Architektura procesorów Intel Westmere

Dla żądnych wiedzy i fascynatów.
Przygotował Marcin Bienkowski

Oficjalna premiera nowej generacji 32-nanometrowych procesorów Intela będzie miała miejsce za kilka dni na tegorocznych targach CES w Las Vegas. Niemniej, już dziś Intel ujawnił szczegóły dotyczące architektury swoich najnowszych układów oraz przekazał najnowsze układy do testów. Przyjrzyjmy się zatem co kryje się wewnątrz kości, które zadebiutują na rynku pod nazwami Intel Core i3 oraz Intel Core i5.


Informacje dotyczące nowych procesorów Intela pojawiają się sukcesywnie już od dłuższego czasu. Od ostatniego zorganizowanego przez Intela forum technologicznego IDF 2009 wiadomo np., że jednostki centralne zgodne z nową architekturą Westmere o kodowych nazwach Clarkdale (komputery stacjonarne) oraz Arrandale (notebooki) będą procesorami typu MCM (Multi Chip Module), a więc układami składającymi się z dwóch krzemowych elementów umieszczonych w jednej obudowie.

Architektura MCM procesorów Westmere

Te krzemowe elementy to wykonany w technologii 32-nanometrów procesor zgodny z architekturą Westmere oraz zintegrowany układ graficzny o kodowej nazwie Ironlake (produkowany w starszym 45-nanometrowym procesie), który przeniesiony został do struktury procesora z chipsetu płyty głównej.

Koncepcja nowej, dwuukładowej architektury płyt głównych

 

Wiadomo też było, że nowe procesory o handlowych nazwach Core i3 oraz Core i5 korzystać będą z nowych podstawek LGA 1156. Intel od dawna podkreślał też, że układy o architekturze Westmere to tak naprawdę znana z procesorów Core i7 architektura Nahalem, tyle, ze przeniesiona z 45-nanometrowego, do mniejszego 32-nanometrowego procesu technologicznego. Wiadomo też było, iż układy Core i5 oraz Core i3 skierowane są odpowiednio na popularny (mainstream) i podstawy (value) segmentu rynku. Kości Core i7 pozostać zaś miały jako układy skierowane do wymagających użytkowników (segment hig-end). W tym miejscu należy nadmienić, ze układem zgodnym z architekturą Westmere jest jeszcze sześciordzeniowy Gulftown, który pojawi się na rynku prawdopodobnie w drugim kwartale 2010 roku. Ten procesor pozbawiony jest jednak zintegrowanego układu graficznego i ma w założeniu służyć do budowy serwerów (procesory Xeon) oraz zastąpi dotychczasowe modele procesorów Core i7. Co ważne, będzie korzystał z tej samej podstawi co Nehalemy, czyli LGA 1366 i będzie z nim w pełni kompatybilny, a więc możliwa będzie jego instalacja w dowolnej „Nahalemowej” płycie głównej.
 

Pod koniec grudnia ubiegłego roku, jeszcze przed premierą nowych układów, Intel postanowił usystematyzować informacje dotyczące architektury Westmere i zorganizował szereg konferencji dotyczących nowych układów. Dzięki temu wiadomo m.in., że na rynek trafi osiem procesorów z serii Core i5, cztery Core i3 oraz siedem nowych chipsetów. Dodatkowo pojawią się też nowe, jeszcze ciągle 45-nanometrowe mobilne procesory Core i7 oraz wprowadzone zostaną do sprzedaży nowe chipsety płyt głównych oraz moduły sieciowe dla platformy Centrino.

Nowości wprowadzone z początkiem roku na rynek przez Intela


Procesory Westmere z serii Core i5 oraz Core i3 dla komputerów stacjonarnych


  Nowe układy mobilne Intela

Jak widać, wszystkie nowe procesory są dwurdzeniowe i wykorzystują technologię współbieżnej wielowątkowości znanej również pod nazwą Hyper-Threading. Wszystkie układy korzystają też z pamięci DDR3.

