Los nuevos Intel dual core: Core i5 y Core i3. Actualizado - LowLevelHardware

Intel va a empezar en breve a desplazar (inicialmente por la gama más alta) a sus excelentes procesadores Core2Duo de 45 nm con las nuevas gamas de 32 nm basadas en núcleos de microarquitectura Westmere (descendiente de Nehalem) en configuración dual core y asociados a GPUs, por primera vez integradas en el mismo chip.

Intel Core i5 y Core i3, el nuevo procesador compuestos de dos dies.

Se trata de procesadores con dos dies en un mismo encapsulado, un MCM (multi chip module):

• Un die (fabricado en el nuevo proceso de 32 nm con una superficie de unos 74 - 78 mm2) consta de los dos núcleos del procesador dual core junto con la caché L3 compartida de 4 MB, los write buffers de la L3, la circuitería del bus QPI para conexión con el segundo die y otras I/O.

Westmere dual core: un die de 32 nm incluyendo los núcleos, el QPI y la L3 de 4 MB con los write buffers.

• El segundo (fabricado en 45 nm con una superficie de 111 - 116 mm2) incluye la GPU integrada con 12 clusters de procesadores gráficos DX10, las controladoras de memoria dual channel DDR3, la circuitería QPI para enlazar con la CPU (el primer die), el bus PCIe y el bus DMI para conectividad con el South Bridge.

La GPU es un descendiente directo de la empleada en al chipset de las series G45 para Core 2 Duo, en este caso ve aumentada su capacidad de 10 a 12 procesadores y cuenta con numerosas mejoras que elevan su rendimiento al doble, permitiéndole competir con los chipsets integrados de AMD y nVidia.

Las controladoras de memoria, desafortunadamente, tienen más que ver con las dual DDR3 de chipset P45 y X48 que con las soberbias integradas en Lynnfield o Nehalem.

De echo las latencias de acceso a RAM en estas nuevas CPUs son muy superiores a las de Nehalem1366 o a Lynnfield1156 e incluso son superiores a un simple Core”Duo en una buena placa base P45 con DDR3 1333 y timings 7-7-7-21 2T.

El nuevo multi chip de Intel al descubierto.

Al contar con dos dies en un mismo chip, la superficie total es bastante elevada (sobre los 190 mm2) lo que resulta en unos costes de fabricación correspondientemente altos. Por ello, Intel posiciona estos procesadores en unos precios desde los 113$ (excluyendo al muy “capado” Pentium G9650).

De este modo no espero una rápida transición desde los actuales Core2Duo de 45 nm a estos nuevos chips, será una transición más bien suave…

Clarkdale: los integrantes de las versiones dual core de la gama Core i5 y Core i3.

Los Core i5 de la serie 600 contarán con turbo Mode e HyperThreading (SMT) para un total de cuatro threads. Recordemos que por encima se sitúan los Core i5 de la serie 700, siendo éstos quad core nativos con Turbo Mode pero sin SMT basados en dies Lynnfield.

En cambio los Core i3 de la serie 500 prescinden del turbo Mode aunque mantienen el HyperThreading. En cambio el modelo Pentium G6950 se queda con 3 MB de L3 y sin SMT además de bajar el reloj de la GPU a 533 MHz.

Habrán dos versiones, que realmente serán el mismo chip, aunque con distintas funcionalidades activadas. Una de ellas será la versión de sobremesa, Clarkdale y la segunda la destinada a portátiles o Arrandale.

La nueva arquitectura, simplifica el esquema de los Core2Duo a los que sustituye. Pasamos de tres chips a solamente dos: Procesador (MCM de dos dies) y South Bridge (en placa base).

Reducción de complejidad de la plataforma a dos chips.

De todos modos, esto no se ha hecho del modo más elegante y sobretodo no del más eficiente prestacionalmente hablando, me explico:

Al ser un MCM, Clarkdale pierde la excelente arquitectura de alta integración vista en Nehalem (core i7 serie 900) y Lynnfield (Core i7 serie 800 e i5 serie 700). En un solo die se integraban desde los núcleos pasando por las controladoras de memoria y la L3 hasta los QPI e incluso en el caso de Lynnfield el bus DMI (para comunicar con el chipset P55) y el PCIe 16X (para la GPU).

Wafer de dies de 32 nm.

Los tamaños relativos de ambos dies se observan a continuación:

Intel Clarkdale dual core, un MCM compuesto de dos dies.

