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Viaje a las profundidades del Core i7

No se trata simplemente de una nueva arquitectura de procesador; la nueva línea de chips de Intel llega acompañada por un nuevo bus de sistema, nuevos chipsets y un nuevo formato de socket. En este informe especial, un profundo análisis de las características técnicas de los procesadores que prometen una revolución similar a la que produjeron los Pentium hace poco más de 15 años.

Los tres productos iniciales que conforman la línea Core i7 presentan velocidades de 2,66 GHz, 2,93 GHz y 3,2 GHz. Pero para adoptar la nueva arquitectura Nehalem, no alcanzará con comprar uno de los procesadores Core i7 que Intel acaba de lanzar; además, habrá que comprar una nueva mother y, seguramente, nueva memoria, dado que el controlador de memoria integrado sólo soporta DDR3.

La génesis de Core i7

Core i7 es la primera nueva arquitectura de microprocesador de Intel desde Core 2, lanzada en julio de 2006. Desde aquel entonces, Intel ha lanzado actualizaciones incrementales a la línea de productos. Los chips Core 2 quad-core aparecieron en noviembre de ese mismo año, bajo la denominación QX6700. AMD objetó que las soluciones quad-core de Intel no eran auténticas, sino que consistían de dos chips Core 2 Duo en un mismo paquete. A pesar de la objeción, el mercado falló a favor de Intel, adoptando con entusiasmo a los chips Core 2 Quad.

La línea Core 2 original estaba basada en un proceso de fabricación de 65nm. A fines de 2007, Intel comenzó a distribuir sus chips de 45nm, conocidos como Penryn. Estos procesadores ofrecían varias mejoras incrementales, pero eran básicamente una continuación de la línea Core 2.

Durante el año pasado, los detalles acerca de Nehalem comenzaron a surgir, culminando con una divulgación completa de la arquitectura Core i7 en el evento Intel Developer Forum llevado a cabo en agosto de este año.

Caché y memoria

Los primeros chips de la línea Core i7 ofrecen una arquitectura de caché dividida en tres estratos. Cada núcleo individual contiene dos cachés: una caché L1 de 64 KB (dividida en una caché de instrucciones de 32 KB y una de datos de igual tamaño) y una caché L2 unificada de 256 KB. Finalmente, una caché L3 de 8 MB es compartida por los cuatro núcleos.

La caché L2 de 256 KB está construida con una estructura SRAM de tipo 8-T (ocho transistores por celda). Esto facilita la ejecución a bajos voltajes, aunque consume más espacio dentro del chip. Esa es una razón por la cual la caché L2 específica de cada núcleo es más pequeña de lo que podría esperarse.

Al igual que los actuales procesadores de AMD, Nehalem utiliza un controlador de memoria integrado en el chip; Intel finalmente mudó el controlador de memoria fuera del north-bridge. El nuevo controlador de memoria de Nehalem soporta únicamente memoria DDR3. Además, admite tres canales de DDR3 por socket, soportando hasta tres DIMMs por canal. Anteriormente, los controladores de memoria de tipo MCH sólo soportaban dos canales de DRAM.

El uso de memoria de triple canal mitiga la relativamente baja frecuencia “oficial” (esto es, sin overclocking) de DDR3: 1066 MHz. Ante este hecho, los voceros de Intel se apresuran a argumentar que tres canales de memoria DDR3-1066 equivalen a un ancho de banda de memoria de 30 GB/seg.

El controlador de memoria integrado presenta la ventaja adicional de operar a una mayor frecuencia que el controlador colocado en un north-bridge, aunque no necesariamente opera a la velocidad máxima de reloj del procesador. Esta mayor velocidad del controlador, además de la prescindencia de un vínculo de comunicación a través de un chip north-bridge, mejora sustancialmente los índices de latencia de memoria.

Para permitir la integración del controlador de memoria, Intel desarrolló un nuevo sistema de interconexión punto a punto, similar en concepto al HyperTransport de AMD. Conocido como QuickPath Interconnect (o simplemente QPI), el nuevo esquema de interconexión es capaz de transportar datos a tasas máximas de 25 GB/seg (con una base de 6,4 gigatransferencias –GT– por segundo). Cabe destacar que no todos los procesadores Nehalem soportarán el ancho de banda téorico en su totalidad. Los procesadores Core i7 940 y 920 soportan una tasa base de 4,8 gigatransferencias por segundo, ofreciendo 19,2 GB/seg por canal. De todos modos, eso es un ancho de banda más que suficiente para los tres canales de memoria DDR3-1066.

