Intel Core i7 Clarksfield: Nehalem anche nei notebook

Sono 3 le versioni di processore Clarksfield che Intel rende disponibili sul mercato:

• Core i7 920XM: frequenza di clock di default pari a 2 GHz; frequenza massima con tecnologia turbo mode sino a 3,2 GHz; supporto alla tecnologia HyperThreading. Cache L3 da 8 Mbytes, controller memoria DDR3-1333 dual channel. Prezzo ufficiale di 1.054 dollari. TDP massimo pari a 55 Watt.
• Core i7 820QM: frequenza di clock di default pari a 1,73 GHz; frequenza massima con tecnologia turbo mode sino a 3 GHz; supporto alla tecnologia HyperThreading. Cache L3 da 8 Mbytes, controller memoria DDR3-1333 dual channel. Prezzo ufficiale di 546 dollari. TDP massimo pari a 45 Watt.
• Core i7 720QM: frequenza di clock di default pari a 1,6 GHz; frequenza massima con tecnologia turbo mode sino a 2,8 GHz; supporto alla tecnologia HyperThreading. Cache L3 da 6 Mbytes, controller memoria DDR3-1333 dual channel. Prezzo ufficiale di 364 dollari. TDP massimo pari a 45 Watt.

Le specifiche tecniche di questi processori sono molto simili tra di loro; la principale differenza è data dalla frequenza di clock e, per il modello Core i7 720QM, dal quantitativo di cache L3 che diminuisce da 8 sino a 6 Mbytes. Cambia anche il TDP, pari a 45 Watt per le due cpu di clock più ridotto e a 55 Watt per la proposta Core i7 920XM, appartenente del resto alla famiglia Extreme.

Riproponiamo ora quelle che sono le caratteristiche tecniche alla base dell'architettura di processore Nehalem, cuore delle cpu della famiglia Core ix per sistemi desktop nonché di quelle Clarksfield:

• architettura quad core di tipo nativo: Intel ha abbandonato l'approccio Multi Chip Package scegliendo quello che viene definito come design monolitico per le proprie cpu Nehalem. I 4 core, al pari delle soluzioni Phenom di AMD, sono tutti integrati nello stesso blocco di silicio e non ottenuti affiancando due die dual core sullo stesso package;
• memory controller DDR3 integrato nel processore: con i processori Socket 1366 LGA il memory controller è di tipo triple channel, mentre nelle cpu Socket 1156 LGA e in quelle Clarksfield per sistemi notebook il memory controller è di tipo dual channel;
• cache L3 integrata on die in tutti i processori, in quantitativo pari a 8 Mbytes (6 Mbytes per il modello Core i7 720QM); parallelamente la cache L2, di tipo specifico per ogni core, è stata ridotta sensibilmente in dimensione rispetto a quanto implementato in precedenza con i processori della serie Core 2 portandola a 256 Kbytes per ciascuno dei core;
• ritorno della tecnologia Hyper-Threading, grazie alla quale il sistema operativo riconosce il processore come dotato di un numero di core logici doppio rispetto ai core fisicamente integrati. Questa tecnologia è stata introdotta da Intel con alcune versioni di processore Pentium 4 ma non implementata nelle soluzioni Core 2 Duo e Core 2 Quad;
• nuovo set di istruzioni SSE 4.2, estensione delle istruzioni SSE4 introdotte per la prima volta da Intel con le cpu Core 2 basate su core Penryn;
• Turbo Mode: il processore opera un overclock automatico della cpu agendo sul moltiplicatore di frequenza, a seconda del carico di lavoro istantaneo generato sul processore e del calore dissipato. I margini di incremento del moltiplicatore variano sensibilmente a seconda della tipologia di processore, raggiungendo il loro massimo con le versioni Clarksfield per sistemi notebook.

La tecnologia Turbo Mode opera, con le cpu Clarksfield, eseguendo vari controlli incrociati: questo permette di ottenere i sensibili incrementi della frequenza di clock che abbiamo evidenziato in precedenza, ben più elevati delle soluzioni Core i7 e Core i5 per sistemi desktop. Innanzitutto viene verificato il consumo energetico della CPU e confrontato con il massimo consumo consentito: nel caso in cui questo valore sia inferiore rispetto al massimo consentito, il sistema valuta il divario per capire quanto margine di azione vi sia fornendo il primo consenso all'innalzamento della frequenza operativa.

