Nehalem (mikroarhitektuur)

Nehalem on töönimi Inteli protsessorite mikroarhitektuurile, mis on Core'i mikroarhitektuuri järglane. Esimene protsessor, mis anti välja Nehalem arhitektuuriga, oli lauaarvutitele suunatud Core i7, mis anti välja novembris 2008. Sellele järgnesid mitmed Xeoni protsessorid ja Core i3 ning Core i5.

Esialgsetel Nehalem-protsessoritel kasutatakse sama 45 nm tootmismeetodit mis Intel Core 2 Penrynil. 2007. aasta sügisel esitleti Inteli Arendajate Foorumil kahe Nehalem-protsessoriga tööjaama ja paljusid Nehalemi süsteeme demonstreeriti juunis 2008 Computexil.

Mikroarhitektuur on nimetatud Nehalemi linna järgi, mis asub USA läänerannikul Oregoni osariigis. Originaalis pidi see olema viimane versioon NetBursti mikroarhitektuurist. Kuid pärast projekti hülgamist on seda töönime siiski pikka aega edasi kasutatud ja viitab praeguseks hoopiski teisele projektile, kuigi Nehalemil on siiski mõningaid ühiseid jooni NetBurstiga. Nehalemi tüüpi mikroprotsessoritel on kõrgemad taktsagedused ja on rohkem energiasäästlikumad kui Penryn mikroprotsessorid. Tagasi on toodud hüperhargtöötlus koos 3. taseme vahemäluga, mis oli puudu enamikust Core'i tüüpi mikroprotsessoritest.

Esimene arvuti, mis kasutas Nehalemi tüüpi Xeoni protsessorit, oli Apple Mac Pro. Sellekohane teadaanne anti 3. märtsil 2009. Nehalemi tüüpi Xeon EX protsessoreid suurematele serveritele oodati 2009 aasta neljandas kvartalis, kuid need lasti müüki aprillis 2010.

Mobiilseid Nehalemi protsessoreid tutvustati septembris 2009.

Tehnoloogia
pisi|Neljatuumalise mikroarhitektuuri teostus
Eri allikad on maininud Nehalemi tootepere tehniliste andmete seas järgmist:
Kaks, neli, kuus, kaheksa, kümme või kaksteist tuuma.
731 miljonit transistorit neljatuumalisel variandil
Algsel väljalaskel 45 nm tootmisprotsessiga (32 nm variandid peagi järgnemas)
Integreeritud mälukontroller toetab kahte või kolme mälukanalit DDR3 SDRAMi või nelja FB-DIMM2 kanalit.
Integreeritud graafikaprotsessor
Uus vahetu ühendus protsessorite vahel, Inteli QuickPath ühendus kallimates mudelites, asendab esisiini
PCI Expressi ja otsese meedia liidese integreerimine kesktaseme protsessorite mudelitesse, asendades põhjasilda
Samaaegne hargtöötlus (ingl. k. Simultaneous multithreading (SMT)) mitme tuuma poolt, mis võimaldab kahte lõime tuuma kohta. Intel nimetab seda hüperhargtöötluseks. Samaaegset hargtöötlust ei esinenud tavakasutajate lauaarvutite Inteli protsessorites alates 2006 aastast Pentium 4st ja Pentium XEst. Intel tõi tagasi SMT Atom arhitektuuriga.
Ühtsed (monoliitsed, st. kõik protsessori tuumad asuvad ühel vormil) nelja- ja kaheksatuumalised protsessorid.
Järgnevad vahemälud:
32 kB L1-instruktsiooni ja 32 KB L1-andmevahemälu tuuma kohta.
256 kB L2-vahemälu tuuma kohta.
4–12 MB L3-vahemälu (2 MB/tuum) jagatud kõigi tuumade vahel
33% enam käigus olevaid mikrotoiminguid kui Conroe
Teise taseme haruennustus ja teise taseme teisenduse kõrvalepõike puhver
Komponentide moodulplokid nagu näiteks tuumad, mida saab lisada või eemaldada

 Jõudluse ja voolutarbe arendused 

On esitletud, et Nahalem fokuseerib jõudlusele, mida näitab ka suurenenud tuumade arv.
Võrreldes Penryniga on Nahalemil:
1,1× kuni 1,25× ühe tuuma jõudlus või 1,2× kuni 2× hargtöötluse jõudlus, sama võimsustaseme juures.
30% madalam voolutarve sama jõudluse juures.
AnandTechi ülevaate järgi "on oodata 20–30% jõudluse kasvu Penryni ees koos 10% voolutarbe tõusuga".
Tuuma kohta pakub Nehalem 15–20% jõudluse kasvu, võrreldes Penryniga.

