Intel Ivy Bridge: le CPU Core di terza generazione

Intel Ivy Bridge: le CPU Core di terza generazione

Al debutto i primi processori Intel costruiti con tecnologia produttiva a 22 nanometri. Basati sull'architettura resa popolare dalle CPU Core della serie 2000, meglio note con il nome in codice di Sandy Bridge, i processori Ivy Bridge stabiliscono nuovi livelli prestazionali abbinati a consumi sempre più contenuti. In prova Core i7-3770K e Core i5-3550, a confronto con le proposte concorrenti Intel e AMD per sistemi desktop.

di pubblicato il nel canale Processori
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Le novità dell'architettura Ivy Bridge

Abbiamo indicato, nell'introduzione a questo articolo, come Intel indichi con il termine di Tick il debutto di un nuovo processore caratterizzato dall'utilizzo di una tecnologia più sofisticata rispetto a quello di precedente generazione. Con il termine Tock viene invece indicato il passaggio ad una nuova architettura, mantenendo invariato il processo produttivo. I processori Ivy Bridge rappresentano tecnicamente una fase Tick, ma Intel in più occasioni ha utilizzato il termine Tick+ con riferimento alle soluzioni Ivy Bridge.

Dal versante CPU Ivy Bridge rappresenta un affinamento di quanto implementato in Sandy Bridge, e per questo motivo indicare questa nuova famiglia come Tick è corretto. Per la componente GPU integrata le novità implementate sono ben più importanti: per questo componente si può parlare di fatto di una nuova architettura rispetto a quanto implementato in Sandy Bridge, quindi di una fase Tock. La risultante rimane quindi quella di un passaggio che è sempre un Tick, con il + a dare maggiore enfasi alle modifiche architetturali implementate dal versante GPU.

Questo quanto ci racconta il marketing Intel; vediamo ora quali siano le effettive novità implementate in Ivy Bridge.

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Lo schema a blocchi del die dei processori Ivy Bridge evidenzia visivamente quanto lavoro sia stato sviluppato da Intel per la componente GPU integrata, alla quale è dedicata una superficie che è circa 1/3 di quella totale. I 4 core e la GPU condividono il ring bus e la cache di terzo livello, o last level cache come indicata da Intel; il controller memoria è rimasto del tipo DDR3 dual channel, con alcune innovazioni rispetto a quanto implementato in Sandy Bridge riassumibili nella possibilità di raggiugere una frequenza di clock massima di 2.800 MHz e di incrementare la frequenza della memoria DDR3 a passi di 200 MHz alla volta, non solo a intervalli di 266 MHz.

Dal versante CPU troviamo in Ivy Bridge solo marginali adattamenti a quanto già presente in Sandy Bridge: si tratta di modifiche nel design che non cambiano l'architettura, ma che spesso si rendono accessibili in fase di progettazione nel momento in cui un'architettura già sviluppata, come quella Sandy Bridge, viene riadattata per la migrazione ad una tecnologia produttiva più sofisticata. Da questo emergono incrementi prestazionali a parità di frequenza di clock di alcuni punti percentuali, con un'incidenza data anche dalla tecnologia Turbo Boost che a motivo del consumo complessivo più ridotto e di vari affinamenti interni riesce ad essere più efficiente.

L'utilizzo di tecnologia produttiva a 22 nanometri ha permesso di ottenere un sensibile incremento nel numero di transistor integrati, pur diminuendo la superficie complessiva di ogni chip: da questo un vantaggio economico per Intel, capace di ottenere da un singolo wafer da 300 millimetri di diametro un numero più elevato di processori. La tabella seguente raccoglie le specifiche in termini di superficie del die e numero di transistor integrati per le differenti tipologie di processori Intel della serie Core presentati sul mercato negli ultimi anni:

Modello

tecnologia

superficie in mm²

transistor in milioni

Bloomfield 45nm 263 731
Lynnfield 45nm 296 774
Westmere 2C 32nm 81 383
Westmere 6C 32nm 248 1.168
Sandy Bridge 4C 32nm 216 995
Sandy Bridge 2C, GT2 32nm 149 624
Sandy Bridge 2C, GT2 32nm 131 504
Sandy Bridge-E 6C 32nm 435 2.270
Ivy Bridge 4C 22nm 160 1.400

Ivy Bridge raggiunge una superficie di 160 millimetri quadrati nella declinazione quad core, contro i 216 millimetri quadrati delle proposte Sandy Bridge corrispondenti; ben più elevato il nmero di transistor integrati, che passa dai 995 milioni di Sandy Bridge sino a 1,4 miliardi. Se dal versante CPU le novità in Ivy Bridge sono ridotte, è nella componente GPU che Intel ha speso i 400 milioni di transistor addizionali che troviamo nei nuovi processori. Non abbiamo al momento informazioni sulla disponibilità di un die specifico per le CPU Ivy Bridge dotate di due core: se così fosse la superficie complessiva, al pari di quanto visto con le corrispondenti soluzioni della famiglia Sandy Bridge, dovrebbe diminuire ulteriormente.

