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CPU Intel Core i7: analisi approfondita

26/02/2009
- A cura di
Hardware & Periferiche - Molte le novità al debutto con la nuova architettura Nehalem tra cui, Hyper Threading, Bus QPI, "Turbo mode" e molto altro. In questo articolo cercheremo di fornire una quadro generale delle situazione, per meglio comprendere gli aspetti innovativi introdotti da Intel. UPDATE: arrivano 975 Extreme e 950.

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Dopo aver descritto in generale la nuova architettura Nehalem, vediamo ora nel dettaglio le varie caratteristiche di quest'ultima.

Ci preme sottolineare che Intel ha lavorato molto, al fine di ottimizzare quanto già fatto di buono con i processori Core 2, cercando di eliminare quei colli di bottiglia che ne affliggevano le prestazioni.

Architettura dell'engine

Prima di tutto gli ingegneri hanno aggiunto il supporto Macro-ops in modalità 64 bit. Scelta giustificata per questa architettura che, non nasconde le sue ambizioni per il mercato server. L'utilizzo continuo delle Macro-ops è reso possibile grazie al maggior numero di istruzioni che l'architettura Nehalem è in grado di eseguire

Le CPU della famiglia Nehalem integrano un Execution Unit a 4 vie, capace, di eseguire 4 operazioni di Decode, Rename e Retire in un singolo ciclo di clock. Questa tecnologia, già presente nella precedente generazione Core 2, non è mai stata sfruttata a fondo a per via dal codice disponibile sul mercato. Per questo motivo Intel è intervenuta in Nehalam espandendo il più possibile i Buffers interni, allo scopo di incrementare i benefici di un'architettura basata sul parallelismo.

Lsd_1.jpg

Lsd_2.jpg

Un'altra interessante soluzione introdotta dalla precedente architettura (Conroe) e qui - in Nehalem - migliorata, è LSD acronimo di Loop Stream Director.

LSD non è altro che un buffer che immagazzina istruzioni, prossime all'esecuzione. Quando la CPU rileva un Loop (stessa istruzione ripetuta più volte), grazie al Loop stream Director, non è necessario effettuare un branch prediction o recuperare i dati dalla cache L1. In questo senso, possiamo dire che, LSD funge da memoria cache.

I guadagni che ne conseguono dall'utilizzo dell'LSD sono doppi: Da una parte troviamo un minor consumo energetico, in quanto non vengono eseguite operazioni inutili, dall'altra avremo un incremento prestazionale grazie alla riduzione della pressione, sulla cache L1.

Ulteriori miglioramenti sono stati apportati al Brench prediction (predizione di diramazioni - in italiano - compito svolto dalla CPU che, cerca di prevedere l'esito di un'operazione, basandosi sull'accettazione di un'istruzione).

Questi algoritmi sono di vitale importanza in architetture che necessitano di un alto livello di parallelismo.

Intel non fornisce molti dati riguardanti i nuovi predictor, ma si sa che sono composti da due livelli. Il primo è identico a quello utilizzato nei processori Core 2, mentre il secondo, con un accesso più lento, è ingrado di immagazzinare più informazioni storiche.

Intel tende a sottolineare come questa soluzione porti ad un incremento prestazionale con alcune applicazioni, che utilizzano un grosso volume di codice, come i database.

Hyper Threading, ritorno al passato

Il debutto delle CPU Core i7, vede il ritorno della tecnologia Simultaneous multi Threading, o meglio conosciuta come Hyper Threading. Questa soluzione introdotta nella serie Intel Pentium 4 - D Extreme edition di cui qui, trovate una descrizione dettagliata, è stata abbandonata con l'arrivo sul mercato delle più performanti CPU Core 2 duo e Quad.

Per quale motivo Intel ha reintrodotto questa tecnologia solamente ora, con l'arrivo dell'architettura Nehalem?

I motivi sono sostanzialmente due: In primis i nuovi processori Core i7 presentano per loro natura un'architettura molto ampia. Questa tecnologia trae beneficio direttamente dal Memory controller integrato. E come seconda cosa, i bassi costi di produzione che ne conseguono dall'adozione di questa soluzione.

La tecnologia Hyper Threading permette di avere a disposizione un numero doppio di core logici, rispetto a quelli presenti realmente all'interno del processore. Nel caso dei nuovi Core i7, con l'Hyper Threading attivato avremo a disposizione del sistema operativo ben otto core logici.

I benefici offerti da questa soluzione sono notevoli, soprattutto se utilizzata con applicazioni che operano su più core contemporaneamente.

Intel ha fornito solamente i dati di quelle applicazioni che, per loro natura sfruttano tutti i core presenti all'interno della CPU.

Come già scritto in precedenza, la tecnologià SMT trae beneficio direttamente dal Memory controller integrato. Cerchiamo di capire il perché...

Il controllo della memoria integrato all'interno del processore, soprattutto nell'implementazione triple channel, delle prime versioni delle CPU core i7, permette di avere a disposizione quel quantitativo di banda passante (bandwidth) delle memoria, di cui la tecnologia hyper-threding ha bisogno per operare al meglio.

È importante sottolineare come l'implementazione di più core fisici all'interno di un processore, comporti prestazioni nettamente superiori rispetto a soluzioni con SMT ingrato. In altre parole, CPU che adottano la tecnologia Hyper Threading non raggiungeranno mai le prestazioni di un processore con otto core nativi. Verò è però, che l'implementazione dell SMT per Intel risulta essere un'operazione abbastanza semplice e sopratutto "economica". Il numero ridotto di transistor utilizzato, uniti alla flessibilità di questa architettura, creano il connubio ideale tra prestazioni e costi di produzione.

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