Intel Nehalem mikromimarisi

Nehalem (mikro mimari)
	; Bloomfield işlemci Core i7-940
Üretici firma	Intel
Üretim süreci	45 nm (Nehalem) ; 32 nm (Westmere)
temel	Soket 1156 (2 hafıza kanalı) ; Soket 1366 (3 hafıza kanalı)
L1 önbelleği	Çekirdek başına 32 + 32 kB
L2 önbelleği	Çekirdek başına 256 kB
L3 önbelleği	3/4/6/8/12 MB
selef	Intel Core Solo (Yonah) ; Intel Core Duo (Yonah) ; Intel Core 2 (Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Penryn, Wolfdale, Yorkfield)
halef	Sandy Bridge (tock) ; Ivy Bridge (kene)

Blok şeması: Nehalem mikro mimarisi

Intel Nehalem mikro mimarisi bir olan mikro mimari geliştirdi tarafından Intel . Kısmen Intel Core mikro mimarisine dayalıdır ve 2010 yılında yerini almıştır. Nehalem mimarisine dayalı işlemciler, entegre bellek denetleyicisine sahip ilk Intel işlemcileridir . Nehalem mimarisinin ilk sürümü Kasım 2008'de masaüstü bilgisayarlar için yüksek kaliteli bir CPU (Bloomfield) olarak Soket 1366 ( X58 ) için Core i7 olarak piyasaya sürüldü .

2011'de Intel Sandy Bridge mikro mimarisi ile değiştirildi .

Bu mikro mimarinin adı Oregon'daki Nehalem adlı küçük bir sahil kasabasından geliyor .

Nehalem mimarisindeki yenilikler

Bu mimarideki önemli bir yenilik , öncüllerinde işlemci ve yonga seti arasındaki bağlantıyı kuran Ön Veri Yolu'nun (FSB) yerini QuickPath Interconnect (QPI) adı verilen noktadan noktaya bir bağlantıya bırakmasıdır. yüksek iş hacmi ve ölçeklenebilirlik için tasarlanmış - benzer AMD'nin anahtarı için HyperTransport beş yıl önce. AMD'ye benzer bir diğer önemli yenilik, ana belleğin entegre bir bellek denetleyicisi aracılığıyla bağlanmasıdır . Bu doğrudan bağlantı, işlemcinin belleğe önemli ölçüde daha düşük gecikmeyle erişmesini sağlar . Bu iki önlem , FSB tarafından verilen bugüne kadar var olan çekirdek işlemcilerin darboğazını ortadan kaldırıyor . Ancak bu, yeni üslerin gerekli olduğu anlamına gelir .

Ayrıca Pentium 4 işlemcilerde Hyper-Threading adı altında kullanılan eşzamanlı çoklu okuma (SMT) da uygulanmaktadır . Pentium 4'ün üçlü süper skalar tasarımının aksine , dörtlü süper skalar tasarımı nedeniyle iş parçacığı başına kaynak arttığı için, yeni uygulama önemli ölçüde daha fazla performans sağlıyor . Intel'in SMT'si ile dört çekirdekli işlemci aynı anda maksimum sekiz iş parçacığı işleyebilir . Dört çekirdekli bir çekirdeğin faydası masaüstü uygulamaları için sorgulanabilirdi , ancak yalnızca bu amaç için özel olarak optimize edilmiş yazılımlarda performansla ilgili birçok iş parçacığı aynı anda çalışabilir. Şimdiye kadar, "normal" dört çekirdekler bile çok az sayıda program tarafından kullanılmaktan zarar gördü ve çekirdek başına daha düşük saat nedeniyle uygulamalarda çift çekirdekli modellere göre daha yavaş oldu . Öte yandan sunucu alanında, birkaç işlemcinin - gerçek veya sanal - daha kullanışlı olma eğilimindedir, çünkü bir dizi isteğin paralel olarak daha sık işlenmesi gerekir.

Nehalem mimarisi, selefleri ile karşılaştırıldığında , AMD Phenom'unkine benzer üç seviyeli bir önbellek hiyerarşisine sahiptir : Kendi L1 önbelleğine ek olarak, her bir çekirdeğin kendi 256 KiB L2 önbelleği vardır ve tüm çekirdekler ortak bir L3 önbelleği paylaşır. , 8 MiB boyutuna kadar. Bu, Core 2'deki her iki çekirdek için en son 6 MiB'ye kadar etkili bir şekilde daha azdır , ancak bu tür büyük önbelleklerin kullanımı şüphelidir; Bu bağlamda kaldırılan Core 2 sürümleri genellikle yalnızca minimum performans kaybetti. İkincisi, kapsamlı bir önbellektir, yani. Diğer bir deyişle, her zaman L1 veya L2 önbelleklerinde depolanan tüm verileri içerir. Bu, önbellek tutarlılık protokolünü basitleştirir ve gözetleme trafiğini azaltır . Önceki işlemcilerin aksine, L1 ve L2 önbellekleri artık sıradan 6T SRAM hücrelerinden değil, Intel'in enerji tasarrufu sağlayacağını umduğu 8T SRAM hücrelerinden oluşuyor.