Il secondo controllo è condotto sulla temperatura del die: se questa è inferiore alla cosiddetta T-junction (ovvero la massima temperatura consentita affinché il sistema possa operare in maniera affidabile), viene data la seconda conferma. Dal momento che il sistema Turbo Boost opera un incremento di frequenza bilanciato sul numero di core attivi (ovvero più core sono attivi, minore sarà l'incremento di frequenza complessivo), un terzo controllo va a determinare quanti core siano funzionanti, a seconda del tipo di applicazione in esecuzione, se single o multi-threaded.

Completate le 3 fasi di verifica, il sistema dispone un ultimo controllo: determinare se realmente sia necessario operare un incremento di frequenza, mediante l'analisi dell'attività dei core impiegati nel processo. Nel caso il core o i core siano in piena attività, allora viene dato l'ultimo via libera per l'incremento della frequenza operativa. Una volta che la frequenza viene incrementata, le condizioni energetiche della CPU vanno a modificarsi. Grazie ad un costante monitoraggio la variazione della frequenza è operata dinamicamente e sempre in stretta relazione sia alle esigenze computazionali, sia alle necessità energetiche del sistema senza dimenticare la necessità di preservare l'affidabilità generale.

Abbiamo avuto a disposizione un notebook Asus con processore Core i7 820QM, del quale riportiamo di seguito alcune schermate del tool CPU-Z così da identificarne i parametri di funzionamento base.

In Idle il processore, grazie alla tecnolgia Turbo Mode, porta automaticamente la propria frequenza di clock sino al valore di 3,066 GHz, attraverso un incremento del moltiplicatore di frequenza di ben 10 livelli. L'implementazione di Turbo Mode scelta da Intel per i processori Clarksfield è ben più spinta di quanto visto con le soluzioni core i7 e Core i5 della famiglia Lynnfield: questo approccio tende a bilanciare, almeno in parte, la ridotta frequenza di clock massima di default con la quale queste cpu vengono proposte sul mercato, valore che raggiunge i 2 GHz con il modello Core i7 920XM.

Nel momento in cui il processore è utilizzato con tutti i core a pieno carico la frequenza finale viene ridotta sino a 1,866 GHz, valore che corrisponde alla frequenza di default incrementata di un moltiplicatore di frequenza. Al pari delle soluzioni Core i7 della serie 900, nonché della cpu Core i5 750, il processore Core i7 QM820 beneficia con tecnologia Turbo Mode di un solo incremento del moltiplicatore di frequenza, contro i 10 rilevati in idle, nel momento in cui il suo utilizzo è a pieno carico per tutti i core a disposizione.

Il processore Core i7 920XM opera con tecnologia Turbo Mode abilitando quale moltiplicatore di frequenza minimo, con tutti i core occupati, quello 2x, ottenendo una frequenza di clock di 2,26 GHz; quella massima selezionabile raggiunge invece i 3,2 GHz, fermandosi a 3,06 GHz quale massimo utilizzando a pieno carico due core.

La scheda madre utilizzata vede la presenza di un chipset Intel PM55, evoluzione del modello P55 specificamente sviluppato per l'utilizzo in sistemi notebook. Questa architettura integra al proprio interno la componente south bridge oltre ad un controller PCI Express, secondario rispetto a quello principale al quale è collegata la scheda video che è stato integrato da Intel all'interno dei processori Clarksfield così come proposto del resto anche per le cpu Lynnfield.

Il controller memoria, integrato nel processore, è di tipo dual channel, capace di gestire quale massimo moduli memoria DDR3 con frequenza di clock di 1.333 MHz. Nel caso del notebook Asus utilizzato nei test una dotazione di 4 Gbytes si accompagna a timings pari a 9-9-9-24, valori simili alle memorie DDR3 proposte per sistemi desktop. Evidenziamo inoltre la frequenza di clock della componente Uncore del processore, della quale fa parte anche il memory controller DDR3, pari a 2 GHz.