Intel ha tomado “el camino de en medio” y ha diseñado Clarkdale como un MCM con dos dies con distintas funcionalidades en cada una, de hecho el segundo die integra la GPU, el engine de descompresión de video, el bus DMI y las dos controladoras DDR3, y aquí reside el problema:

Al necesitar los cores utilizar el bus QPI para comunicar con el segundo die para realizar escrituras o lecturas a RAM hemos vuelto a una arquitectura “semi-FSB”, siendo este sustituido por un mas eficiente bus QPI a una velocidad reducida (en la fotografía superior marcado en ambos dies como “MCP Interface”).

Detalle del die de Clarkdale.

Por otro lado las frecuencias del Uncore en Clarkdale son de 2.13 GHz y 2.4 GHz, frente a los 2.13GHz del i7 920, 940, 950, 960 y los 2.66 GHz del i7 965X y 975X o los 2.4 GHz de Lynnfield. Esto afecta a la latencia y transferencia de la caché L3 que se mantienen en valores similares a Nehalem o Lynnfield.

En cambio, y debido al encontrarse en dies separadas, la latencia de acceso a RAM empeora ostensiblemente, ya que ahora se encuentra a mayor distancia temporal (en ns) y a través de un bus QPI.

Para estos procesadores Intel ha desarrollado varios nuevos chipsets:

Oferta de chipsets compatible con Clarkdale.

Entre ellos se encuentra el conocido P55 conocido en las placas LGA 1156. Con este chipset se podrán montar estas CPUs pero perdiendo su funcionalidad gráfica integrada ya que no integra el bus IFDI (Intel Flexible Display Interface).

Igualmente los procesadores basados en núcleos Lynnfield (Core i7 serie 800 y Core i5 serie 700) se podrán montar con estos nuevos chipsets sin problemas.

En cuanto a los gráficos integrados Intel ahora los denomina HD Graphics “a secas”, es una evolución del integrado en el chipset P45 Express y sus frecuencias no serán las mismas en toda la gama:

Gama Core i5 e i3 junto al Pentium G6950.

Como vemos estas oscilaran de los 533 MHz del Pentium pasando por los 733 MHz de toda la gama excepto el modelo 661 con 900 MHz en su GPU (los modelos acabados en 1 contarán con esta característica). Secundariamente este hecho aumenta su TDP en 14W extra.

Los modelos Arrandale para portátiles contarán con Graphics Turbo Mode, es decir, frecuencias dinámicas en GPU para mantener un TDP global aceptable dentro de los límites del diseño y un consumo contenido para adaptarse a este mercado.

Documentos técnicos de los procesadores Core i7, Core i5 y Core i3.

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Previo AMD Bulldozer. Actualizado - LowLevelHardware

La próxima generación del core de AMD está despertando una gran excitación entre los profesionales de la arquitectura de procesadores, e incluso entre los propios ingenieros en Intel. Tal como ahora la conocemos será un rotundo éxito si es llevada a buen puerto como apuntan los numerosos rumores y las escuetas informaciones del fabricante.

AMD Bulldozer Zambezi 8 cores: 4 módulos y 8 threads con 8 INT cores.

En un artículo anterior, de Enero de este año, hice una pequeña lista de peticiones (wish list) para la próxima generación de procesadores AMD. Todos sabemos que el diseño definitivo del procesador que sustituirá, ya fabricado en 32 nm, a los actuales Opteron y Phenom II basados en núcleos Shanghai es definitivo hace meses y con alta probabilidad están ya en los previos al tape-out del primer stepping bootable.

Un poco de historia: Intel y la era Netburst

Durante años, desde la aparición del flamante Athlon64 en 2003, AMD gozó de una etapa de clara supremacía de sus diseños en prestaciones, consumo y disipación térmica. Intel ya desde el año 2000 comercializó su línea Netburst, unas CPUs basadas en pipelines extraordinariamente largos con la excusa de altísimas frecuencias y con un desafortunado e intrusivo (aunque necesario) mecanismo de Replay de micro operaciones.

Fueron procesadores que más bien parecían diseñados por los equipos de márqueting que por los excelentes grupos de ingeniería en Intel…

Las primera iteración del procesador Pentium 4 (Willamette 180nm) salió a la venta en 2000 compitiendo con el excelente y equilibrado procesador AMD Athlon. Con un pipeline de enteros de 20 etapas (!!) después de los decoders y la trace caché.

Contaba con unos tamaños de caché claramente insuficientes: la ínfima caché L1 de 8 KB y la L2 de 256 KB. El tamaño de la L2 de 256 KB se rumorea que fue una víctima de las prisas de Intel por llevar al mercado el diseño en 180 nm. Sus frecuencias finales fueron de 1.3 a 2.0 GHz.

