Intel Nehalem: uno sguardo alla nuova architettura

Intel Nehalem: uno sguardo alla nuova architettura

In attesa del debutto delle prime cpu Intel Core i7 analizziamo l'architettura della prossima generazione di processori Intel nota con il nome in codice di Nehalem. Memory controller integrato, bus QPI, ritorno di Hyper-Threading e varie innovazioni caratterizzano queste nuove architetture.

di pubblicato il nel canale Processori
Intel
 

Gli elementi base delle cpu della famiglia Nehalem

Prima di approfondire in dettaglio quelle che sono le caratteristiche architetturali delle cpu Nehalem, riassumiamone gli elementi base comuni alle varie versioni per sistemi server, desktop e notebook. E' bene ricordare come il processo di ingegnerizzazione di nuove architetture di processore Intel sia un progetto che mira ad ottenere cpu adatte all'utilizzo in tutti e 3 i settori menzionati, modificando architettura e caratteristiche delle cpu su quegli elementi specifici che possono fare la differenza in uno dei segmenti verticali del mercato dei processori.

Per meglio chiarire questo concetto citiamo alcuni esempi: per le cpu destinate all'utilizzo in sistemi notebook si punta al contenimento dei consumi, mentre per le soluzioni server possono venir implementati quantitativi di cache più elevati. In generale analizzando le caratteristiche tecniche delle cpu Nehalem a confronto con quelle della famiglia Core 2 appare evidente come il team di sviluppo abbia voluto implementare funzionalità che portano i maggiori benefici prestazionali in ambito server, con un approccio che per molti versi possiamo considerare simile a quanto svolto in passato da AMD con il debutto delle prime cpu della famiglia K8, modelli Opteron e Athlon 64. Questi gli elementi base che caratterizzano le cpu della famiglia Nehalem:

  • 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: una novità per i processori Intel, il memory controller integrato è da tempo presente sul mercato con le cpu AMD sin dalla famiglia K8, con il primo modello di cpu Opteron presentato nel mese di Aprile 2003;
  • cache L3 integrata on die in tutti i processori, in quantitativo pari a 8 Mbytes; 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. In future versioni di processore Nehalem verranno implementate differenti versioni di cache L3, a seconda del mercato di riferimento;
  • ritorno della tecnologia Simultaneous Multi-Threading, meglio nota con il nome marketing di 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;
  • debutto della tecnologia QPI, Quick Path Interconnect, che sostituisce il front side bus nel collegamento tra processore, moduli memoria e in alcune versioni di cpu anche chipset. Per le prime soluzioni della famiglia Core i7, basate su Socket LGA 1366, il collegamento tra processore e chipset avverrà via link QPI.

die_shot.jpg (83308 bytes)

Le prime versioni di processore Nehalem con architettura quad core, le soluzioni della famiglia Core i7, integreranno 731 milioni di transistor costruiti utilizzando processo produttivo a 45 nanometri. Le successive evoluzioni di processore Nehalem, fermo restando il processo produttivo, sfrutteranno l'architettura modulare che è stata implementata nel progetto Nehalem in fase di design. Questi processori, infatti, possono essere facilmente modificati per implementare un differente numero di core, o integrare al proprio interno differenti tipologie di funzionalità rispetto a quanto presentato nelle prime versioni al debutto.

modularity.jpg (43131 bytes)

Due esempi possono meglio chiarire questa flessibilità: il primo è quello delle cpu Nehalem-EX, soluzioni con 8 core fisici specificamente destinate all'utilizzo in sistemi server che debutteranno nel 2009 la cui esistenza è stata anticipata da Intel in occasione dell'IDF Fall 2008. Il secondo è l'integrazione, in future versioni di processore Nehalem destinate al segmento di fascia più bassa del mercato, di una GPU: con questo prodotto Intel intende presentare la propria alternativa alle cpu AMD della famiglia Fusion, dotate al proprio interno sia di componente CPU che di quella GPU.

E' interessante evidenziare come con questa architettura di processori Intel di fatto abbia scelto non tanto di aumentare il numero di core, quanto di rendere ognuno di quelli presenti ancor più efficienti rispetto a quanto ottenuto con le soluzioni della famiglia Core 2. L'introduzione della tecnologia Hyper-Threading è una tecnica efficace per incrementare il parallelismo di esecuzione senza dover inserire nel die un numero elevato di transistor in più, ma vedremo nelle pagine seguenti come Intel abbia operato con Nehalem da un lato affinando l'execution engine alla base delle cpu Core 2, dall'altra introducendo quelle novità architetturali menzionate in precedenza che separano in modo chiaro e netto le cpu Nehalem da quelle di precedente generazione.

 
^