Intel Core i7-870, Core i7-860 i Core i5-750 – Nehalem pod każdą strzechą?

Rdzeń Lynnfield

Pierwsze procesory LGA1156 są oparte na nowym rdzeniu o nazwie kodowej Lynnfield. Lynnfield jest przedstawicielem znanej nam już prawie od roku mikroarchitektury Nehalem. Dokładny opis tej mikroarchitektury przedstawiliśmy w dniu pojawienia się procesorów Core i7 Bloomfield w dwóch artykułach: Intel Core i7 – czas na modernizację? oraz Podkręcanie Core i7 – poradnik. Są one niezbędne do dobrego zrozumienia budowy procesorów Lynnfield.

Sam rdzeń Lynnfield niewiele się różni od Bloomfielda. Sposób wykonywania instrukcji pozostał bez zmian, co więcej, oba rdzenie są prawie identycznie zbudowane, jeśli chodzi o strukturę krzemową. Wśród materiałów na temat Lynnfieldów udostępnionych przez Intela znalazło się opisane zdjęcie rdzenia:

Wyróżniono podstawowe bloki funkcjonalne: wszystkie cztery rdzenie, pamięć podręczną L3, kontroler pamięci, kolejkę rozkazów i kontroler PCI Express. Ten schemat nie jest jednak zbyt dokładny i nie zawiera precyzyjnych informacji, dlatego pozwoliliśmy sobie przygotować własny:

Porównanie ze zdjęciem rdzenia Bloomfield jest już znacznie bardziej pouczające. Oba rdzenie są w tej samej skali; na ilustrację nanieśliśmy ich przybliżone wymiary. Porównanie dwóch rdzeni pokazuje wyraźnie, że jądro Lynnfield ma większą powierzchnię niż Bloomfield. O 12% większa powierzchnia oznacza, że koszt wyprodukowania jednego Lynnfielda jest o ponad 12% większy niż w przypadku jednego Bloomfielda. Dlaczego ponad? Bo im większy układ krzemowy, tym mniejszy uzysk ze względu na odpad na brzegach wafla i tym większa strata w wypadku wystąpienia defektu w jego strukturze krystalicznej. Najwyraźniej Intel jest bardzo pewny swojego procesu produkcyjnego, skoro decyduje się sprzedawać układy większe niż Bloomfield w niższej cenie.

Na ilustracji widać, że za powiększeniem układu stoi przede wszystkim umieszczenie w nim kontrolera PCI Express (a przynajmniej części oznaczonej tak na zdjęciu udostępnionym przez Intela). Struktury widoczne po prawej stronie czterech rdzeni mają powierzchnię około 43,9 mm² – prawie 15% całego rdzenia i o ponad połowę więcej, niż ma jeden rdzeń z pamięcią podręczną L1 i L2 (28,1 mm²). Dla porównania: powierzchnia układu X58 wynosi około 92,6 mm², czyli ponad dwa razy tyle. Co prawda X58 oprócz kontrolera PCI Express ma też dwa łącza QPI i jest wykonany w innym procesie technologicznym (65 nm), ale nie ulega wątpliwości, że dzięki obcięciu powierzchni kontrolera o połowę i przeniesieniu jej do procesora poprawi się pobór energii i zmniejszy koszt całej platformy.

Zintegrowany kontroler pamięci

Jednym z głównych założeń przyjętych przez inżynierów pracujących nad mikroarchitekturą Nehalem była jej modularność. Intel chciał przygotować sobie podstawowe bloki funkcjonalne, które następnie mógłby produkować i sprzedawać w różnych konfiguracjach bez konieczności przeprojektowywania całego układu krzemowego.