2,93 GHz Nehalem Bloomfield süsteemi on kasutatud, et jooksutada 3DMark Vantage jõudlustesti, mis andis CPU tulemuseks 17,966 punkti. 2,66 GHz versioon sai tulemuseks 16,294. 2,4 GHz Core 2 Duo E6600 tulemuseks on 4,300 punkti.

AnandTech testis Inteli QuickPath ühendust ("QPI", 4,8 GT/s variant) ja leidis, et kopeerimise ribalaius, kasutades triple-channel 1066 MHz DDR3-mälu, oli 12,0 GB/s. 3,0 GHz Core 2 Quad süsteem, kasutades dual-channel 1066 MHz DDR3-mälu, saadi tulemuseks 6.9 GB/s.

Ülekiirendamine on võimalik Bloomfieldi protsessoritega ja X58 kiibistikuga. Lynnfieldi protsessor kasutab PCH-i eemaldades vajaduse põhjasilla kiibistiku järele.

Nehalem protsessorid on esimesed, mis sisaldav SSE 4.2 SIMD instruktsioone, lisades 7 uut instruktsiooni SSE 4.1 komplekti, mis oli olemas Core 2 seerias.

Nehalemi arhitektuur oluliselt vähendab atomaarse operatsiooni latentsusaega; vähendades seda 50%

 Westmere 
Westmere (endise nimega Nehalem-C) on 32 nm Nehalemi toorikkristalli plaadile antud nimetus. Esimesed Westmere'il põhinevad protsessorid lasti müüki 7. jaanuaril 2010 ja olid osaks Core i3, i5 ja kahetuumalise mobiilse Core i7 perekonnas.

Westmere'i tunnused ja edusammud Nehalemist on järgmised:

Standardine kuuetuumaline ja võimalik, et topelt sisemine kaheteisttuumaline protsessor.
Bloomfieldi ja Gainestowni järglane on kuuetuumaline.
Uus komplekt instruktsioone, mis annab üle kolme korra suurema krüpteerimise ja dekrüpteerimise kiiruse Arenenud Krüpteerimise Standardi (Advanced Encryption Standard – AES) protsessides võrreldes varasemaga.
Toimetab seitse uut instruktsiooni, mida kasutab AES-i algoritm. Veel ka instruktsiooni nimetusega PCLMULQDQ, mis viib läbi "kanna-vähem" (carry-less) mitmekordistamist, mida kasutatakse krüptograafias. Need instruktsioonid lubavad protsessoril läbi viia riistvara-kiirendatud krüpteerimisi, mitte ainult andes kiiremaid tulemusi, vaid kaitstes ka tarkvaraliselt suunatud rünnakute vastu.
AES-NI võib olla kaasa arvatud Westmere'i integreeritud graafikal.
Integreeritud graafika, väljastatud samal ajal, kui protsessor.
Täiendatud virtualisatsiooni latentsusaeg.
Uus virtualiseerimise suutlikkus: "VMX piiramatu töörežiimi tugi", mis lubab 16-bitist külalist.
Tugi 1 GB suurustele "suurtele lehtedele"

 Töönimed 

Iga kombinatsioon Nehalemi/Westmere'i protsessori plaadist ja pakendist omab eraldi töönime ja tootekoodi. Tüüpiliselt kasutatakse sama plaati üheprotsessoriliste (ingl. keeles uniprocessor UP) ja kaheprotsessoriliste (ingl. keeles dual-processor – DP) serverite jaoks, kuid kasutatakse ekstra QuickPathi linki protsessorite vahelises kommunikatsioonis DP serveri variandis. Nagu Core mikroarhitektuur, kasutab ka Nehalem nelja protsessoripakendit, ühte iga turuosa jaoks. "Kõrgema otsa" kiibid, kaheksa tuumaga, on saadaval ainult MP serveri osale, samas kui kõiki teisi kasutatakse vähemalt kahes eri pakendis. Westmere EX protsessori kohta pole siiani veel detaile avaldatud.