Intel Pentium 4  Willamette 180 nm 256 KB L2.

Era una CPU muy cara y difícil en fabricación dado su tamaño y complejidad, casi toda su superficie era lógica. Contaba con un FSB quad pumped (4 x 100 MHz) de 400 MTs para un dual channel RAMBUS a 800 MHz y 16 bit (en el año 2000 !!). En fín, una plataforma de un coste estratosférico para finalmente y en la práctica obtener rendimientos similares o inferiores a un AMD Athlon con simple memoria SDRAM.

A finales de 2001 llegó, en mi opinión, el mejor integrante de la saga: el procesador Northwood de 130 nm ya con 512 KB de L2 y posteriormente dotado con HyperThreading. Partió de los 2 GHz (FSB 400 MHz) para escalar rápidamente. En esta época ya competía con los Athlon XP de AMD de 180 nm.

Intel Pentium 4  Nothwood 130 nm 512 KB L2.

Cuando llegó a frecuencias desde los 2.8 GHz y con un FSB de 800 MHz empezó a ser el líder en prestaciones y los modelos 3.2 y 3.4 gozaron de gran fama y un excelente rendimiento.

En 2004 llegó Prescott en 90 nm (1 MB L2) con un pipeline absurdamente dilatado a más de 30 atapas (!!).

Fue un rediseño absoluto de Netburst, poco tenía que ver con Willamette o Northwood. Incluso se rumoreó el nombre de Pentium 5, posteriormente introdujo el proceso de 64 bit. Sus prestaciones finales fueron desalentadoras, de hecho era algo más lento clock for clock que Northwood… Además su disipación térmica ponía en aprietos al mejor sistema de refrigeración de la época.

Intel Pentium 4 Prescott 90 nm 1 MB L2.

Todavía recuerdo cuando probé los primeros engineering samples de Prescott a 2.8 GHz sustituyendo un excelente Nortwood HT a 3.2 GHz obteniendo 20ºC más de temperatura y un rendimiento muy inferior… La cuerpo del disipador daba miedo…

Prescott se diseño para frecuencias máximas sobre los 5 GHz, pero problemas de diseño (excesivo leakage del proceso de 90 nm en Prescott) y su incontenible consumo eléctrico y consiguiente disipación térmica lo hicieron inviable. Intel incluso tuvo en sus roadmap versiones a 4 y 4.2 GHz que más tarde canceló.

En 2005 Intel tenía previsto el lanzamiento de Tejas (con un pipeline previsto sobre 50!!!!!! etapas). Los primeros samples fueron una gran decepción, consumos excesivos rayando lo imposible en plataformas de consumo y un rendimiento decepcionante. Fue sabiamente cancelado.

En Intel se cortaron algunas cabezas en los staff directivos y se replanteó totalmente el diseño de sus futuros microprocesadores. El management dio paso al diseño del equipo en Haifa (Israel), los padres del excelentísimo procesador Pentium M Banias de 90 nm derivado del núcleo Pentium III.

El despertar de un gigante, Intel Conroe (Core 2 Duo / Quad) 65 nm

Tras todos estos hechos, AMD equivocadamente pensó o más bien confió en que Intel continuaría con la evolución de Netburst eternamente.

Se durmieron en los laureles del K8, dedicaron muchos recursos al proyecto K9, un procesador con un pipeline extra largo tipo Netburst y con SMT al estilo HyperThreading que fue tardíamente aunque acertadamente cancelado.

Intel Core 2 Duo Conroe 65 nm, dual core 4 MB L2.

Intel sacó al mercado en 2006 Conroe, el famoso Core 2, dando un vuelco radical mercado y consiguiendo un dominio absoluto en todos los segmentos desde portátiles a sobremesa de consumo y servidores dual core.

En el terreno multisocket AMD mantenía su liderato absoluto en 4 sockets gracias a su más avanzada arquitectura con enlaces HT (HyperTransport) frente al arcaico FSB de Intel. En los servidores de dos socket había una encarnizada pelea, Intel contaba con mejores núcleos de ejecución pero AMD ganaba en ancho de banda.

El éxito de Conroe reside en su poderoso núcleo de ejecución de enteros de cuatro pipelines y sus bien dimensionadas FPU de 128 bit, además de su excelente arquitectura de cachés inclusivas y de gran tamaño (2 MB de L2 por core en 65 nm y 3 MB de L2 por core en 45 nm).

La decepción del AMD Barcelona 65 nm

AMD llegó tarde al mercado con los procesadores Opteron quad core y Phenom basados en cores Barcelona de 65 nm.

