Sandy Bridge -arkkitehtuurin uudet ominaisuudet
Tutustuimme Muropaketissa Sandy Bridge -arkkitehtuuriin ja uusiin ominaisuuksiin jo syyskuun lopulla Intelin ja AMD:n uudet prosessoriarkkitehtuurit: Sandy Bridge & Bulldozer -artikkelin yhteydessä. Kävimme tuolloin läpi Intelin Developer Forum 2010 -tapahtumassa paljastamat tekniset yksityiskohdat, jotka kerrataan vielä pikaisesti tässä artikkelissa.
Intel on jo pidemmän aikaa käyttänyt prosessorikehityksessään niin kutsuttua Tick-Tock-mallia, jossa Tick tarkoittaa uuteen pienempään valmistusprosessiin ja Tock uuteen arkkitehtuurisuunnitteluun siirtymistä. Sandy Bridge edustaa uutta arkkitehtuuria 32 nanometrin viivaleveydellä ennen siirtymistä 22 nanometriin Ivy Bridge -koodinimellisten prosessoreiden myötä.
Intel kutsuu Sandy Bridge -arkkitehtuuriin perustuvien työpöytä- ja mobiilikäyttöön suunnattujen Core i7-, i5- ja i3-tuoteperheiden malleja toisen sukupolven Intel Core -prosessoreiksi. Ensimmäisen sukupolven Core-prosessorit esiteltiin viime vuoden tammikuussa, kun Intel julkaisi ensimmäiset 32 nanometrin viivaleveydellä valmistetut kaksiytimiset Clarkdale-koodinimelliset Core i3- ja i5-prosessorit. Muropaketissa testattiin Core i5-661 -malli.
Intelin omassa tuotesijoittelussa neliytimiset Sandy Bridge -prosessorit eli Core i5- ja Core i7 -mallit korvaavat nykyiset 32 nm:n Clarkdale-koodinimelliset kaksiytimiset Core i5-600-sarjan prosessorit, jotka käyttävät LGA 1156 -kantaa sekä osittain 45 nanometrin prosessilla valmistettavat Bloomfield- ja Lynnfield-koodinimelliset Core i7-900-, Core i7-800- ja Core i5-700-sarjan prosessorit.
Yrityksen odotetaan päivittävän tämän vuoden loppupuolella nykyiset LGA 1366 -kantaiset Core i7-900-sarjan prosessorit LGA 2011 -kantaisilla Sandy Bridge E -koodinimellisiä tehokäyttäjille suunnatuilla prosessoreilla, vaikka niitä ei olekaan Sandy Bridgen julkaisun yhteydessä esiteltyyn roadmapiin merkitty.
Neliytimisessä Sandy Bridgessä on 995 miljoonaa transistoria ja piisirun pinta-ala on 346 neliömillimetriä. Vertailun vuoksi viime vuonna julkaistuissa ensimmäisen sukupolven Core-prosessoreissa eli Clarkdale-koodinimellisissä kaksiytimisissä Core i3- ja i5-malleissa prosessoriytimet ja grafiikkapiiri ovat erillisillä piisiruilla, jotka valmistetaan eri viivaleveyksillä (45 ja 32 nm). Pääasiassa muisti-, PCI Express- ja grafiikkaohjaimen toiminnoista vastaava 45 nanometrin piisiru rakentuu 177 miljoonasta transistorista, jonka pinta-ala on 114 neliömillimetriä. Prosessoriytimet käsittävässä 32 nanometrin sirussa on 383 miljoonaa transistoria 81 neliömillimetrin alueella eli yhteensä 560 miljoonaa transistoria ja 195 neliömillimetriä.
Sandy Bridgen kaaviokuvaan on eroteltu neljä prosessoriydintä, ytimien kesken jaettu L3-välimuisti, grafiikkapiiri, muistiohjaimen I/O-liitännät sekä System Agent, johon kuuluvat PCI Express- ja DDR3-muistiohjaimet, näyttöohjain, ohjelmoitava tehonhallintayksikkö (PCU, Power Control Unit).
