Test Intel Core i3 i i5 32nm

Intel dotrzymuje słowa i utrzymuje narzucone dwa lata temu tempo. W rok po premierze procesorów Conroe rzeczywiście produkowano już procesory Penryn wykonane w technologii 45nm. Rok później wykorzystano istniejący już proces technologiczny do wykonania procesorów w nowej mikroarchitekturze Nehalem - Core i7.


Według Intela tranzystory wykonane w nowym procesie mają o 22% wyższą wydajność niż w układach 45-nanometrowych. Na wykresach zaprezentowano prąd przewodzenia (płynący, gdy tranzystor jest włączony) oraz prąd upływu (płynący, gdy tranzystor jest wyłączony) przy napięciu zasilania 1V. Jak można zauważyć, tranzystory PMOS 32-nanometrowe przy takim samym upływie przewodzą znacznie lepiej od 45-nanometrowych, a takie samo przewodzenie uzyskują przy znacznie mniejszym upływie. Oznacza to możliwość zwiększenia taktowania przy takim samym budżecie energetycznym albo obniżenie poboru energii przy takim samym taktowaniu.

Proces 32nm jest już opracowany, pierwsze procesory zostały już wykonane. Intel zaczął produkcję układów 32nm na wielką skalę w czwartym kwartale 2009 roku. Do produkcji w nowym procesie technologicznym zostaną przystosowane dwie fabryki obok działających już D1C i D1D w Oregonie: w 2010 roku – Fab 32 w Arizonie i Fab 11X w Nowym Meksyku.

Proces 32nm jest wdrażany jednocześnie w dwóch wariantach. Jeden z nich jest zoptymalizowany pod kątem procesorów (CPU), drugi – pod kątem układów zintegrowanych SystemOn-a-Chip (SOC). Oprócz procesorów serwerowych i desktopowych w nowym procesie technologicznym będą też produkowani przyszli następcy popularnego Atoma.


Konstrukcja procesorów Clarkdale

Procesory Clarkdale są zbudowane nieco inaczej niż dzisiejsze Nehalemy. W obecnych na rynku Core i7 kontroler pamięci jest częścią tego samego jądra krzemowego, w którym znajdują się rdzenie i pamięć podręczna. Westmere jest wykonany w technologii MCM (Multi-Chip Module - moduł wieloukładowy) – w tym samym opakowaniu, na tej samej płytce PCB obok siebie są umieszczone dwa jądra. Jedno z nich to 32nm jądro zawierające rdzenie procesora i ich pamięci podręczne. Natomiast kontroler pamięci oraz kontroler PCI został umiejscowiony w części 45nm wraz ze zintegrowanym rdzeniem graficznym.



Rozwiązanie tego problemu tym sposobem nie jest co prawda w 100% satysfakcjonujące w świetle obietnicy Intela o przejściu na niższy proces technologiczny, jednak przemawia za nim dużo względów ekonomicznych i technologicznych. Pierwszy aspekt - dwa małe rdzenie są łatwiejsze w produkcji niż jeden duży. Punktowy defekt w waflu krzemowym pełnym małych rdzeni oznacza utratę mniejszej części wafla, niż gdyby trzeba było wyrzucić duży rdzeń. Drugi aspekt - łatwiej jest opracować układ graficzny w dojrzałym produkcyjnie procesie technologicznym . Nasycenie rynku middle- i low-end wymaga potężnej liczby procesorów, co mogłoby być dla Intela trudne do wykonania, gdyby chciał je wszystkie produkować tylko w pojedynczej fabryce. Dlatego rozwiązanie MCM pozwala w pełni wykorzystać moc przerobową starszych, 45-nanometrowych linii produkcyjnych.




Instrukcje AES

Procesory Clarkdale oparte na architekturze Westmere są nie tylko pomniejszonym, przeprojektowanym Nehalemem. Podobnie jak Penryn 45nm w stosunku do Conroe 65nm, tak i Clarkdale 32nm wprowadza szereg nowych usprawnienń w swojej mikroarchitekturze względem „starego” Nehalema, możliwych dzięki zwiększeniu limitu tranzystorów. Najważniejszym z nich jest zestaw nowych instrukcji procesora, określanych mianem AES.


Nazwa nowych instrukcji pochodzi od algorytmu szyfrowania AES czyli - Advanced Encryption Standard. Zestaw AES zawiera siedem nowych instrukcji, zaprojektowanych specjalnie z myślą o przyspieszeniu operacji typowych dla szyfrowania AES. Sześć z tych instrukcji (AESDEC, AESDECLAST, AESENC, AESENCLAST, AESIMC, a także AESKEYGENASSIST) ma zastosowanie tylko w szyfrowaniu AES, siódma (PCLMULQDQ, mnożenie bez przeniesienia dwóch liczb 64-bitowych) również jest przeznaczona głównie do przyspieszenia szyfrowania, ale może znaleźć zastosowanie także w aplikacjach multimedialnych. Siedem nowych instrukcji stanowi podzbiór zestawu instrukcji AVX (ang. Advanced Vector Extensions), które Intel planuje w pełni wprowadzić w procesorach wykonanych w procesie technologicznym 22nm.




Inne cechy 32nm procesu produkcyjnego

• Druga generacja 32-nanometrowych tranzystorów high-k z metalową bramką – Cechuje się najwyższą wydajnością (mierzoną prądem sterowania) spośród wszystkich tranzystorów wytwarzanych w technologii 32- lub 28-nanometrowej. Tranzystory NMOS są wydajniejsze o 19 procent w porównaniu z odpowiednikami 45-nanometrowymi. Tranzystory PMOS są wydajniejsze o 29 procent w porównaniu z odpowiednikami 45-nanometrowymi.

• Druga generacja 32-nanometrowych tranzystorów high-k z metalową bramką – Cechuje się najwyższą zgłoszoną gęstością spośród wszystkich tranzystorów wytwarzanych w technologii 32 lub 28-nanometrowej. Długość bramki tranzystora, miara gęstości, wynosi 112,5nm. Długość bramki wskazuje, jak gęsto można upakować tranzystory na danym obszarze. Wyższa gęstość oznacza więcej tranzystorów na danej powierzchni, a zatem większą funkcjonalność i wyższą wydajność.

• Wprowadzenie 32-nanometrowej technologi produkcji SoC — To najbardziej zaawansowana spośród wszystkich technologii 32- lub 28-nanometrowych. Intel po raz pierwszy opracował w pełni funkcjonalną technologię wytwarzania układów SoC, która uzupełnia technologię specyficzną dla procesorów. Do specjalnych cech tej technologii należą tranzystory high-k drugiej generacji z metalową bramką o bardzo niskim poborze mocy, przeznaczone do obwodów z niskim prądem gotowości albo zawsze włączonych, a także wysokonapięciowe tranzystory wejścia-wyjścia. Proces produkcyjny obejmuje również precyzyjne i dobre jakościowo komponenty pasywne specyficzne dla układów SoC, takie jak oporniki, kondensatory i cewki.