Ivy Bridge -arkkitehtuuri, 22 nanometrin 3D-transistorit ja Intel HD Graphics 4000

Ivy Bridge -arkkitehtuuri

Intel on listannut kolmannen sukupolven Core-prosessoreiden neljäksi tärkeimmäksi avainominaisuudeksi uudet 22 nanometrin 3D-transistorit, markkinoiden parhaan suorituskyvyn Hyper-Threading ja Turbo Boost 2.0 -teknologioita hyödyntämällä, tehostetut turvallisuusominaisuudet ja parannetun ylikellotuspotentiaalin.

Ivy Bridge -arkkitehtuurin yleiskatsauksessa on listattuna uudet ja uudistetut ominaisuudet. Suurin muutos on siirtyminen valmistuksessa 22 nanometrin viivanleveyteen, joka mahdollistaa alhaisemman tehonkulutuksen ja pienemmän piisirun myötä Intelille edullisemmat valmistuskustannukset. Grafiikkaohjain on suorituskykyisempi, siihen on lisätty tuki DirecX 11 -rajapinnalle sekä samanaikaisesti voidaan käyttää kolmea näyttöä.

Prosessoriytimien, välimuistin ja muistiohjaimen IPC-suorituskykyä (Instructions per Clock) on parannettu. Turvaominaisuuksien joukkoon on lisätty digitaalinen satunnaislukugeneraattori sekä SMEP (Supervisory Mode Execute Protection) estämään käyttöoikeuksien ohittaminen tietoturva-aukon kautta.

Neliytimisessä Ivy Bridgessä on 1,4 miljardia transistoria ja piisirun pinta-ala on 160 neliömillimetriä. Vertailun vuoksi viime vuonna julkaistuissa 32 nanometrin viivanleveydellä valmistettavissa neliytimisissä Sandy Bridge -prosessoreissa on 1,16 miljardia transistoria ja piisirun pinta-ala on 216 neliömillimetriä.

Ivy Bridgen kaaviokuvaan on eroteltu neljä prosessoriydintä, ytimien kesken jaettu L3-välimuisti, grafiikkaohjain, muistiohjaimen I/O-liitännät sekä System Agent, johon kuuluvat DDR3-muistiohjain, näyttöohjain, DMI-väylä ja PCI Express-ohjain, joka on päivitetty tukemaan 3.0-standardia.

22 nanometrin 3D-transistorit

Intel esitteli viime vuoden toukokuussa uudentyyppisen transistorin, jonka suunnittelu perustuu kolmiulotteisuuteen. Intel kutsuu uutta transistoria 3D Tri-Gateksi ja sen nimi on peräisin kolmesta johtavasta pinnasta.

2D-transistoreissa virta kulkee tasaista sähköä johtavaa kanavaa pitkin, kun taas 3D-transistorissa piikanavaa on korotettu siten, että hila on piikanavan kolmella sivulla. Yllä olevassa kuvassa näkyy, miltä korotettu piialusta lähteen ja nielun välissä näyttää verrattuna tavalliseen tasotransistoriin.

Intelin omien sanojen mukaan se kykenee laskemaan uudella suunnittelulla tehonkulutusta keskimäärin 50 prosentilla nykyisiin tasotransistoreihin verrattuna. Merkittävää parannusta on tapahtunut varsinkin tilanteessa, jossa transistorin ei ole tarkoitus päästä virtaa läpi, jolloin virtavuotojen pitäisi olla erittäin minimaalisia. Samalla tehonkulutuksella uuden 3D-transistorin povataan tarjoavan 22 nanometrin prosessia hyväksi käyttäen peräti 37 prosenttia nopeampaa suorituskykyä, kun sitä verrataan aiempaan 32 nanometrin 2D-transistoriin.

Intelin mukaan 3D-transistori takaa Mooren lain jatkumisen tulevaisuudessa 22 ja 14 nanometrien prosessien aikakausilla. Uudenlaiset innovaatiot ovat välttämättömiä, jotta transistorien kokoa voidaan pienentää ja piirien transistorimäärää kasvattaa. Yritys suunnittelee valmistavansa ensimmäiset 14 nanometrin transistorit vuonna 2013 ja 10 nm:n transistorit vuonna 2015.

Intel HD Graphics 4000

Ivy Bridgen piisiruun on edellisen sukupolven Core-prosessoreiden tavoin integroitu grafiikkaohjain. Intel HD Graphics 4000 -grafiikkaohjain edustaa Intelin mukaan merkittävää kehitysaskelta. Suurimmat muutokset on tehty grafiikkaohjaimen arkkitehtuuriominaisuuksiin, mikroarkkitehtuurin parannuksiin ja tehonkulutuksen hyötysuhteeseen. Edullisemmissa prosessorimalleissa on käytössä karsituilla suoritusyksiköillä varustettu Intel Graphics HD 2500 -ohjain.

Yleisellä tasolla Sandy Bridge -prosessoreiden Intel HD Graphics 3000 -grafiikkaohjaimeen verrattuna Intel HD Graphics 4000 -grafiikkaohjaimessa on neljä suoritusyksikköä enemmän sekä DirectX-tuki on päivittynyt 11-versioon ja OpenGL-tuki 3.1-versioon.

Core i7-3770K- ja Core i5-3570K -prosessoreihin integroitu Intel HD Graphics 4000 -grafiikkaohjain toimii 650 MHz:n peruskellotaajuudella ja 3D-rasituksessa maksimissaan 1150 MHz:n kellotaajuudella. Vertailun vuoksi Core i7-2700K -prosessorin Intel HD Graphics 3000 -grafiikkaohjain toimii 850 MHz:n perustaajuudella ja 3D-rasituksessa maksimissaan 1350 MHz:n kellotaajuudella.

Ivy Bridgessä on kaksi FDI-linkkiä (Flexible Display Interface), jotka yhdistävät prosessoriin integroidun näyttöohjaimen ja emolevyn piirisarjan. Kahden linkin kautta on tuettuna kolme itsenäistä näyttökanavaa ja Ivy Bridge -prosessorilla on mahdollista ohjata kolmea näyttöä samanaikaisesti (DVI, HDMI 1.4, DisplayPort 1.1a).