Toisen sukupolven Core-prosessoreiden Sandy Bridge -arkkitehtuurin yleiskatsauksessa on listattuna uudet ja uudistetut ominaisuudet. Turbo Boost -teknologia on päivitetty 2.0-versioon, L3- eli Last Level Cache -välimuisti kommunikoi prosessoriytimien, grafiikkaohjaimen ja System Agentin kanssa reilusti kaistanleveyttä tarjoavan rengastyyppisen Ring On-Die -väyläratkaisun avulla, integroitu grafiikkapiiri tukee DirectX 10.1 -rajapintaa ja on varustettu DisplayPort-tuella ja PCI Express -ohjain tarjoaa 16 linjaa, jotka voidaan jakaa kahdelle x8-nopeudella toimivalle PCI Express x16 -liittimelle CrossFireX- ja SLI-konfiguraatioita varten. Suorituskykyä on oleellisesti parannettu, SSE-käskykantaan on lisätty tuki liukulukulaskentaa nopeuttavalle AVX-käskykannalle (Advanced Vector Extension), kaksikanavainen muistiohjain tukee virallisesti DDR3-1333-nopeutta ja Hyper-Threading-ominaisuuden avulla käyttöjärjestelmä näkee yhden fyysisen ytimen kahtena loogisena ytimenä.
Intel julkaisi marraskuussa 2008 Core-arkkitehtuuriin (Nehalem) perustuvat prosessorit, joiden yksi uusista ominaisuuksista on Turbo Boost -teknologia. Teknologia sallii automaattisesti ytimien toiminnan korkeammalla kellotaajuudella paremman suorituskyvyn saavuttamiseksi, jos mikroprosessori toimii alle sille määritetyn maksimilämpötilan ja sen tehon- ja virrankulutus ovat alle spesifikaatiossa määritettyjen maksimiarvojen. Jos olosuhteet sallivat, Turbo Boost -teknologia voidaan käynnistää mille tahansa käytettävissä olevista ytimistä ja korotetun kellotaajuuden ansiosta mikroprosessorin suorituskyky paranee yksi- ja monisäikeisillä työkuormilla.
Turbo Boost -teknologian ytimien kellotaajuuden kasvattamisen ehdottomana ylärajana on Intelin mikroprosessorille määrittämä tehonkulutuksen maksimiarvo, mutta sen sisällä kellotaajuutta rajoitetaan arvioidulla virran- ja tehonkulutuksella sekä mitatulla lämpötilalla, joita monitoroidaan piisirulle integroidulla Power Control Unit -mikrokontrollerilla. PCU tarkkailee reaaliajassa piisirun lämpötilaa sekä virran- ja tehonkulutusta antureilla ja ottaa käyttöön eri toimintaolosuhteille säädetyt algoritmit, jotka säätelevät käyttöjännitettä ja kellotaajuutta edellä mainittujen mitattujen raja-arvojen perusteella.
What is the difference between the original implementation of Intel Turbo Boost Technology and Intel Turbo Boost Technology 2.0?
Intel Turbo Boost Technology 2.0 takes advantage of the power efficiencies introduced with having an integrated die for processor and graphics. It is also optimized for the new micro-architecture that was introduced with the Intel Core i7-2xxx processor series and the Intel Core i5-2xxx processor series.
Toisen sukupolven Turbo Boost 2.0 -teknologia on optimoitu Sandy Bridge -arkkitehtuurille ja lisää ominaisuuden myös piisirulle integroituun grafiikkapiiriin. Esimerkiksi vakiona 3,4 GHz:n peruskellotaajuudella toimiva Core i7-2600K toimii yhden ytimen rasituksessa 3,8 GHz:n ja neljän ytimen rasituksessa 3,5 GHz:n kellotaajuudella.