İşlemcinin enerji yönetimi için bir tür yardımcı işlemci olan Güç Kontrol Ünitesi (PCU) ve yeni güç kapısı devreleri, enerji bütçesini optimize etmeyi amaçlamaktadır. Bu, bir yandan güç tüketimini her yükleme durumunda minimumda tutmayı amaçlarken, diğer yandan, yük zayıf bir şekilde dağıtıldığında işlemcinin otomatik olarak biraz daha yüksek saat hızına sahip olduğu turbo modunu uygular. İşlemcinin enerji dengesi izin veriyorsa iş parçacıkları. Spesifik olarak, bu şu anlama gelir: İki fiziksel çekirdek kullanılmazsa ve TDP aşılmazsa, kullanımdaki çekirdekler en az bir çarpan düzeyi daha yüksek saat hızına sahiptir. Yalnızca bir çekirdek çalışıyorsa, çalışan çekirdeğin saat frekansındaki artış daha da büyüktür. Etkin olmayan çekirdekler aşağı doğru hızlanır.

Diğer geliştirmeler arasında, Akış SIMD Uzantıları , SSE4.2'nin bir başka aşaması ve aynı The üzerindeki dört işlemci çekirdeğinin tamamı yer alıyor.

Bloomfield

Bloomfield işlemcinin alt tarafı (Core i7-940)

Masaüstü pazarı için ilk Intel işlemcisi olan Bloomfield, bellek denetleyicisini doğrudan yonga üzerine entegre etti, AMD'nin K8 mimarisine dayalı işlemcilerden beri yaptığı gibi . İşlemcinin, şimdiye kadar olağan olan çift kanallı moda benzer şekilde, üç özdeş bellek modülünün paralel olarak kullanılabildiği üç bellek kanalı vardır ; ancak, kanallardan sadece ikisini kullanmak da mümkündür. Kullanılan bellek türü, resmi olarak 1333 MHz saate kadar (DDR3-1066) özel olarak DDR3 RAM'dir ; DDR2 RAM'in alternatif bir kullanımı artık mümkün değildir. Kuzey Köprüsü ile iletişim , modele bağlı olarak, kullanılan HyperTransport'a benzer şekilde her yönde 9,6–12,8 GB / sn ile çok geniş bant noktadan noktaya bağlantı sağlayan QuickPath Interconnect (QPI) aracılığıyla gerçekleşir. AMD tarafından . Böylece QPI, temel biçiminde x86 ailesinin ilk zamanlarına dayanan ön yan veri yolunun yerini alıyor . Bloomfield çekirdeğine sahip tüm işlemciler sözde Turbo Boost teknolojisine sahiptir: Tek bir çekirdek yüklenirse , bu çekirdeğin çarpanı iki sayma noktası ile artırılırken, diğer çekirdekler yavaşlatılır ve iki ila dört çekirdek yüklenirse, Çarpanları, çekirdeklerin iş yükünün bu saat artışı olmadan işlemcinin maksimum TDP'sini gerektirmemesi koşuluyla, en fazla bir sayaç puanı artırılır.

Bloomfield tabanlı işlemciler için yonga seti

Performans sınıflandırması nedeniyle Intel , yonga seti olarak yalnızca " Intel X58 " olarak adlandırılan pahalı bir varyant sağlar . Kod adı Tylersburg , daha sonra aksine Nehalem mimarisine dayalı daha ucuz işlemci serisi olan yonga setini geliştirdi - hala Kuzey ve Güney Köprüsü'nden klasik bir tasarım .

Bloomfield işlemcileri için diğer üreticilerin yonga seti yoktur. Nvidia bir basın açıklamasında Core i7 işlemcili platformlar için SLI özelliğinin X58 üzerindeki ek bir yonga aracılığıyla gerçekleştirileceğini duyurmuştu . Sonuçta Intel ve Nvidia, ATI gibi Nvidia'nın çoklu GPU teknolojisini X58 yonga setlerine entegre etmek için bir lisans sunacağını kabul ettiler.