 Mobiil Lauaarvuti  UP Server DP Server MP ServerKaheksatuumaline 45 nm  Nelja kanalilineBeckton  80604Neljatuumaline 45 nm  Kolme kanalilineBloomfield  80601Gainestown  80602Neljatuumaline 45 nm  Kahe kanaliline, PCIeClarksfield  80607Lynnfield  80605Jasper Forest  80612Neljatuumaline 45 nm  Kahe kanaliline, PCIe, Graafika tuumAuburndale  tühistatudHavendale  tühistatudKaheteist-/kümnetuumaline 32 nm  ?-kanalilineWestmere EX  ?Kuuetuumaline 32 nm  Kolme kanalilineGulftown  80613Westmere EP  80614Kahetuumaline 32 nm  Kahe kanaliline, PCIe, graafika tuumArrandale  80617Clarkdale  80616

 Mobiilsed protsessorid 

Extreme klassi protsessoritel on lukustamata kordaja. Termo disain jõudluse (Thermal design power – TDP) väärtused sisaldavad ka graafikaprotsessorit (GPU).
Kõigil protsessoritel on baassageduseks 133 MHz
45 nm Clarksfield
Kõik on quad-core mudelid (8 lõime). Samuti omavad hüperhargtöötluse ja Turbo Boosti tehnoloogiaid.
Toetatavad liidesed :
DMI
2x DDR3-1333
PCIe 1 x16 / 2 x8

 Töönimi SokkelPtotsessoribränd jamudel Tuumataktsagedus Turbo Energia
vajadus L3-vahemälu VäljalaskeaegExtreme /PerformanceMobileµPGA988Core i7Extreme940XM2,13 GHzrowspan=6 55 W8 MB2010-06-21920XM2,0 GHz2009-09-23Core i7840QM1,86 GHz45 W2010-06-21820QM1,73 GHz2009-09-23740QM6 MB2010-06-21720QM1,6 GHz2009-09-23
32 nm Arrandale
Kasutatav siin: µPGA-988 või BGA-1288.
Toetatavad liidesed :
DMI
PCIe 1 x16
TöönimiTuumad (lõimed)Protsessoribränd ja mudelTaktsagedusTurboEnergia
vajadusMäluL3-vahemäluVäljalaskeaeg Tuum GraafikaprotsessorPeavool /
väärtuslik
mobiilne2 (4)Core i7640M2,8 GHz766 MHzrowspan=22 35 W2× DDR3-10664 MB2010-09-26620M2,66 GHz2010-01-07610E2,53 GHz660LM2,26 GHz566 MHz25 W2010-09-26640LM2,13 GHz2010-01-07620LM / 620LE2,0 GHz680UM1,46 GHz500 MHz18 W2× DDR3-8002010-09-26660UM1,33 GHz2010-05-25640UM1,2 GHz2010-01-07620UM / 620UE1,06 GHzCore i5580M2,66 GHz766 MHz35 W2× DDR3-10663 MB2010-09-26560M2,66 GHz540M2,53 GHz2010-01-07520M / 520E2,4 GHz560UM1,33 GHz500 MHz18 W2× DDR3-8002010-09-26540UM1,2 GHz2010-05-25520UM1,06 GHz2010-01-07460M2,53 GHz766 MHz35 W2× DDR3-10662010-09-26450M2,4 GHz2010-06-26430M2,26 GHz2010-01-07470UM1,33 GHz500 MHz18 W2× DDR3-8002010-10-01430UM1,2 GHz2010-05-25Core i3380M2,54 GHz667 MHzrowspan=13 35 W2× DDR3-10662010-09-26370M2,4 GHz2010-06-20350M2,26 GHz2010-01-07330M / 330E2,13 GHz380UM1,33 GHz500 MHz18 W2× DDR3-8002010-10-01330UM1,2 GHz2010-05-252 (2)PentiumP62002,13 GHz667 MHz35 W2× DDR3-10662010-09-26P61002,00 GHzP60001,86 GHz2010-06-20U54001,20 GHz500 MHz18 W2× DDR3-8002010-05-25CeleronP46002,00 GHz667 MHz35 W2× DDR3-10662 MB2010-09-26P4500 / P45051,86 GHz2010-03-28U3400 / U34051,06 GHz500 MHz18 W2× DDR3-800 / 10662010-05-25

 Versioonid 

Need tabelid toovad välja kõik siiamaani teadaolevad protsessorid Nehalemi mikroarhitektuuriga.

Märkused:
Kõikidel variantidel on 64 KiB L1-vahemälu tuuma kohta ja 256 KiB L2-vahemälu tuuma kohta.