Con una exigua caché L3 compartida de solo 2 MB para cuatro núcleos (512 KB por core). Una caché L3 de diseño totalmente asíncrono con los núcleos que imponía altas latencias de acceso cifradas en unos 48 ciclos a frecuencias nominales. Además y debido a su pequeño tamaño, unas bajas tasas de aciertos L3 (cache hits) y grandes cargas en el dual channel DDR2 lo que causaba contención en acceso.

AMD Barcelona 65 nm, quad core nativo con 2 MB de L3 compartida.

Intel hacía meses que disponía del doble dual core Clovertown de 65 nm con dos L2 de 4 MB que aumentó más si cabe el diferencial de prestaciones con AMD, además de ser más barato de fabricar dada su poca superficie y avanzada tecnología de fabricación.

Estaba formado por dos dies Core 2 Duo en un chip:

El Intel Core 2 Quad, un MCM de dos Core 2 Duo. 4 + 4 MB de L2 en 65 nm.

Rápidamente Intel sacó al mercado la evolución de 45 nm de Core 2, los núcleos Penryn con 6 MB de L2 compartida. Contaban con numerosas mejoras que lo hacían sobre un 16% más rápido que su antecesor de 65 nm y recuerdo como todos mis mejores clientes sustituyeron sus CPUs Conroe por Penryn en pocos meses debido a su gran mejora en algoritmos conteniendo divisiones.

Intel Core 2 Duo Penryn 45 nm, dual core con 6 MB L2 compartida.

Barcelona fue un débil rival para tales procesadores y esto se agravó cuando Intel presento el sustituto de Yorkfield, Harpertown, dotado de cuatro núcleos Penryn y 2 L2 de 6MB y proceso de 45 nm.

Los Core 2 quad de la serie 9000, fabricados en 45 nm.

Nivelando el terreno, AMD Shanghai

Por fin AMD introdujo en el mercado, esta vez sí, un procesador competente con la oferta de su rival Intel: el core Shanghai de 45 nm. Lo he analizado en multitud de artículos y desde todos los ángulos en LowLevelHardware (ordenados por fecha):

• El resurgir de Phenom. El Stepping B3 y el futuro Shanghai 45nm.
• Shanghai Phenom K10.5 en Enero
• El retorno de AMD: Phenom II. Actualizado – LowLevelHardware
• Phenom II X4 940 3.6 GHz: BIOS en detalle. Actualizado – LowLevelHardware
• Phenom II 3.6 GHz / 2.4 GHz uncore. Análisis en RMMA. Ampliado – LowLevelHardware
• Phenom II X4 @ 3.6 GHz. Análisis microarquitectural en RMMA – LowLevelHardware

Y en ProfessionalSAT:

• AMD Phenom II Shanghai. Perspectivas – ProfessionalSAT
• Phenom II X4 940 BE: Overclock 3.6 GHz. Ampliado – ProfessionalSAT

Ha poblado las series Opteron y Phenom II dotado de una L3 de 6 MB y 48 vías desplazando al mediocre chip Barcelona. Con esta evolución logró al fin doblegar a los invencibles hasta el momento Core 2 Quad Penryn. Actualmente se comercializa en versiones hasta los 3.4 GHz (Phenom II X4 965 BE) y este modelo en particular supera a cualquier Core 2 Quad en la media de benchmarks.

AMD Shanghai 45 nm, quad core nativo con 6 MB de L3 compartida.

Intel Tick–Tock. Microarquitectura Nehalem con SMT

El pasado año 2008 (en Q4) Intel dio a luz a su última microarquitectura de altas prestaciones: Nehalem. Salió a la venta con el nombre comercial de Core i7.

Este procesador lo he tratado extensamente (quizás me quedo corto…) en varios de mis blogs:

En LowLevelHardware he detallado su microarquitectura:

• Nehalem. Intel despliega su poder. 18 de Marzo 2008
• Sobre la cache de Nehalem. 23 de Mayo 2008
• Datos finales sobre Intel Nehalem. 08 de Junio 2008
• Los tres canales de Nehalem. 18 de junio 2008
• Análisis del die de Intel Core i7 / Nehalem. 06 de septiembre 2008
• Core i7: Preliminares Intel Nehalem – LowLevelHardware. 18 de Octubre 2008
• Imágenes alta calidad Intel Core i7 – LowLevelHardware. 04 Noviembre 2008
• La caché L3 de Core i7 Nehalem. Actualizado - LowlevelHardware. 05 Noviembre 2008
• Core i7 vs Phenom en dual channel. Ancho de banda de cachés y memoria. Actualizado – LowLevelHardware. 19 de Noviembre 2008
• La verdadera latencia L3 de Core i7. Actualizado – LowLevelHardware. 24 de Noviembre 2008
• Hyperthreading en Core i7. Análisis – LowLevelHardware. 05 de Diciembre 2008
• Core i7 stepping D0 – LowLevelHardware. 29 de Abril 2009
• Uncore clock en Core i7 920 stepping D0. Actualizado – LowLevelHardware. 20 de Mayo 2009