Zaczęło się od Nehalema

Sklejenie w jednym układzie procesora i modułu graficznego nie byłoby możliwe, gdyby nie koncepcja modułowej architektury Nehalema, z której korzysta również Westmere. Zastosowana tutaj modułowa architektura pozwala bowiem konstruktorom układu na swobodne dodawanie i odejmowanie poszczególnych elementów funkcjonalnych. Dla przypomnienia, poszczególne moduły procesora podzielone zostały na dwie grupy – core, która obejmuje rdzenie układu oraz uncore, gdzie znalazły się takie elementy jak kontrolery pamięci, interfejsy komunikacyjne, pamięć podręczna cache L3, a także rdzenie graficzne, z czego właśnie skorzystano przy konstruowaniu Westmere’a w odmianie Clarkdale i Arrandale.
 

Modułowa budowa układów Westmere pozwala na elastyczne dopasowanie możliwości procesorów do potrzeb rynku. Na przykład różne wersje procesora (np. dwu, trzy czy czterordzeniowe) można będzie łączyć z modułami graficznymi o różnej wydajności, łatwo skalować też wielkość pamięci cache L3. Jeśli zajdzie taka potrzeba mogą się tez pojawić na rynku układy Westmere z kontrolerem pamięci DDR2, dwoma lub trzema kontrolerami PCI Express 16x, a nawet procesory z wbudowana własną pamięcią graficzna GDDR przeznaczona na potrzeby wbudowanego modułu graficznego Ironlake. Można też wyobrazić sobie na przykład układy specjalnie dedykowane do przetwarzania materiałów wideo z wbudowanymi dodatkowymi sprzętowymi enkoderami DSP o znacznie większych możliwościach niż typowe sprzętowe moduły znajdujące się w kartach graficznych wspomagające wyświetlanie i obróbkę filmów HD.

Obecnie wszystkie procesory Westmere, z wyjątkiem Gulftowna, składają się z dwóch krzemowych układów umieszczonych na jednej procesorowej płytce. W wypadku układu Clarkdale mniejszy chip ma 81 mm2 i jest to fizycznie dwurdzeniowy procesor wraz z pamięcią cache L3 wykonany w technologii 32 nanometrów. Drugi nieco większy chip o powierzchni 114 mm2 to kość graficzna Ironlake wraz z graficznym kontrolerem PCI Express 16x. Jak już wspominałem moduł ten wytwarzany jest w 45-nanometrowej technologii produkcji. W odróżnieniu od kości Core i7 kontroler pamięci DDR3 znalazł się nie bezpośrednio na krzemie w którym wykonano jadra procesora, ale w części graficznej procesora Clarkdale – podobnie skonstruowany został również notebookowy Arrandale. Moduł jednostki centralnej układu Clarkdale składa się z 383 mln tranzystorów, a układ graficzny Ironlake zas ze 117 milionów tranzystorów.

Istotne jest również to, że możliwe jest w obu układach Westmere (stacjonarnym i mobilnym) odłączenie w BIOS-ie płyty głównej wbudowanego w procesor układu graficznego i normalna współpraca z dowolną zewnętrzną kartą graficzną, właśnie dzięki wbudowanemu w układ interfejsowi PCI Express 16x. Jak widać, w strukturze procesorów Westmere znalazły się elementy mostka północnego (kontroler PCI Express i kontroler pamięci), które w wypadku platformy Intela Core 2 Duo i wcześniejszych pecetowych konstrukcjach zawsze do tej pory umieszczane były na jednym z dwóch układów stanowiących chipset płyty głównej.

Nowe procesory i chipsety Intela.
U góry notebookowe układy Arrandale (mniejszy chip to wersja Arrandale’a ULV),
a u dołu procesor Clarkdale.
Obok znajdują się zas odpowiednio mobilne i stacjonarne wersje chipsetów Ibex Peak

Dzięki zintegrowaniu układu graficznego z procesorem zyskujemy w najtańszych maszynach możliwość szybkiego i łatwego upgrade’u. Otóż wymieniając procesor na szybszy model z nowszą i wydajniejsza karta graficzną niewielkim kosztem możemy zwiększyć wydajność całej platformy w tym jej wydajność w grach. Do tej pory zwiększenie wydajności graficznej w maszynach ze zintegrowanym akceleratorem 3D znajdującym się w chipsecie płyty głównej, nie było możliwe bez kłopotliwej i kosztownej wymiany płyty głównej – oczywiście, jeśli producent nie umieścił na płycie dodatkowego złącza PCI Express 16x pozwalającego na montaż zewnętrznej karty graficznej, co praktycznie w najtańszych pecetach nigdy się nie zdarzało.