Mejoras a la arquitectura base

Core i7 presenta un amplio conjunto de mejoras por sobre la arquitectura Core 2 original, siendo algunas de estas mejoras más sutiles que otras:

* El regreso de Hyper-Threading: cada procesador puede manejar dos threads de ejecución simultáneos. Intel agregó recursos al procesador, incluyendo buffers más profundos, para habilitar un robusto soporte para SMT. Los buffers de carga se incrementaron desde 32 en Core 2 a 48 en Core i7, mientras que los buffers de almacenamiento pasaron de 20 a 32.

* Nuevas instrucciones SSE 4.2: Intel una vez más actualizó el conjunto de instrucciones SSE, agregando algunas para acelerar el transcoding de medios y los gráficos 3D.

* Acceso rápido, no alineado, a la caché: antes de Nehalem, los datos necesitaban alinearse a los límites de la caché para lograr una máxima performance. Ahora ya no es necesario, con lo cual las aplicaciones escritas para Nehalem no requerirán que los compiladores se ocupen de alinear los datos a los límites de la caché.

* Administración avanzada de energía: la arquitectura Core i7 agrega un procesador más, mucho más pequeño que los núcleos principales, para hacerse cargo de la administración de energía. Se trata de un microcontrolador no accesible desde el exterior del chip, cuya única función es administrar el uso de energía. Mediante sensores incorporados en los núcleos principales se monitorea la temperatura y la corriente eléctrica, optimizando el envío de energía según la necesidad. Además, Nehalem está diseñado para minimizar el consumo en estado ocioso.

* Modo Turbo: un aspecto interesante de la administración de energía de Core i7 es el modo Turbo (no confundir con Turbo Caché). El modo Turbo es una especie de overclocking automático, con el cual los núcleos individuales pueden llevarse a frecuencias de reloj más altas en función de la necesidad. El modo Turbo opera en forma transparente para el sistema operativo y, por ende, para el usuario.

Modelo por modelo

La formación inicial de la línea incluye tres modelos, cuyas especificaciones pueden verse en la tabla adjunta. El modelo 965 Extreme no sólo presenta una velocidad de reloj más elevada, sino que también acelera el reloj de E/S, logrando un ancho de banda máximo de 25,6 GB/seg. por carril QPI. De todos modos, el ancho de banda de 19,2 GB/seg. por QPI que presentan los modelos 920 y 940 también es bastante impresionante.

Lo que impresiona aún más es el precio. El modelo de nivel de entrada, el 920, se ubicará no muy por encima de los U$S 300 para los usuarios finales, una vez que recorra su camino a través del canal. Claro está que el precio de la mother también será un factor a tener en cuenta. Intel está posicionando el X58 como un chipset high-end; la versión económica, denominada Ibex Peak, no estará en el mercado sino hasta el segundo trimestre de 2009.

En principio, los únicos chips basados en la micro arquitectura Nehalem serán quad-core; las versiones dual-core basadas en el diseño Nehalem (con nombre código “Havendale”) aparecerán durante el año próximo.

Otro logro para Intel

Core i7 representa otro paso evolutivo en el recorrido de los diseños de CPU. Ninguna de las mejoras de Nehalem es revolucionaria, pero al juntarlas, ofrecen un procesador notablemente mejorado con respecto a sus antecesores. Las nuevas aplicaciones se beneficiarán más que las existentes, pero eso es algo sabido cada vez que una nueva arquitectura de procesador sale al mercado.

Las mejoras de performance varían según la aplicación. Distintos benchmarks arrojan mejoras que van desde cero a más del 30 por ciento, a iguales velocidades de reloj. Core i7 es claramente más eficiente en ciertos aspectos, y no tanto en otros. Por ejemplo, en aplicaciones de creación de contenidos y de productividad, es un ganador indiscutido. En los juegos, la mejora de performance depende mucho de la placa gráfica que se use. El “problema” con Core i7 es que los sistemas resultantes muy probablemente resulten limitados por la capacidad de la placa gráfica, y los usuarios querrán entonces actualizar sus gráficos además del procesador.

La conclusión es que Intel ha logrado ofrecer una combinación ganadora a través de su nueva plataforma de procesador y chipset. El ciclo de vida de Core i7 recién empieza, pero puede decirse que cualquiera que opte por un sistema basado en esta nueva arquitectura estará tomando una decisión acertada, si cuenta con el presupuesto y la combinación de aplicaciones para aprovechar al máximo sus beneficios.

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