Intel Xeon 5500: architettura delle cpu Nehalem per server

Al pari di quanto osservato con la precedente generazione di architettura Intel, quella delle cpu Core 2, evidenziamo come le cpu Nehalem condividano una base tecnica comune indipendente dal tipo di finalità di utilizzo tra sistemi  server, desktop e notebook. Intel ha scelto di sviluppare un design unico che puntasse ad abbinare prestazioni velocistiche con consumi contenuti, segmentando in un secondo momento i processori in funzione dello specifico ambito di utilizzo.

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 quanto a filosofia a quello 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 variabile che può raggiunge gli 8 Mbytes in versioni quad core; 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;
• 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 numeero di core logici doppio rispetto ai core fisicamente integrati. Questa tecnologia è stata introdotta in passato 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.

Le prime versioni di processore Nehalem con architettura quad core, le soluzioni della famiglia Core i7 e Xeon 5500, integrano 731 milioni di transistor costruiti utilizzando processo produttivo a 45 nanometri e integrando 8 Mbytes di cache L3. 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.

La modularità dell'architettura Nehalem può essere facilmente spiegata riferendosi ai processori Nehalem-EX, soluzioni con 8 core fisici specificamente destinate all'utilizzo in sistemi server che debutteranno nel corso della seconda metà del 2009. Queste cpu implementano un design a 8 core di tipo nativo, quindi non con approccio Multi Chip Module, con una dotazione di cache L3 che dovrebbe essere pari a 24 Mbytes.

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.