Bloomfield tabanlı işlemcilerin hata dizini

Intel, 12 Kasım 2008 tarihli "Spesifikasyon Güncellemesi" nde, Intel ve AMD'nin önceki işlemci serilerinde halihazırda ortaya çıkan çeviri ön ara belleğiyle ilgili Core i7 için bir hatayı açıklıyor . Piyasaya çıkmadan önce bile Intel , anakart üreticilerinden bir BIOS güncellemesiyle bu hatayı gidermelerini istedi . Intel, üreticilerin bu talebi yerine getirdiğini varsayar.

Lynnfield

Lynnfield işlemcisinin (Core i5-750) alt tarafı

Lynnfield, 45 nm'lik bir yapı boyutuna sahip dört çekirdekli bir işlemcidir ve aynı anda çoklu iş parçacığını kullanarak sekiz adede kadar iş parçacığı çalıştırabilir (bazı modellerde devre dışı bırakılmıştır). Bloomfield'da olduğu gibi, bellek denetleyicisi işlemci kalıbının üzerine oturur . Buna zıt olarak, Lynnfield bellek kontrol adresleri DDR3 olarak çift kanal işlemi . Entegre Turbo Boost teknolojisi ayrıca, TDP'yi aşmadan iş yüküne bağlı olarak ayrı çekirdeklerin saat frekanslarını farklı şekilde artıran Bloomfield serisinden geliyor ; Maksimum saat hızı artışı Bloomfield'da olduğundan daha belirgindir. Tek bir çekirdek kullanılıyorsa, bu çekirdeğin çarpanı, iki çekirdek 4 sayaç noktası ile kullanılıyorsa beş sayaç puanı artırılırken, etkin olmayan çekirdekler aşağıya doğru çekilir; üç ila dört çekirdek kullanılması durumunda, çarpanları Çekirdeklerin iş yükünün bu saat artışı olmadan işlemcinin maksimum TDP'sini gerektirmemesi koşuluyla, maksimum bir sayaç puanı artırılır. Lynnfield ayrıca, kullanılmadığı zaman işlemcinin saat hızını ve çalışma voltajını düşüren EIST güç tasarrufu işlevine de sahiptir .

Bloomfield'ın aksine, yalnızca bellek denetleyicisi değil, PCI Express denetleyicisi dahil tüm Kuzey Köprüsü işlemciye entegre edilmiştir; iletişim, QuickPath Ara Bağlantısı aracılığıyla orada (ancak şimdi işlemcinin içinde) devam eder. Buna göre, Intel'de olduğu gibi, bir Direct Media Interface (DMI) ile bağlanan ana karta yalnızca bir güney köprüsü kurulur . Tüm Lynnfield CPU'lar Intel 5 serisinin yonga setleriyle kullanılabilir . Ancak, işlemci 1156 soketini kullandığından, Bloomfield için tasarlanan X58 ana kartlarında çalıştırılamaz.

Intel, Clarkdale lehine çift çekirdekli yan çekim Havendale'nin tamamlanmasını erken bir aşamada terk etti.

Clarksfield

Clarksfield, ana tasarım açısından Lynnfield ile aynıdır. Bununla birlikte, CPU kalıbı Soket 988 için bir yonga paketinde paketlenmiştir . Ek olarak, tüm işlemciler, mobil pazar segmenti için tasarlandıkları için düşük TDP ile satılmaktadır. Turbo modda bir çekirdeğin mümkün olan maksimum saat hızı, standart saat hızına göre Lynnfield tabanlı masaüstü modellerde olduğundan daha yüksektir. Ancak günün sonunda, bu saat marjının kullanımı önemli ölçüde soğutmaya bağlıdır, çünkü Turbo Boost teknolojisi de sıcaklığa dayalıdır.

Westmere

"Westmere" adı altında (orijinal olarak Nehalem-C) Intel, Nehalem mikro mimarisini 2009'un sonundan beri 32 nm'lik bir yapı boyutunda üretmektedir . Bu tipteki ilk yarı iletken yongalar, Clarkdale adı verilen çift çekirdekli işlemcilerdir . Nehalem mimarisindeki dört çekirdekli çekirdeklerden farklı olarak, bu işlemciler yine CPU kalıbına entegre edilmiş bellek denetleyicisinin yeniliğine sahip değiller; bunun yerine CPU muhafazasında, ancak farklı bir yongada yer alıyor. İletişim tekrar FSB üzerinden değil, FSB bağlantısına kıyasla bellek erişimi için daha iyi gecikme sürelerine yol açmayan QPI üzerinden gerçekleşir. Yeni Westmere çift çekirdekler, eşzamanlı çoklu iş parçacığı (SMT) aracılığıyla çekirdek mimaride yalnızca çift çekirdeklere göre bir hız avantajı yaşıyor . SMT devre dışı bırakıldığında, döngü başına performans bu nedenle eski çekirdek mimariye benzer. SMT ile, dörtlü süper skalar çekirdek tasarımına sahip yeni çift çekirdekler, farklı iş parçacığına bölünmüş yazılım ile kıyaslamalarda üçlü süper skalar çekirdek tasarımına sahip tricore modellerine benzer şekilde davranır.

