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Si bien en una entrega anterior hablamos de los principios de los procesadores Intel, cabe destacar que su historia es muy larga para contarla en un solo articulo, por eso hoy te traemos la segunda parte.
Procesadores P6: Pentium-M
Como Netburst se diseñó como una arquitectura de alto rendimiento que consumía bastante energía, no se tradujo bien en los sistemas móviles. En cambio, en 2003, Intel creó su primera arquitectura diseñada exclusivamente para portátiles. El Pentium-M se basó en la arquitectura P6, pero con una tubería más larga de 12 a 14 etapas. Esta fue también la primera canalización de longitud variable de Intel, lo que significaba que las instrucciones se podían ejecutar después de pasar por solo 12 etapas si la información requerida para la instrucción ya estaba cargada en el caché. Si no, tuvo que pasar por dos etapas adicionales para cargar los datos.
El primero de estos procesadores fue diseñado con transistores de 130 nm y contenía un caché L2 de 1MB. Se las arregló para llegar a 1.8 GHz mientras consumía solo 24.5W de potencia. Una revisión posterior conocida como «Dothan» se lanzó en 2004 y se realizó la transición a transistores de 90 nm. Esto permitió a Intel aumentar la memoria caché L2 a 2MB y, combinada con una serie de mejoras centrales, proporcionó una mejora de rendimiento de IPC decente. La CPU también aumentó a 2.27 GHz con un ligero aumento de potencia a 27W.
La arquitectura Pentium-M finalmente se usaría dentro de las CPUs móviles Stealey A100 antes de ser reemplazada por la línea de procesadores Atom de Intel.
Procesadores Netburst: Prescott
Northwood llevó la arquitectura Netburst desde 2002 hasta 2004, después de lo cual Intel lanzó Prescott con numerosas mejoras. Utilizó un proceso de fabricación de 90 nm que permitió a Intel aumentar el caché L2 a 1 MB. Intel también presentó la nueva interfaz LGA 775 que contaba con soporte para memoria DDR2 y un FSB de cuatro bombos más rápido que las primeras CPU basadas en Northwood. Estos cambios dieron como resultado que Prescott tuviera un ancho de banda significativamente mayor que Northwood, que era vital para aumentar el rendimiento de Netburst. Prescott también fue el primer procesador x86 de 64 bits de Intel, lo que le permite acceder a más RAM y operar con 64 bits a la vez.
Se suponía que el procesador Prescott era la joya de la corona en la familia de procesadores basados en Netburst de Intel, pero en su lugar era un fiasco. Intel volvió a extender su tramitación de ejecución, esta vez a 31 etapas. La compañía esperaba aumentar las velocidades de reloj lo suficiente para compensar la tubería más larga, pero solo fue capaz de alcanzar los 3.8 GHz. El procesador Prescott simplemente corrió demasiado caliente y consumió demasiada energía. Intel esperaba que el movimiento a 90nm alivie este problema, pero el aumento de la densidad del transistor dificultó el enfriamiento. Como no fue capaz de alcanzar frecuencias más altas, los cambios evolutivos de Prescott dañaron el rendimiento general.
Incluso con todas las mejoras y el caché extra, Prescott estaba, en el mejor de los casos, a la par con Northwood a cualquier velocidad de reloj dada. Casi al mismo tiempo, los procesadores K8 de AMD también se estaban moviendo hacia transistores más pequeños que les permitían alcanzar frecuencias más altas. Durante este breve período de tiempo, AMD dominó el mercado de CPU de escritorio.
Procesadores Netburst: Pentium D
En 2005, comenzó la carrera para producir el primer procesador de doble núcleo orientado al consumidor. AMD ya había anunciado su Athlon 64 de doble núcleo, pero aún no estaba disponible. Intel se apresuró a vencer a AMD mediante el uso de un módulo de múltiples núcleos (MCM) que contenía dos matrices de Prescott. La compañía bautizó a su procesador de doble núcleo, el Pentium D, y el primer modelo recibió el nombre clave de «Smithfield».
El Pentium D se lanzó a la crítica, sin embargo, al enfrentar los mismos problemas que afectaban a Prescott. El calor y la potencia de dos matrices basadas en Netburst limitaban las velocidades de reloj a 3,2 GHz como máximo. Y debido a que la arquitectura tenía un ancho de banda limitado, el IPC de Smithfield sufrió debido a que el rendimiento se dividió entre dos núcleos. La implementación tampoco fue particularmente elegante; La CPU de doble núcleo de AMD construida a partir de un dado fue considerada superior.