Lynnfield jest pierwszym znakiem, że w jakimś stopniu założenie zostało zrealizowane: do znanego z Bloomfielda bloku czterech rdzeni dodano blok kontrolera PCI Express, a usunięto blok kontrolera QPI. Jednak na pokazanym rok temu schemacie widać blok oznaczony IMC – zintegrowany kontroler pamięci. Wszystkie procesory LGA1156 mają dwukanałowy kontroler pamięci, w odróżnieniu od procesorów LGA1366, które mają kontroler trzykanałowy. Mimo to na zdjęciu rdzenia wyraźnie widać, że budowa kontrolera pamięci jest w Lynnfieldach prawie identyczna jak w Bloomfieldach:

Oznacza to, że Lynnfield też mógłby mieć trzykanałowy kontroler pamięci – ale w podstawce i na płytach głównych odpowiednie wyprowadzenia ze struktury krzemowej nie są podłączone. Wyprowadzenie dwóch kanałów pamięci na płytę główną zajmuje 288 z 1156 pól kontaktowych w podstawce; dodanie 144 znacznie zwiększyłoby koszt procesora i podstawki, niewspółmiernie do możliwej do uzyskania w ten sposób wydajności. Dziwi jedynie, czemu Intel nie zdecydował się zaprojektować bloku dwukanałowego kontrolera pamięci i zaoszczędzić nieco na powierzchni rdzenia i liczbie tranzystorów.

Tryb TURBO

Przypomnijmy krótko, że w laptopowych wersjach procesorów Penryn, a potem w procesorach Core i7 serii i7-900 zastosowano specjalny tryb działania technologii EIST. Mowa o technice TURBO – przyspieszaniu rdzeni procesora wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na wydajność, o ile pozwalają na to warunki termiczne i elektryczne. W Nehalemach specjalna jednostka PCU (ang. Power Control Unit – jednostka kontroli mocy) wewnątrz procesora monitoruje temperatury w różnych miejscach struktury krzemowej, napięcie i natężenie prądu zasilającego procesor oraz nadchodzące przerwania. Algorytm na podstawie natężenia prądu szacuje ilość wydzielanego przez procesor ciepła. Jeśli przerwania nadchodzą często lub system operacyjny wyda polecenie ustawienia rdzenia w stan najwyższej wydajności, a jednocześnie natężenie utrzymuje się poniżej zadanego limitu – PCU czasowo zwiększa taktowanie poszczególnych rdzeni. W procesorach Bloomfield funkcja TURBO mogła przyspieszyć dwa, trzy lub cztery rdzenie o jeden stopień mnożnika, a jeden rdzeń – o dwa stopnie. Warunkiem przyspieszenia jednego rdzenia o dwa stopnie było przejście co najmniej jednego rdzenia w stan energetyczny C6 (najniższe taktowanie, odłączone zasilanie). Na większości płyt głównych mnożnik TURBO +2 nie działał w typowych sytuacjach – tylko po wyłączeniu wszystkich rdzeni oprócz jednego w BIOS-ie płyty głównej.

W Lynnfieldzie działanie PCU zostało znacznie usprawnione – zarówno pod względem usypiania niewykorzystywanych części procesora, jak i działania trybu TURBO. Kiedy warunki termiczne i energetyczne są spełnione, nowe procesory mogą przyspieszyć jeden rdzeń aż o pięć stopni mnożnika, dwa – o cztery stopnie, trzy lub cztery – o dwa stopnie. Do przyspieszenia jednego rdzenia również jest konieczne przejście innego rdzenia w stan uśpienia. Co dziwne, w większości przetestowanych przez nas płyt głównych możliwość przejścia procesora w stan energetyczny C6 była domyślnie wyłączona. Intel udostępnia prostą aplikację do sprawdzenia działania TURBO – jest to widżet do paska Sidebar w Windows Vista lub Windows 7. Nam bardziej przypadła do gustu może brzydsza, ale na pewno bardziej funkcjonalna aplikacja TMonitor autorstwa Francka Dellatre'a, twórcy słynnego CPU-Z.

Intel Turbo Monitor (tryb mały i duży) i TMonitor w Windows 7 na Xeonie W3520