Tekniken bakom Nehalem och styrkretsen X58
Arkitekturen Nehalem
Den då splitternya arktiekturen Nehalem lanserades med flera tydliga förbättringar kombinerat med tidigare innovationer från föregående produktserier. Nu med tio år på nacken har en del av dessa implementationer dissekerats och dessa kommer denna sektion att handla om.
Processnoden 45 nanometer
Processnoden 45 nanometer bör nog anses vara sista tillverkningsprocessen innan siffran helt tappade betydelse. Historiskt sett har en processnods siffra syftat på den kortaste längden på en transistor, nämligen längden på grinden. Den efterföljande noden på 32 nanometer möjliggjorde något kortare grindar i vissa fall än siffran syftade på (det finns olika typer av grindar i en CMOS-process).
Med 22 nanometer försvann siffrans betydelse helt ut genom fönstret med införandet av FinFET, då denna inte konstrueras på ett jämförbart sätt och därmed inte kan jämföras storleksmässigt direkt mot traditionella CMOS.
Intel hade haft vissa processorkretsar tillverkade på samma processnod, 45 nanometer, tidigare så det är väl kanske inte helt sant att det var en ny nod just för Nehalem.
High-κ metal transistors
High-κ (High Kappa, även bennämnt som High-K) syftar på den dielektriska konstanten i isoleringsmaterialet ("Gate oxide" i bilden nedan). Grinden i en fälteffekttransistor (FET) är en isolerad elektrod och inte direkt elektriskt ansluten mot source eller drain. Just Hafnium-baserade isolatorer implementerade Intel i serien Penryn redan året innan Bloomfield.
Genomskärning av en MOSFET-transistor
Just att grinden är isolerad gör att denna kan modelleras som en kapacitans. Hög kapacitans kostar mer energi att switcha och gör även transistorn långsammare, således har industrin historiskt sett försökt göra grinden mindre och som följd isoleringsmaterialet tunnare.
Ett väldigt tunt isoleringsmaterial ger läckage. Detta kan medföra att en laddning kan ta sig igenom isoleringsmaterialet, vilket givetvis inte är önskvärt. En högre läckageström medför sämre energieffektivitet vid vila då transistorn läcker trots att den inte aktivt switchas.
Införandet av material med högre κ ger helt enkelt möjligheten att ha ett isoleringsskikt under grinden som ger betydligt lägre läckage och således bättre energieffektivitet.
Integrerad minneskontroller
En av de mest betydelsefulla förändringarna som gjordes med arkitekturen Nehalem var integreringen av minneskontrollern direkt i processorkislet. Detta innebär att datan som matas in i processor inte behöver gå via nordbryggan, utan får ett direkt gränssnitt mot processorn. Lösningen ger inte bara högre bandbredd utan även betydligt lägre latens.
Övrig kommunikation från processorn gynnas även positivt av att inte behöva samsas med minneskommunikationen över FSB. Det var fallet med tidigare Intel-processorer.
Återgången till flertrådsteknik
Med Nehalem gjorde Intels flertrådsteknik Hyperthreading återtåg. Konceptet introducerades ursprunligen för Pentium 4-plattformen.
Med facit i hand kan det sägas att återintroduktionen av Hyperthreading med Nehalem gick bättre än den ursprungliga lanseringen med Pentium 4. Inte minst hade marknaden redan fått smaka på inte bra två- och även fyrkärniga processorer, utan både mjukvara samt operativsystem hade fått chansen att optimeras mot flera trådar.
Hyperthreading var dock inte helt problemfritt. Både överklockande entusiaster och prestandatrånande spelare inaktiverade gärna funktionen i början, då prestandan ofta fick ett straff i just spel och syntetiska tester. Även energiåtgången fick sig en törn och gick upp något med Hyperthreading aktiverat.
Styrkretsen X58 Tylersburg och plattformsinnovationer
Plattformen för Bloomfield använder sig av styrkretsen X58 och dess struktur bör inte ses som revolutionerande. Styrkretsen X58 påminner till mångt och mycket om nordbryggan i tidigare plattformar med undantaget att minnet sköttes via processorn.
X58 Block Diagram av "Salam32" från Wikipedia
Detta innebar att X58-styrkretsen egentligen bara behövde hantera kommunikationen mot anslutna kretsar. Främst PCI Express, men även sydbryggan ICH10.
Just kommunikationen med sydbryggan skedde via DMI, (Direct Media Interface). Detta gränssnitt infördes redan 2004 och används än idag av företaget. Lösningen har dock börjat integreras allt mer, och de mest energisnåla processorerna från Intel har slopat extern DMI-kommunikation för att istället bygga in gränssnittet internt i processorkislet.