Smithfield fue seguido por Presler, que pasó a la tecnología de transistores de 65nm. Contenía dos muere Ceder Mill en un MCM. Esto ayudó a reducir el calor y el consumo de energía del procesador, y permitió a Intel aumentar su frecuencia de reloj a 3.8 GHz.
Hay dos versiones clave de Presler. El primero tenía un TDP de 125W más alto, mientras que el último modelo se redujo a 95W. Gracias al tamaño de matriz más pequeño, Intel también pudo duplicar el caché L2, por lo que cada matriz tenía 2 MB. Algunos modelos entusiastas también incluyeron Hyper-Threading, permitiendo a la CPU abordar cuatro subprocesos simultáneamente.
Todos los procesadores Pentium D admitían software de 64 bits y podían aprovechar más de 4 GB de RAM.
Procesadores Core: Core 2 Duo
Finalmente, Intel abandonó su arquitectura Netburst y, en cambio, puso su soporte detrás del diseño P6 y Pentium-M. La compañía se dio cuenta de que el P6 aún era viable, y capaz de ser eficiente y proporcionar un rendimiento excelente. Reelaboró la arquitectura en su diseño Core. Al igual que el Pentium-M, usó una tubería de 12 a 14 etapas que fue significativamente más corta que la implementación de Prescott de 31 etapas.
El núcleo demostró ser altamente escalable, e Intel pudo ponerlo en servicio en sistemas móviles con TDP tan bajos como 5W y servidores de gama alta con techos de 130W. Intel lo vendió principalmente como productos «Core 2 Duo» o «Core 2 Quad», pero Core también se usó dentro de las CPU Core Solo, Celeron, Pentium y Xeon. Las matrices utilizadas se construyeron con dos núcleos de CPU, y los diseños de cuatro núcleos utilizaron dos matrices de doble núcleo en un MCM. Las versiones de un solo núcleo, mientras tanto, tenían un núcleo desactivado. El tamaño del caché L2 osciló entre 512 KB y 12 MB.
Con las mejoras realizadas en la arquitectura Core, Intel podría competir nuevamente contra AMD. El mercado de PC entró en una era dorada llena de procesadores de alto rendimiento extremadamente competitivos que aún son viables hasta el día de hoy.
Bonnell: Silverthorne Y Diamondville
La arquitectura Core 2 llegó a una amplia gama de dispositivos, pero Intel necesitaba producir algo menos costoso para los mercados portátiles y de ultra bajo presupuesto. Esto llevó a la creación del Atom de Intel, que usaba un dado de 26 mm 2, menos de una cuarta parte del tamaño de los primeros dados del Core 2.
Intel no diseñó la arquitectura Bonnell de Atom completamente desde cero, sino que volvió a la base P5 de Pentium. Eso fue en gran parte porque P5 fue el último diseño de ejecución en orden de Intel. La ejecución de OoO, aunque es altamente beneficiosa para el rendimiento, también consume bastante energía y ocupa una gran cantidad de espacio de matriz. Para que Intel alcance sus objetivos, OoO simplemente no era práctico en ese momento.
El primer dado Atom, con el nombre de código «Silverthorne», tenía un TDP de 3W. Esto le permitió ir a lugares que el Core 2 no podía. El IPC de Silverthorne fue mediocre, pero fue capaz de funcionar a hasta 2.13 GHz. También contenía 512KB de caché L2. La frecuencia decente y el caché L2 hicieron poco para compensar el bajo IPC, pero Silverthorne todavía permitió una experiencia de nivel de entrada a un precio relativamente bajo.
Silverthorne fue sucedido por Diamondville, que redujo la frecuencia a 1.67 GHz pero permitió el soporte de 64 bits, lo que mejoró el rendimiento en aplicaciones de 64 bits.
Procesadores Nehalem: El primer Core i7
Con el mercado de procesadores en un estado altamente competitivo, Intel no podía permitirse quedarse quieto por mucho tiempo. Por lo tanto, volvió a trabajar la arquitectura Core para crear Nehalem, que agrega numerosas mejoras. El controlador de caché se rediseñó y la caché L2 se redujo a 256 KB por núcleo. Sin embargo, esto no afectó el rendimiento, ya que Intel agregó entre 4 y 12 MB de caché L3 compartido entre todos los núcleos. Las CPU basadas en Nehalem incluían entre uno y cuatro núcleos, y la familia se construyó con tecnología de 45 nm.
Intel también rediseñó significativamente las conexiones entre la CPU y el resto del sistema. El antiguo FSB que había estado en uso desde la década de 1980 fue finalmente puesto en reposo, y fue reemplazado por la QuickPath Interconnect (QPI) de Intel en sistemas de alta gama y por DMI en todas partes. Esto permitió a Intel mover su controlador de memoria (que se actualizó para admitir DDR3) y el controlador PCIe a la CPU. Estos cambios aumentaron significativamente el ancho de banda, mientras que la latencia se desplomó.
