Architektura Intel Nehalem - co přinese nového?

Intel již brzy uvede architekturu nové generace, Intel Nehalem. O nové architektuře Intelu jsem si již povídali v minulém článku: Shanghai vs. Nehalem aneb co chystá AMD a Intel? Nehalem přináší řadu zásadních změn na úrovni architektury procesoru i platforem, a protože nás procesorovou nabídkou Intelu bude provázet minimálně příští dva roky, podíváme se dnes na Nehalem podrobněji. Intel plánuje uvedení nové architektury každé 2 roky s pravidelnou obměnou výrobní technologie (tento proces zavádění nových technologií a architektur Intel označuje jako "Tick-Tock" model). Z Nehalemu bude vycházet i 32 nm "Tick" Westmere (a řadu vylepšení zřejmě převezme i budoucí architektura Sandy Bridge, dříve přezdívaná Gesher).
Intel Nehalem poměrně zásadním způsobem mění přístup, který byl použitý při návrhu čipu a platforem, jež přijdou na trh s uvedením nových procesorů. Achitektura Nehalem byla navrhována s ohledem na škálovatelnost procesoru i platformy, vysoký výkon a energetickou účinnost. Směr vývoje je v posledních letech čím dál zřejmější - zaměření pouze na výkon již nehraje prim a řada firem se více a více zaměřuje na energeticky úsporné procesory (a s tímto záměrem jsou již vyvíjeny celé platformy). Jak ostatně potvrdil i Pat Gelsinger a řada architektů Nehalemu, hlavní silou Nehalemu bude kromě výkonu v multithreaded prostředí právě efektivita procesoru s ohledem na výkon/spotřebu a technologie pro šetření elektrické energie. Celkově má Nehalem představovat vyváženou platformu, procesor s výborným výkonem a přiměřenou spotřebou.
Změny na úrovni platformy někteří představitelé Intelu prezentují jako nejzásadnější změny architektury procesorů Intel, alespoň za posledních 10 let. Co tedy Nehalem přináší? Stejné jádro pro všechny segmenty trhu, vysoký výkon a škálovatelnost při zachování spotřeby minulé generace procesorů. Řada dalších vylepšení se týká zejména specifických částí trhu, ale těžit z ní mohou samozřejmě všechny segmenty.

Architektura Intel Nehalem

Nová architektura Intel Nehalem vychází z architektury Intel Core, ale celý přístup byl již od návrhu čipu zaměřen na efektivně škálovatelnou architekturu a škálovatelný návrh čipu. Cílem Nehalemu bylo možné nasazení procesorů ve všech segmentech trhu, a proto bylo nutné odstranit dosavadní bariéry možného růstu výkonu, umožnit škálování ve vícesocketových systémech a zároveň udržet dosavadní spotřebu (případně ji dokonce snížit pro možné nasazení v mobilních počítačích).

Na první pohled takřka neřešitelný problém, který se ale podařilo vyřešit pomocí řady inovací. Intel Nehalem je od základu tvořen ze stavebních bloků, které je možné kombinovat podle segmentu trhu, předpokládaného nasazení, požadovaného výkonu a tak dále. Procesor lze proto poměrně jednoduše rozšířit o další jádro, přidat L3 cache, více QPI (pro efektivnější komunikaci v případě vícesocketových systémů) až po integraci grafického jádra IGP (Integrated Graphics Processor).
Řada vylepšení je také na úrovni architektury samotného jádra. Implementována byla řada nových technologií pro šetření energií a pro multithreaded prostředí, nová je hierarchie cache o 3 úrovních, integrován byl řadič paměti a řádně naddimenzovaná byla také QuickPath sběrnice. Postupně se na všechna vylepšení podíváme podrobněji.