Intel Nehalem 45 nm, quad core con SMT (8 threads) y 8 MB L3 compartida.

Su gran  baza es reside en el SMT, el Turbo Mode  y un brutal y desorbitado ancho de banda dado por el triple channel DDR3 además de su excelente arquitectura de caché de tres niveles con unos 38 ciclos de latencia L3 y unas ultrarrápidas L2 de 10 ciclos y 256 KB.

Con Nehalem, Intel ha logrado el liderato destacado en prestaciones en todos los terrenos: enteros, coma flotante, single thread, multithreading, ancho de banda, latencia… y AMD está pasando tiempos difíciles compitiendo con su única arma, el precio… y la inteligencia de su líder.

Un Phenom II X4 965 BE (el tope de gama) compite actualmente con el procesador benjamín de la gama Nehalem el Lynnfield Core i5 750 sin SMT (HyperThreading) y con dual channel DDR3 en prestaciones y precio.

Intel Lynnfield 45 nm. Integra el controlador PCIe 2.0 en el die (a la izquierda).

Por encima de ellos se sitúan los Core i7 Lynnfield de socket LGA1156 con SMT, Turbo Mode agresivo y dual DDR3 Core i7 860 y 870. Este procesador, al integrar el bus PCIe en el die prescinde de los enlaces QPI y del chipset X58.

Intel Lynnfield. 45 nm, 8 MB L3, SMT y PCIe integrado.

La superior gama i7 LGA1366 con SMT y triple DDR3 (asociado por un QPI de 4.8 a 6.4 GT/s con el chipset X58) no cuenta a día de hoy con un procesador equivalente en velocidad en AMD aunque tampoco en precio.

Servidores AMD e Intel en 2009

El año 2009 ha sido excelente para Intel, ha podido desplegar su arquitectura Nehalem hasta los dos sockets. En este terreno AMD no tiene una alternativa en paridad aunque se acerca bastante con su diseño Istambul, un hexa core nativo con 6 MB de L3 y fabricado en 45 nm:

AMD Istambul. 6 núcleos y 6 MB L3 en 45 nm.

En el espacio 4 socket AMD es imbatible ya que Intel mantiene sus mastodónticos e ineficientes chips Dunnington hexa core basado en núcleos tres Penryn dual core con 3 MB de L2 shared por pareja y 6 MB de L3 compartida con una latencia superior a los 100 ciclos!!!

Intel Xeon Dunnington. 6 cores 3 L2 de 3 MB y 16 MB de L3 shared en 45 nm.

AMD e Intel en 2010

En 2010 AMD seguirá refinando el diseño de Shanghai. Hace un mes aproximadamente lanzó el nuevo stepping C3 que reduce el consumo y disipación térmica así como permite mayores overclocks en cores y uncore (caché L3, North Bridge y controladoras de memoria).

Introducirá un verdadero estado C1E lo que reducirá el consumo. Probablemente veremos versiones a 3.6 GHz del Phenom II X4 BE y como novedad la introducción del hexa core Istambul de 45 nm y 6 MB de L3 procedente de las actuales gamas de servidores Opteron de la serie (quizás Phenom II X6??) en el mercado de sobremesa llamado Thuban.

Wafer de procesadores Intel Westmere de 32 nm.

Intel tiene previsto la migración a 32 nm con los núcleos Westmere, la evolución de Nehalem. En el terreno más prestacional veremos los Westmere de 6 cores con SMT que elevará a 12 el número de threads por procesador. Contarán con 12 MB de L3 y varias mejoras micro arquitecturales.

El futuro Westmere dual core 32nm, 4 MB de L3 compartida y 256 KB L2 por core.

En principio Intel no tiene planes de un quad core de 32 nm basado en núcleos Westmere, para ello habrá que esperar a Sandy Bridge en 2011. Lo que sí habrá es un hexacore nativo llamado Gulftown:

Gulftown 6 cores, 12 MB L3 y 12 threads en 32 nm.