Una vez más, Intel extendió la tubería del procesador, esta vez a 20-24 etapas. Sin embargo, las velocidades de reloj no aumentaron, y Nehalem funcionó en frecuencias comparables a Core. Nehalem también fue el primer procesador de Intel en implementar Turbo Boost. Aunque el reloj base del procesador Nehalem más rápido llegó a 3,33 GHz, podría funcionar a 3,6 GHz por períodos cortos gracias a esta nueva tecnología.
La última gran ventaja que Nehalem tuvo sobre la arquitectura Core fue que marcó el regreso de la tecnología Hyper-Threading. Gracias a esta y muchas otras mejoras, Nehalem pudo realizar hasta dos veces más rápido que los procesadores Core 2 en cargas de trabajo con muchos subprocesos. Intel vendió CPU Nehalem bajo las marcas Celeron, Pentium, Core i3, Core i5, Core i7 y Xeon.
Bonnell: Pineview Y Cedarview
En 2009, Intel lanzó dos nuevas matrices de marca Atom basadas en la arquitectura de Bonnell. El primero fue conocido como «Pineview», que continuó utilizando un proceso de fabricación de 45 nm. Presentó un mejor rendimiento que Diamondville al integrar una serie de componentes que tradicionalmente se encuentran dentro del conjunto de chips de la placa base, incluidos los gráficos y el controlador de memoria. Esto tuvo el efecto de reducir el consumo de energía y disminuir la disipación del calor. Los modelos de doble núcleo también estaban disponibles utilizando dos núcleos Pineview en un MCM.
Westmere: Gráficos en la CPU
Intel creó una reducción a troquel de 32 nm de Nehalem que tenía el nombre en código «Westmere». Su arquitectura subyacente cambió poco, pero Intel aprovechó el tamaño reducido del troquel para colocar componentes adicionales dentro de la CPU. En lugar de solo cuatro núcleos de ejecución, Westmere contenía hasta 10. También podría tener hasta 30 MB de caché L3 compartida.
La implementación de HD Graphics en los procesadores Core i3, i5 e i7 basados en Westmere fue similar a la GMA 4500 de Intel, excepto que tenía dos EU adicionales. Las frecuencias de reloj se mantuvieron casi iguales, oscilando entre 166 MHz en sistemas móviles de baja potencia y 900 MHz en SKU de escritorio de gama alta. Si bien el troquel de CPU de 32 nm y el GMCH de 45 nm no se integraron completamente en una sola pieza de silicio, ambos componentes se colocaron en el paquete de la CPU. Esto tuvo el efecto de reducir la latencia entre el controlador de memoria dentro del GMCH y la CPU. El soporte de API no cambió significativamente entre las implementaciones de GMA y HD Graphics, aunque el rendimiento general aumentó en más del 50 por ciento.
Sandy Bridge
Con Sandy Bridge , Intel dio su salto más significativo en rendimiento, el mayor en siete años. El tramo de ejecución se acortó en 14-19 etapas. Sandy Bridge implementó un caché de microoperaciones capaz de contener hasta 1500 microoperaciones decodificadas que permitían a las instrucciones pasar por alto cinco etapas si la microoperación requerida ya estaba en caché. Si no, la instrucción tendría que ejecutar las 19 etapas completas.
El procesador también presentó varias otras mejoras, incluida la compatibilidad con DDR3 de mayor rendimiento. También se integraron más componentes en la CPU. En lugar de dos dados diferentes en el paquete de la CPU (como en Westmere), todo se movió en un dado. Los diversos subsistemas estaban conectados internamente por un bus de anillo que permitía transacciones de gran ancho de banda.
Intel volvió a actualizar su motor gráfico integrado. En lugar de una sola implementación de Gráficos HD incorporada en todos los modelos de CPU, la compañía creó tres versiones diferentes. La variante de gama alta fue la HD Graphics 3000 con 12 EU que se pudo registrar hasta 1,35 GHz. También contenía extras como el motor de transcodificación Quick Sync de Intel. La variante HD Graphics 2000 de gama media poseía las mismas características, excepto que se redujo a seis EU. El modelo HD Graphics de nivel más bajo también tenía seis EU, pero con las características de valor agregado.