2010'un ilk yarısında, Gulftown tabanlı altı çekirdekli ve dört çekirdekli modeller de sunuldu. Bu Westmere CPU'ları, mimari olarak Bloomfield CPU'larından farklı değildir, sadece üretim 32 nm sürecine geçmiştir. Bu, aynı TDP sınırları içinde ek çekirdeklerin ve daha fazla önbelleğin mümkün olduğu anlamına gelir. Ek olarak, çift çekirdekli Westmere CPU'larda olduğu gibi, altı tanesi AES şifrelemesi için kullanılan yedi ilave talimat eklenmiştir : bunlar AES-NI ve CLMUL'dur . Daha büyük L3 önbelleği de öncekinden biraz daha yüksek gecikmelere sahiptir.

Clarkdale

Blok şeması: Clarkdale / Arrandale CPU

Clarkdale'in CPU çekirdekleri teknik olarak Lynnfield'ınkilerle büyük ölçüde aynıdır, ancak 32 nm'lik bir işlemle üretilir. Lynnfield'ın aksine, Clarkdale'de yalnızca iki çekirdek vardır ve bellek denetleyicisi doğrudan çekirdeklere bağlı değildir, ancak GPU çekirdeği ile aynı kalıpta bulunur ve QPI aracılığıyla bağlanır, bu da karşılaştırıldığında önemli ölçüde daha yüksek gecikme sürelerine neden olur. Lynnfield Memory, işlemci liderleri kısmından erişir. GPU çekirdeğine ve bellek denetleyicisine sahip yarı iletken yonga, 45 nm işlemi kullanılarak üretilir ve tüm Clarkdale işlemcilerdeki CPU ile aynı yonga paketinde bulunur.

Yapı boyutundaki küçülme nedeniyle Intel, Clarkdale işlemcileri " Westmere " kod adıyla yeni nesil işlemcilere atadı . Westmere mimarisinin bir parçası olarak, Clarkdale altı tanesi AES şifrelemesine ayrılmış yedi yeni talimata sahiptir (bazı modellerde devre dışı bırakılmıştır).

Lynnfield gibi, Clarkdale işlemcileri soket 1156'da çalıştırılır ve Intel 5 serisinin yonga setlerinde kullanılabilir. Bununla birlikte, entegre grafik birimi, P55 yonga setli ana kartlarda kullanılamaz, yalnızca daha yeni yonga setleriyle (H55, H57, Q57) kullanılabilir. Entegre GPU'dan gelen görüntü sinyalleri, "Esnek Ekran Arabirimi" (FDI) aracılığıyla yonga setine aktarılır, bu sayede FDI, DisplayPort standardına dayanır .

Arrandale

Arrandale teknik olarak Clarkdale ile aynıdır, ancak dizüstü bilgisayarlarda kullanım için optimize edilmiştir. Bu prizler PGA988 ve BGA1288 kullanılması amaçlanan ve düşürülmüş bulunmaktadır nedeni budur TDP kısmen azaltılmış saat hızlarında ve düşük voltajla elde edilir. Arrandale işlemcilerinden başlayarak, dizüstü bilgisayarlar, Centrino serisinden bir WLAN adaptörünün de mevcut olması koşuluyla WiDi özellikli (Intel Kablosuz Ekran) hale geldi.

Gulftown

11 Mart 2010'da Gulftown mimarisine sahip ilk i7 işlemciler ortaya çıktı. İlk model, saat frekansı 3,33 GHz olan i7-980X Extreme Edition'dı. Gulftown mimarisine sahip işlemciler, Intel'in ilk yerel altı çekirdekli işlemcileridir (altı çekirdekli). Bu 32 nm üretim sürecinde üretildiğinden, Intel onu tıpkı Clarkdale gibi Westmere nesline atar. Performans açısından Gulftown, Bloomfield'ın üzerinde başlar, 1366 soketi için üretilir ve X58 yonga seti ile çalıştırılabilir. Gulftown, Hyper-Threading'i destekler ve ayrıca AES Yeni Talimatları (AES-NI) biçiminde hızlandırılmış şifreleme için özel işlevler sunar .

Modeller