La buena noticia para algunos de mis clientes es que será compatible con la mayoría de actuales placas base con chipset X58 y socket LGA 1366.

AMD e Intel en 2011

Intel introducirá Sandy Bridge, su nueva microarquitectura tras Nehalem. Incluirá también SMT y la interconexión del procesador con el Uncore y los buses y cachés L3 compartidas será a través de un anchísimo ring bus que proporcionará latencias menores que en los actuales diseños.

Sandy Bridge 32 nm, la próxima evolución microarquitectural de Intel.

En el siguiente artículo haré una educada estimación de la siguiente microarquitectura de AMD, el revolucionario core Bulldozer de 32 nm que verá la luz en 2011.

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Athlon II X4, IBM Power 7 e Intel Nehalem EX – LowLevelHardware

Desde hace ya unos años los fabricantes de semiconductores están dando un giro copernicano a su estrategia de prestaciones a toda costa a cambio de una moderación clara en la disipación térmica de sus diseños.

AMD Athlon X4

Ya en un artículo anterior de Junio 2009 hablé ligeramente sobre estos nuevos procesadores de AMD. Su comercialización está prevista para Septiembre.

AMD Athlon X4 de 45 nm. Cuatro núcleos con 512 KB de L2 cada uno.

AMD ha decidido reducir costes eliminando la caché L3 de 6 MB de los Phenom II X4 y prescinde además de tres de los enlaces HT (HyperTransport) quedando uno para comunicación con el chipset. La superficie estimada para este procesador ronda los 160 – 170 mm2 proporcionando una gran reducción de costes respecto a Phenom II.

Los precios serán muy reducidos y habrá variantes Triple core con uno  de los procesadores desactivado:

Gama de procesadores Athlon II X2, X3 y X4.

Se rumorean precios inferiores en unos 25€ al quad más barato de Intel. inicialmente su frecuencia máxima será de 2.6 GHz, pero sin duda será sencillo dejarlos sobre los 3.8 GHz con un trivial overclock.

La era del performance per watt

Intel, con su “right hand turn”, acabó con su microarquitectura Netburst (la línea Pentium 4) cancelando el procesador Tejas de 90 – 65 nm (el cuarto integrante de la saga) y dando paso a la exitosa (y derivada de la anterior microarquitectura Pentium III) línea Core 2 Conroe 65 nm y Penryn 45 nm.

Ahora es IBM quien adopta esta línea de moderación en consumo huyendo de sus anteriores speed demons (IBM Power 6). Power 7 será un diseño mucho más equilibrado, con ocho cores en un die y con la novedad de utilizar eDRAM para el último nivel de caché (con el doble de densidad por mm2).

IBM Power6, un masivo dual core con un consumo eléctrico desmesurado y casi 5 GHz.

Probablemente contará con 24 MB de eDRAM para los ocho procesadores con SMT de dos o quizás cuatro vías (para un total de 16 o 32 threads por chip). El ancho de banda por socket excederá los 300 GB/s de Power6 (ya de por sí todo un record).

Personalmente espero un rendimiento sobresaliente para estos procesadores (no como en su día para el Power6, que no me gustó nada cuando en su día su microarquitectura fue hecha pública) que a mi juicio retoman una línea de trabajo más lógica para IBM, ya que el mundo x86 está presionando fuertemente.

Intel Nehalem EX

El rival del anteriormente mencionado IBM Power7 será un procesador de ocho cores con SMT de dos vías para 16 threads por chip. Contará con 24 MB de L3 compartida y cachés L2 de 256 KB para cada core.

Se alojará en el nuevo socket 1566 LGA. Ya hablé de este procesador en un artículo anterior.

Intel Nehalem EX.

Con 2.3 BT (2.300.000.000 transistores) fabricados en el nodo de 45 nm cuenta con ocho núcleos basados en la arquitectura Nehalem (similar a los Core i7 de sobremesa) y cuatro enlaces QPI para comunicación con otros tres sockets y el chipset.

Diagrama del die.

Los tamaños de caché. La L3 de 24 MB

Una cuestión interesante es la inclusión de una L3 de 24 MB con acceso compartido por ocho núcleos. Teniendo en cuenta que las L2 son de solo 256 KB sus tasas de acierto no serán espectaculares y esto nos lleva a pensar que la L3 tendrá mucho trabajo.