 45 nm protsessorid 
TöönimiTurgTuumad(Lõimud)SokkelBrändProtsessori numberTaktsagedusTurboEnergia vajadusLiidesL3-vahemäluVäljalaskeaeg Baas Tuum Mitte-tuum Kiibistik Mälu PCIeBecktonMP Server, DP Server8 (16)LGA 1567XeonX7560133 MHz2,266 GHzrowspan=2 130 W4× QPI4× [DDR3 koos SMB emaplaadiga]N/A24 MB30. märts 2010X75502 GHz18 MBGainestownDP Server4 (8)LGA 1366XeonW5590133 MHz3,33 GHzrowspan=9 130 W2× QPI 6.4 GT/s3× DDR3-13331N/A8 MB9. august 2009W55803,2 GHz29. märts 2009X55702,93 GHz95 WX55602,8 GHzX55502,66 GHzE55402,53 GHz80 W2× 5.86 GT/s3× DDR3-10661E55302,4 GHzE55202,26 GHzL55202,26 GHz60 W4 (4)E55062,13 GHzrowspan=4 80 W2× 4.8 GT/s3× DDR3-80014 MBE55042,0 GHzL55062,13 GHz60 W2 (2)E55021,86 GHz80 WBloomfieldUP Server4 (8)XeonW3580133 MHz3,33 GHzrowspan=13 130 W1× QPI 6.4 GT/s3× DDR3-1333N/A8 MB9. august 2009W35703,2 GHz29. märts 2009W35653,2 GHz1× QPI 4.8 GT/s3× DDR3-10661. november 2009W35503,06 GHz9. august 2009W35402,93 GHz29. märts 2009W35302,8 GHz16 märts 2010W35202,66 GHz29. märts 2009LynnfieldLGA 1156X34702,93 GHz95 WDMI2× DDR3-13338. september 2009X34602,8 GHzX34502,66 GHzX34402,53 GHzL34261,86 GHz45 W4 (4)X34302,4 GHz95 WBloomfieldEntusiasti lauaarvuti4 (8)LGA 1366Core i7 Extreme975133 MHz3,33 GHz2,66 GHzrowspan=7 130 W1× QPI 6.4 GT/s3× DDR3-1066N/A8 MB31. mai 20099653,2 GHz17. november 2008Core i79603,2 GHz2,13 GHz1× QPI 4.8 GT/s20. oktoober 20099503,06 GHz31. mai 20099402,93 GHz17. november 20089302,8 GHz28. veebruar 20109202,66 GHz17. november 2008LynnfieldJõudlus Lauaarvuti4 (8)LGA 1156880133 MHz3,06 GHzrowspan=14 95 WDMI2× DDR3-13331 ×16 / 2 ×88 MB875K2,93 GHz8702,4 GHz8. september 20098602,8 GHz860S2,53 GHz82 W7. jaanuar 20104 (4)Core i57602,8 GHz95 W17. juuli 20107502,66 GHz2,13 GHz95 W8. september 2009750S2,4 GHz82 W'7. jaanuar 2010ClarksfieldEkstreem/jõudlus Mobiilne4 (8)µPGA-988Core i7 Extreme940XM2,13 GHz55 W12. juuni 2010920XM2,0 GHz23. september 2009Core i7840QM1,86 GHz45 W21, juuni 2010820QM1,73 GHz23. september 2009740QM6 MB21. juuni 2010720QM1,6 GHz'23. september 2009

1 Kuigi on ainult üks mälukontroller ja sellel on ainult kolm kanalit, siis Intel ütleb, et Gainestowni protsessoritel on kuus mälukanalit. Gainestowni protsessorid omavad topelt QuickPath interconnection linki ja neil on eraldi mäluregistrid iga linki jaoks; tulemuseks on kuuekanaliline süsteem