Come per Sandy Bridge, in Ivy Bridge troviamo implementate due differenti tipologie di GPU a seconda del modello di CPU utilizzato: HD4000 è la proposta di fascia più alta mentre HD2500 è quella alternativa dalle prestazioni inferiori. Nei processori Core i7 per sistemi desktop e in tutti quelli Ivy Bridge per sistemi mobile troviamo integrata la GPU HD4000: questa scelta è particolarmente sensata per le versioni notebook in quanto sono i sistemi portatili quelli nei quali si utilizza la GPU integrata quale quella unica nel sistema, senza affiancarvi una eventuale GPU discreta. Ha meno senso, a nostro avviso, per le proposte Core i7 desktop in quanto si tratta di soluzioni di fascia medio alta, tipicamente abbinate ad una GPU discreta così da ottenere un livello prestazionale più elevato.

L'architettura delle nuove GPU prevede il supporto ufficiale alle API DirectX 11, unitamente a quello per OpenCL 1.1 e OpenGL 3.1; cambia il numero di execution units che passa a 16 nella GPU HD4000 contro le 12 della proposta HD3000 top di gamma per le CPU Sandy Bridge. Per il modello HD2500 rimangono in numero di 6 come per la soluzione HD2000 integrata nelle CPU Sandy Bridge.

L'aumento nel numero di execution units integrate nella GPU HD4000 non giustifica da solo l'incremento prestazionale. Nell'implementazione delle CPU Ivy Bridge ogni execution unit può eseguire due operazioni MADs per ogni ciclo di clock, il doppio rispetto a quanto implementato in Sandy Bridge. Oltre alla cache L3 unificata tra CPU e GPU in Ivy Bridge è presente una piccola cache L3 addizionale, specifica per la sola componente GPU, che permette di velocizzare l'accesso a dati utili alla GPU senza dover per questo accedere al ring bus.

Abbiamo segnalato come i processori Ivy Bridge continuino ad utilizzare socket 1155 LGA per la connessione con la scheda madre, mantenendo quindi compatibilità meccanica con le proposte sviluppate per processori Sandy Bridge basate su chipset della serie 6. Affinché una scheda madre socket 1155 LGA di precedente generazione possa utilizzare i nuovi processori Ivy Bridge devono venir verificati alcuni prerequisiti:

  • il chipset deve essere uno dei modelli H61, H67, P67 oppure Z68. I chipset A65, A67 e B65 non supportano le CPU Ivy Bridge;
  • il bios della scheda madre deve essere aggiornato con una release che implementi supporto alla nuova CPU e deve essere aggiornato il firmware (ME8);
  • qualora si utilizzi la GPU integrata i driver video devono venir aggiornati con la release compatibile con le soluzioni Ivy Bridge;

Intel presenta quest'oggi processori della serie Ivy Bridge per sistemi desktop appartenenti alle famiglie Core i7 e Core i5; solo in un secondo tempo verranno proposte anche versioni Core i3, delle quali tuttavia conosciamo già le principali specifiche tecniche:

Modello

Core i7

Core i5

Core i3

Core 4 4 2
Threads 8 4 4
Turbo Boost si si no
HyperThreading si no si
Cache L3 8 Mbytes 6 Mbytes 3 Mbytes
AES-NI si si no
GPU integrata HD4000 HD4000
HD2500
HD4000
HD2500
Virtalization technology si si si
Supporto performance tuning si si no

I processori della famiglia Core i7 sono basati su architettura quad core con tecnologia HyperThreading: troviamo quindi per tutti un massimo di 8 threads che possono venir processati in parallelo. Le CPU Core i5 mantengono architettura quad core ma perdono il supporto HyperThreading, che invece ritorna con i processori Core i3 dotati di due soli core fisici. Quantitativi di cache L3 differenti per tutte e 3 le famiglie: 8 Mbytes per quelle Core i7, 6 Mbytes per le CPU Core i5 e 3 Mbytes per i modelli Core i3.

I processori Core i3 perdono il supporto alla tecnologia Turbo Boost, al set di istruzioni AES-NI e al perfomance tuning, mantenendo invece quello alle tecnologie di virtualizzazione. Per la componente GPU troviamo sottosistema video HD 4000 solo in abbinamento ai processori Core i7, mentre per le CPU Core i5 e Core i3 troviamo sottosistema video HD4000 oppure HD2500 a seconda della versione di processore.

 
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