Hace unos meses haciendo profiling comparativo en máquinas Core 2 y Athlon64 comprobé que los Core 2 fuerzan mucho más (en el sentido de acceder muchas más veces) su L2 de 6 MB que los AMD Athlon64. Esto es debido a que los Athlon64 cuentan con una L1 de 64 KB que mitiga mucho (dada su mayor tasa de aciertos) los accesos a L2, en cambio, los Core 2 con su pequeña L1 de 32 KB hacen un uso intensivo de su excelente (rapidísima para su tamaño) y gigantesca L2 de 6 MB.

Sin duda, con Beckton (Nehalem EX) el extenso equipo de ingeniería de Intel ha hecho un excelente trabajo en la identificación de los más favorables tamaños relativos de sus cachés y han llegado al diseño final de 24 MB de L3 (LLC) para 8 cores con 16 threads.

Caché de cuarto nivel, L4

Lo que sí es cierto es que espero, en generaciones posteriores y ya con un número de núcleos mayor, la aparición de masivas cachés L4 compartidas (de tamaños sobre los 48 - 64 MB) probablemente con buses ring-bus.

Para mitigar los accesos hacia ellas habrá cachés L3 compartidas parciales (entre unos 4 – 8 núcleos por L3) de menor tamaño (sobre 4 – 8 MB) y mejor latencia que las actuales L3 de Beckton.

Por supuesto, todo esto nos espera en los 22nm y más allá …

LGA 1156. Intel Core i3, Core i5 y Core i7 – LowLevelHardware

Intel ha desvelado sus planes finales para los sustitutos de sus exitosas líneas Core 2 Duo y Quad, todos ellos serán procesadores de socket LGA 1156 con dos canales de memoria DDR3 y con conexión con el nuevo chipset Intel P55 mediante un simple enlace DMI de 2 – 4 GB/s.

LGA 1156, el nuevo socket mainstream de Intel.

Todos ellos estarán basados en la arquitectura Nehalem ya conocida en los actuales Core i7 LGA 1366. En cuanto a la caché L3, los quad core contarán con 8 MB de L3 y los dual core con la mitad, 4 MB.

Technology@Intel

Core i7 LGA 1366 serie 900

La actual serie 900 que todos conocemos con triple canal DDR3 y bus QPI para comunicación con el Intel X58. Seguirá manteniendo el liderato en prestaciones y el mayor precio.

Core i7 LGA 1156 serie 800

Los actuales procesadores Core i7 de socket LGA 1366 quedan como gama alta (serie 900) y se lanzarán varios modelos para placas de socket 1156 y chipset P55 (serie 800) con doble canal DDR3.

Contarán con cuatro núcleos con HyperThreading y Turbo Mode para un total de ocho threads como en la actual gama 900.

Core i5 LGA 1156 serie 600

Habrá modelos de dos y cuatro núcleos, los de dos núcleos contaran con HyperThreading (SMT) y en cambio los quad cores lo llevarán deshabilitado para diferenciarlos de los Core i7. Todos ellos contarán con Turbo Mode.

También como chipset con el Intel P55 mediante DMI.

Core i3 LGA 1156 serie 500

Serán idénticos a los i5 pero con Turbo Mode deshabilitado y seguramente frecuencias inferiores. Igualmente con el Intel P55.

Nehalem-EX Beckton - LowLevelHardware

Ayer expiró la NDA referente a la publicación de las primeras imágenes, aunque de bajo detalle, del octal core nativo Nehalem-EX. En este artículo esbozo algunas peculiaridades y característica de este nuevo procesador que se comercializará a finales de año.

Nehalem-EX. Se aprecia su gran tamaño para el socket LGA-1566.

Que nadie se lleve a engaño pues jamás tendremos un procesador Beckton en nuestro sistema personal, está diseñado con otras cargas de trabajo en  mente e incorpora tecnologías RAS (novedad en el mundo X86) de la familia Itanium.

La maestría de Intel diseñando procesadores para entorno empresarial.

En la captura superior apreciamos Nehalem-EX junto a Nehalem y debajo Tukwilla (Itanium quad core de 65 nm) y Dunnington (Xeon hexa core nativo con 16 MB L3 basado en núcleos Penryn de 45 nm).

Presentación de los nuevos Nehalem-EX octal core nativos.

Hace unos meses (en diciembre de 2008) realicé un análisis muy arriesgado, aunque iba bien encaminado, del die de Beckton basándome en las muy lejanas y de mala calidad fotografías de un wafer de procesadores que sostenía un orgulloso Patrick Gelsinger. y no era para menos.

2.3 millones de transistores en 45 nm

Beckton constituye un procesador monstruoso, 2.3 millones de transistores para:

• Ocho núcleos de arquitectura Nehalem con SMT de dos vías.
• 24 MB de caché L3 distribuidos en bancos independientes.
• 4 enlaces QPI.
• 4 controladoras de memoria DDR3 asociadas a chips externos (SMB, Scalable Memory Buffer).