"Havendale" ja "Auburndale" variandid on tühistatud

 32 nm protsessorid 
TöönimiTurgTuumad(lõimed)SokkelBrändProtsessori numberTaktsagedusTurboEnergia vajadusLiidesL3-vahemäluVäljalaskeaeg Baas Tuum Mitte-tuum Kiibistik Mälu PCIeWestmere-EXMP Server12 (24) või 10 (20) LGA 1567XeonN/AN/AN/AN/AN/AN/AQPIDDR3N/AN/AQ2 2011Gulftown(Westmere-EP)DP Server6 (12)LGA 1366XeonX5690133 MHz3,46 GHzN/Arowspan=15 130 W2× QPI 6.4 GT/s3× DDR3-1333N/A12 MB??X56803,33 GHz16. märts 2010X56702,93 GHz95 WX56602,8 GHzX56502,66 GHzE56452,4 GHz80 W2× QPI 5.86 GT/sL56402,26 GHz60 WL56382,0 GHz4 (8)X56773,46 GHz130 W2× QPI 6.4 GT/sX56673,06 GHz95 WE56402,66 GHz80 W2× QPI 5.86 GT/s3× DDR3-1066E56302,53 GHzE56202,4 GHzL56302,13 GHz40 WL56181,86 GHz4 (4)L56091,86 GHz2× QPI 4.8 GT/sUP Server6 (12)XeonW3680133 MHz3,33 GHzN/Arowspan=4 130 W1× QPI 6.4 GT/s3× DDR3-1333N/A12 MB16. märts 2010Ekstreem/Jõudlus LauaarvutiCore i7 Extreme990X3,46 GHz3× DDR3-1066Q1 2011980x3,33 GHz16. märts 2010Core i79703,2 GHz1× QPI 4.8 GT/s17. juuli 2010ClarkdalePeavool/Väärtuslik Lauaarvuti2 (4)LGA 1156Core i5680133 MHz3,6 GHz733 MHzrowspan=5 73 WDMI2× DDR3-13331 ×164 MB18. aprill 20106703,46 GHzJanuary 7, 20106613,33 GHz900 MHz87 W660733 MHz73 W6503,2 GHzCore i35603,33 GHzrowspan=6 29. august 20105503,20 GHz30. mai 20105403,06 GHz7. jaanuar 20105302,93 GHz2 (2)PentiumG69502,8 GHz533 MHz2× DDR3-10663 MBCeleronG11012,26 GHz2 MBArrandalePeavool/Väärtuslik Mobiilne2 (4)µPGA-988Core i7640M133 MHz2,8 GHz766 MHzrowspan=20 35 WDMI2× DDR3-10661 ×164 MB27. oktoober 2010620M2,66 GHz7. jaanuar 2010660LM2,26 GHz566 MHz25 W27. oktoober 2010640LM2,13 GHz7. jaanuar 2010620LM2,0 GHz680UM1,46 GHz500 MHz18 W2× DDR3-80027. oktoober 2010660UM1,33 GHz640UM1,2 GHz7. jaanuar 2010620UM1,06 GHzCore i5580M2,66 GHz766 MHz35 W2× DDR3-10663 MB27. oktoober 2010560M2,66 GHz540M2,53 GHz7. jaanuar 2010520M2,4 GHz560UM1,33 GHz500 MHz18 W2× DDR3-80027. oktoober 2010540UM1,2 GHz520UM1,06 GHz7. jaanuar 2010460M2,53 GHz766 MHz35 W2× DDR3-106627. oktoober 2010450M2,4 GHz430M2,26 GHz7. jaanuar 2010430UM1,2 GHz500 MHz18 W27. oktoober 2010Core i3380M2,54 GHz667 MHzrowspan=6 35 W27. oktoober 2010370M2,4 GHz350M2,26 GHz7. jaanuar 2010330M2,13 GHz330UM1,2 GHz500 MHz18 W27. oktoober 20102 (2)CeleronP4500 / P45051,86 GHz500 MHz35 W2 MB28. märts 2010

Lauaarvuti jaoks on "Gulftown" mõeldud, kui "Extreme Edition" CPU ja seega see eksisteerib koos Bloobfieldiga. Sellel on Turbo Boost ja sarnased taktsagedused Bloomfieldiga.

Lynnfield ja Clarksfield võivad saada 32 nm siirde 2010 aasta keskel, sometime after Q2, samas Beckton läheb üle 32 nm 2010 aasta lõpus.
32 nm protsessoritel ei saa olema märgatavalt erinevad taktsagedused, võrreldes 45 nm protsessoritega.

Clarkdale ja Arrandale sisaldavad 32 nm topelt-tuum protsessorit "Hillel" ja 45 nm integreeritud graafikaseadet "Ironlake", ja toetust vahetatavale graafikale. The lowest-power variant of Arrandale may have a 10 W CPU TDP, and a maximum clock speed of 1.6 GHz.

Bloomfieldi järeltulijat ja sissekande taseme kiipi on samuti oodata 2010. aasta teises kvartalis.

 Järeltulijad 
Nehalemi ja Westmere'i järeltulijaks on Sandy Bridge, mida tutvustati esmakordselt avalikult 2009. aastal. Sandy Bridgei järeltulijaks sai Haswell, mis toodi välja 2013, aastal.
800px|center|pisi|Intel protsessorite "teekaart" NetBurstist Skylakeni

 Viited 

Välislingid
Inteli koduleht

Kategooria:Inteli mikroprotsessorid