuvaksi 1 – 8 ytimelle, jotka voivat suorittaa samanaikaisesti kahta säiettä Pentium 4:n Netburst-arkkitehtuurista tutun uudistetun Hyper-Threading-ominaisuuden avulla. Kaksiytiminen piisiru on tarkoitettu kannettaviin tietokoneisiin, neliytiminen työpöytäkokoonpanoihin ja kahdeksanytiminen palvelimiin ja työasemiin.

Ensimmäiset neliytimiset Bloomfield-koodinimelliset työpöytäprosessorit rakentuvat 731 miljoonasta transistorista ja ne valmistetaan Intelin 45 nm:n tekniikalla.

IDF-tapahtumassa keskityttiin kertomaan Pat Gelsingerin johdolla Nehalem-arkkitehtuurin ominaisuuksista, kuten virransäästöstä ja Turbo Modesta, mutta mallinimet, kellotaajuudet ja hinnat pidettiin vielä toistaiseksi salassa.

Tapahtumassa järjestettiin myös useita seminaareja, joissa käsiteltiin Nehalemin ominaisuuksia hyvin yksityiskohtaisesti. Alla muutamia esityksistä poimittuja dioja:

Neliytimisen Bloomfield-piisirun kaaviokuvaan on eroteltu neljä ydintä, integroitu muistiohjain, kaksi QuickPath Interconnect -linkkiä (QPI), jaettu L3-välimuisti sekä sekalaisia I/O-toimintoja.

Kun käsittelyyn otetaan yksi yllä olevan kuvan coreista eli ytimistä, saadaan se purettua muun muassa suoritusyksikköihin, L1- ja L2-välimuisteihin, käskyjen dekoodaukseen ja mikrokoodiin. Uuusia ominaisuuksia verrattuna nykyisiin Penryn-koodinimellisiin toisen sukupolven Core-arkkitehtuuriin perustuviin ytimiin ovat muun muassaSSE4.2 -käskyt, nopeampi virtualisointi, SMT eli uudistettu Hyper-Threading-ominaisuus, syvemmän puskurit ja parannettu haarautumisen ennustaminen.

L1-välimuisti on säilynyt Nehalemissa ennallaan, mutta L2-välimuistia on jokaisella ytimellä käytössä 256 kilotavua. Nykyisessä Yorkfield-koodinimellisissä Core 2 Extreme QX9770 -prosessorissa L2-välimuistia on yhteensä 12 megatavua. Nehalemin myötä Intel ottaa kuitenkin käyttöön ytimien kesken jaetun L3-välimuistin, jota on kahdeksan megatavua.

Pentium 4 -prosessoreiden Netburst-arkkitehtuurista tuttu Hyper-Threading-ominaisuus on otettu Nehalemissa uudelleen käyttöön. Uudistettu Simultaneous Multi-Threading- eli SMT-ominaisuus mahdollistaa jokaisen ytimen suorittavan kahta säiettä kerrallaan. Intelin mukaan Hyper-Threading on kustannustehokkain menetelmä useamman säikeen suorittamiseen.

Nehalem tarjoaa suorituskyvyn kannalta mielenkiintoisen Turbo Mode -ominaisuuden, joka on vastakohta nykyisissä prosessoreissa olevalle EIST-virransäästöominaisuudelle (Enhanced Intel Speed Step). Turbo Mode hyödyntää prosessoreissa olevaa ylikellotusvaraa eli prosessorit kykenevät helposti toimimaan jonkin verran korkeammalla kellotaajuudella kuin ne on vakiona asetettu toimimaan.

Nehalemissa erillinen logiikka tarkkailee jatkuvasti prosessorin TDP-arvoa (Thermal Design Power) sekä työkuormaa ja kykenee korottamaan ytimien kellotaajuutta prosessorin kerrointa nostamalla. Turbo Moden TDP-arvoa on mahdollista korottaa biosista, joten parannetulla jäähdytyksellä ominaisuus saadaan herkemmin käyttöön.

Esimerkiksi 3,2 GHz:n kellotaajuudella toimivan Core i7 Extreme Edition -prosessorin kellotaajuus muodostuu 24x-kertoimesta ja 133 MHz:n refenressitaajuudesta. Yhden pykälän korotus (Intelin termin mukaan speed bin) tarkoittaa kertoimen korottamista 25:een ja prosessorin kokonaiskellotaajuuden nousemista 3,33 GHz:iin.

Logiikka nostaa kellotaajuutta maksimissaan kaksi pykälää eli 266 MHz, joten Turbo Mode -ominaisuuden avulla maksimikellotaajuus on 3,466 GHz. Paras hyöty prosentuaalisesti saadaan edullisimmasta 2,66 GHz:n kellotaajuudella toimivasta Core i7 -prosessorista, jolla kokonaiskellotaajuus nousee 10 %.

Kaikkien neliytimisten Bloomfield-koodinimellisten Nehalem-prosessoreiden TDP-arvo on 130 wattia. Ytimien työkuormasta ja lämmöntuotosta riippuen käytettävissä olevaa pelivaraa pystytään hyödyntämään automaattisella ylikellotuksella.

Turbo Modea kontrolloi piisirulle integroitu Power Control Unit, joka toimii näkymättömästi taustalla rautatasolla.

Sisältö

  1. IDF Fall 2008, osa 1 (Nehalem, Core i7, X58 & Xeon)
  2. Nehalem-arkkitehtuuri
  3. Intel Core i7 -prosessorit (Bloomfield)
  4. Intel X58 -piirisarja ja DX58SO-emolevy
  5. Xeon: Nehalem-EP & -EX ja Dunnington