La grandeza de Beckton.

La elección de los arquitectos de procesadores de Intel de implementar una caché de tercer nivel de 24 MB ya posiciona de por sí el producto orientándolo hacia cargas de trabajo de servidor.

En Beckton 24 MB son 3 MB por núcleo (o 1.5 MB por thread), un paso adelante desde Nehalem con sus 2 MB por core. Bien es cierto que una caché de tal magnitud no puede tener unos tiempos de acceso fulgurantes, pero en entorno servidor esto es menos importante que acceder constantemente a memoria y más todavía a memoria no local.

Además, recordemos que la función del LLC (Last Level Cache), en este caso la L3, es también evitar tráfico de coherencia de cachés de niveles inferiores.

Los cuatro QPI permitirán sistemas de cuatro sockets totalmente conectados.

Análisis del die

Die de Beckton, intencionadamente ocultado por los señores de Intel.

Como vemos, los núcleos han pasado a la periferia en grupos de dos colocados simétricamente respecto al centro del chip. Es una buena opción para evitar hot spots térmicos distribuyendo mejor la generación de calor en el procesador (como es sabido las cachés consumen comparativamente muchos menos W/cm2 que la lógica).

La superficie estimada ronda los 600 mm2, partiendo de los 246 mm2 del actual Nehalem quad core que encontramos en los procesadores Core i7.

Los núcleos serán prácticamente idénticos a los conocidos de Nehalem en los Core i7, con SMT de dos vías para un total de 16 threads por chip y por socket. Las cachés L1 y L2 serán respectivamente de 32 + 32 KB y 256 KB la L2 de baja latencia (exacto a Core i7).

En la parte superior de die encontramos los cuatro enlaces QPI para comunicación con otros procesadores y con el chipset o IO Hub.

En la parte inferior se sitúan las controladoras de memoria que se conectan a cuatro procesadores externos llamados SMB o Scalable Memory Buffer que permitirán hasta 16 (!!) DIMMs por socket.

Ubicación de los chips SMB.

En el centro encontramos la interfaz de sistema, el antiguamente llamado North Bridge, que incluye toda la lógica y buffers de comunicación con el exterior, en este caso habrá variaciones muy importantes respecto a Nehalem por las funcionalidades RAS añadidas para acceder a mercados hasta ahora reservados a procesadores Itanium o competidores RISC como IBM Power y otros.

Uno de los dos bloques de caché de 12 Mb, dividida en cuatro bancos de 3 MB.

Debo decir que han hecho un buen trabajo ocultando detalles en las fotografías… a juzgar por ellas todos los sub arrays de 3 MB (hay ocho de ellos) son morfológicamente idénticos. Veremos con el tiempo qué estructura interna ocultan, aunque en la fotografía inferior ya se aprecian más claramente y parecen bloques típicos de caché:

Esquema del die de Nehalem-EX.

En esta fotografía se aprecian mejor los ocho núcleos Nehalem y sobretodo los ocho arrays de caché L3 de 3 MB para un total de 24 MB. Nótese la gran cantidad de lógica adicional a lo largo del centro del die.

Intel podrá, en caso necesario desactivas independientemente núcleos defectuosos o arrays de L3 de 3 MB que presenten defectos funcionales.

Frecuencias esperadas de Nehalem-EX

Lógicamente, un octal core nativo compuesto de 2.9M de transistores, debe de ir limitado por TDP, lo que nos indica que inicialmente no veremos los 3 GHz. Lo esperable son frecuencias sobre los 2.13 – 2.26 GHz, quizás con los topes de gama a unos 2.66 GHz.

Proceso de Low Leakage especial para Dunnington, también aplicado a Beckton.

Intel, como era de esperar dada su maestría en estas lides, ha desarrollado un nuevo proceso de fabricación de 45 nm específico para Beckton con un Leakage menor, permitiendo frecuencias superiores que si se tratase simplemente de dos dies Nehalem en un chip más la lógica adicional y con 24 MB de L3.

Quad Nehalem-EX / Beckton en carga máxima. 64 threads (!!).

Estará disponible a finales de este año para servidores de alta gama, y especialmente utilizado en virtualización, además al incorporar características RAS dotará a estos entornos de una robustez añadida nunca vista en la arquitectura X86.

Capacidades RAS en Nehalem-EX.

Podrá no solo detectar sino aislar y corregir errores tanto de procesamiento como de memoria o I/O.