Bonnell: Cedarview
En 2011, Intel creó otra nueva matriz Atom basada en la misma arquitectura de Bonnell utilizada en Pineview. Nuevamente, hubo mejoras menores en el núcleo para mejorar el IPC, pero en realidad poco cambió entre los dos. La ventaja clave de Cedarview fue un movimiento a los transistores de 32 nm que permitían frecuencias de hasta 2,13 GHz a menor potencia. También fue capaz de soportar RAM de mayor velocidad gracias a un controlador de memoria DDR3 mejorado.
Ivy Bridge
Intel siguió a Sandy Bridge con sus procesadores Ivy Bridge , un «Tick +» en la cadencia de diseño de producto «Tick-Tock» de la compañía. El IPC de Ivy Bridge fue solo un poco mejor que el de Sandy Bridge, pero trajo consigo otras ventajas clave que superaron a su antecesor.
La mayor ventaja de Ivy Bridge fue su eficiencia energética. La arquitectura fue diseñada con transistores FinFET tridimensionales de 22 nm que redujeron drásticamente el consumo de energía de la CPU. Mientras que los procesadores Core i7 basados en Sandy Bridge generalmente venían con un TDP de 95W, los chips equivalentes basados en Ivy Bridge se clasificaron en 77W. Esto fue particularmente importante en los sistemas móviles, y permitió a Intel lanzar una CPU Ivy Bridge de cuatro núcleos con un TDP bajo de 35 W. Antes de esto, todas las CPU móviles de cuatro núcleos de Intel venían con al menos un TDP de 45 W.
Intel aprovechó el tamaño reducido del troquel para ampliar también el iGPU. El motor de gráficos de gama más alta de Ivy Bridge, HD Graphics 4000, empaquetado en 16 EU. La arquitectura gráfica también se modificó significativamente para mejorar el rendimiento de cada UE. Con estos cambios, HD Graphics 4000 normalmente se desempeñó 200 por ciento mejor que su predecesor.
Haswell
Como un metrónomo, Intel sacó su arquitectura Haswell solo un año después de Ivy Bridge. Haswell fue una vez más un paso evolutivo que uno revolucionario. Los procesadores de AMD que compiten contra Sandy e Ivy Bridge no fueron lo suficientemente rápidos como para luchar en el alto nivel, por lo que Intel no fue presionado para aumentar demasiado el rendimiento. Haswell fue aproximadamente un 10 por ciento más rápido que Ivy Bridge en general.
Al igual que en Ivy Bridge, las características más atractivas de Haswell fueron su eficiencia energética y su iGPU. Haswell integró el hardware de regulación de voltaje en el procesador, lo que permitió a la CPU controlar mejor el consumo de energía. El regulador de voltaje hizo que la CPU produjera más calor, pero la plataforma Haswell en general se volvió más eficiente.
Para combatir las APU de AMD., Intel colocó hasta 40 EUs dentro de su gama superior Haswell iGPU. La compañía también buscó aumentar el ancho de banda disponible al que tuvo acceso su motor gráfico más rápido al equiparlo con una memoria caché de eDRAM L4 de 128 MB, que mejoró drásticamente el rendimiento.
Bonnell: Silvermont
En 2014, Intel rediseñó significativamente la arquitectura de Bonnell para crear Silvermont . Uno de los cambios más significativos fue el cambio a un diseño OoO. Otra fue la eliminación de Hyper-Threading.
Cuando la arquitectura de Bonnell debutó, muchos sintieron que OoO ocupaba demasiado espacio en el espacio y tenía demasiada energía para una CPU Atom. Sin embargo, para 2014, los transistores se redujeron a un tamaño tan pequeño y disfrutaron de un consumo de energía reducido lo suficientemente significativo como para que Intel pudiera habilitar un diseño OoO en Atom. Intel también volvió a trabajar la tubería en Silvermont para minimizar el impacto de una falta de caché. Estos cambios, combinados con una serie de otras mejoras, dieron como resultado un aumento del 50 por ciento en el IPC en comparación con Cedarview.
Para aumentar aún más el rendimiento de Silvermont, Intel creó SKU que contienen hasta cuatro núcleos de CPU. También cambió a un iGPU basado en la misma arquitectura gráfica en sus procesadores Ivy Bridge. Solo había cuatro EU en el iGPU de Silvermont, pero aún así era capaz de proporcionar reproducción de video de 1080p, y podía ejecutar juegos más antiguos que no eran especialmente exigentes. Todos los aspectos del conjunto de chips se integraron también en la CPU Silvermont, pero esto fue más para reducir el consumo de energía del sistema que cualquier otra cosa.
El dado de Silvermont se usó en productos basados en Bay Trail. El TDP de la plataforma varía entre 2 y 6.5W, y la frecuencia de reloj varía entre 1.04 y 2.64 GHz.
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