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Actualización Intel Multi–cores
Autor: David Giner Rodríguez
5º IT – Microprocesadores para comunicaciones
Índice

Introducción

Arquitectura

Prestaciones

Futuro

Conclusiones

Referencias
5º IT – Microprocesadores para comunicaciones
2
1.

Introducción
Los procesadores iban siguiendo la Ley de Moore en cuanto
a su desarrollo. Cada 2 años se duplicaba la densidad de
integración en un chip. Esto quiere decir que sus
prestaciones se duplicaban cada 18 meses.
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1.

Introducción
La Ley de Moore también implicaba un aumento del
consumo. Prácticamente crecía al mismo ritmo que la
densidad de integración.
5º IT – Microprocesadores para comunicaciones
4
1.

Introducción
Los diseñadores se enfrentaban a un serio problema: la
disipación de calor en el chip. De seguir incrementándose
en la misma proporción que en el pasado, la tecnología se
estancaría debido a este contratiempo.
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1.
Introducción

Idea: en vez de continuar aumentando la frecuencia de reloj
en un solo núcleo, utilizar una arquitectura multi–núcleo. De
esta forma se pueden incrementar las prestaciones de los
procesadores y, a la vez, “controlar” y reducir el consumo y
la densidad de potencia.

Roadmap seguido por “Intel”:
1. Lanzamiento comercial del procesador de doble núcleo a
mediados de 2005.
2. Llegada al mercado del procesador de cuádruple núcleo a
finales de 2006.
3. Lanzamiento del pseudo–procesador de ocho núcleos en
el primer trimestre de 2008. Nombre en clave Skulltrail.
4. Procesador cuádruple real, optimizando toda la estructura
de buses e interconexiones a finales de 2008.
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2.

Arquitectura
Hay que distinguir entre los dos planteamientos de “Intel”:
1.
Multi–núcleo “ficticio”:
i. Varios núcleos, un dado (Pentium D= 2x Pentium 4).
ii. Varios dados, un encapsulado (Core 2 Quad = 2x
Core 2 Duo).
2.
Multi–núcleo “real” ––> varios núcleos independientes
integrados en un solo dado, estructura optimizada (Core
2 Duo).
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Arquitectura
2.

Primera arquitectura propuesta: Pentium D (derivada de
Pentium 4). Variantes: Smithfield y Presler.
 Smithfield:
i.
ii.
iii.

Tecnología de fabricación de 90 nm.
Comercializado a mediados de 2005.
2 núcleos Prescott en un solo dado.
Presler:
i.
ii.
iii.
Tecnología de 65 nm.
Comercializado a mediados de 2006.
2 núcleos Cedar–Mill en un solo dado.
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Arquitectura
2.

Segunda
arquitectura
propuesta:
Intel
Core
Microarchitecture (nueva). Variantes: Core 2 Duo y Core
2 Quad.
 Conroe y Allendale (familia Core 2 Duo):
i.
ii.
iii.

Tecnología de 65 nm.
Comercializado a mediados de 2006.
Doble núcleo real.
Kentsfield (familia Core 2 Quad):
i.
ii.
iii.
Tecnología de 65 nm.
Comercializados a finales de 2006.
2x núcleos Conroe en un encapsulado.
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Arquitectura
2.

Tercera arquitectura propuesta: Penryn (derivada de “Intel
Core Microarchitecture”). Variantes: Core 2 Duo y Core 2
Quad.
 Wolfdale y Yorkfield (familias Core 2 Duo y Core 2
Quad, respectivamente):
i.
ii.
iii.
Tecnología de fabricación de 45 nm.
Comercialización a finales de 2007 (Yorkfield) y principios
de 2008 (Wolfdale).
Doble núcleo real (Wolfdale) y 2x Wolfdale en un
encapsulado (Yorkfield).
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2.

Arquitectura
Dual core de 45nm
(Wolfdale)

Quad core de 45nm
(Yorkfield)
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2.

Arquitectura
Cuarta arquitectura propuesta “Nehalem”(recientemente
lanzado al mercado), se trata de un procesador real de cuatro
núcleos:
i.
Una escalabilidad dinámica.
ii.
“Hyper-Threading Techonology”: un soporte de 2-8
núcleos pudiendo llegar a más de 16. Permite aplicaciones
de alto rendimiento dentro del flujo principal en 2-16 hilos
optimizados para esta nueva generación de arquitecturas
de procesadores multi-núcleos.
iii.
“Intel Turbo-Boost Technology”
iv.
“QuickPath”: Memoria escalable compartida, caracteriza
para procesador controladores de memoria integrados e
interconexiones punto a punto de alta velocidad.
v.
Caches compartidas multinivel
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Arquitectura
2.
Bloomfield/Lynnfield: Familias de “Nehalem”:

i.
ii.
Bloomfield: primeros en comercializarse, son los de la familia
“i7”. Frecuencias de reloj 2.66,2.93 y 3.20 GHz.
Lynnfield: Serían los segundos en comercializarse y vendrían a
ser la gama media, todavía no se encuentran en el mercado.
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2.
Arquitectura
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Arquitectura
2.

Siguiente arquitectura: “Westmere” -> Derivada de la
“Nehalem”
i.
ii.
iii.
Tecnología de fabricación de 32nm.
Comercialización en 2009.
Principales mejoras respecto a ”Nehalem”:
1. Procesador de 6 cores
2. Un nuevo juego de instrucciones que
aumentará por tres la tasa de encriptación y
de decodificación.
3. Mejora la latencia de virtualización.
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Arquitectura
2.

Futuras arquitecturas: “Sandy Bridge” entre 2009 y 2010
i.
ii.
iii.
iv.

Tecnología de fabricación de 32nm.
Arquitectura completamente nueva.
Podrían ser los primeros 8 núcleos reales
Se centrará su arquitectura en:
1. Eficiencia de energía
2. Frecuencias de reloj poco superiores.
3. Nuevo sistema de interconexión.
4. Nuevo juego de instrucciones de vectores
5. Aumento del datapath de 128 a 256 bits.
Futuras arquitecturas: “Haswell”:
i.
ii.
iii.
iv.
v.
Tecnología de fabricación de 22 nm.
Comercialización en 2012.
Diseño nuevo de la caché.
revolucionarios sistemas de ahorro de energía
Nuevos juegos de instrucciones.
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2.
Arquitectura

Procesadores de “Intel”
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2.
Arquitectura
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3.
Prestaciones
SPEC CFP2006

Procesador
Chips Núcleos Threads
CPU MHz
Intel Core i7-965 Extreme Edition
1
4
8
3200
Intel Core i7-940
1
4
8
2933
Intel Core i7-920
1
4
8
2667
Intel Core 2 Extreme QX9770
1
4
4
3200
Intel Core 2 Quad Q9650
1
4
4
3000
Intel Core 2 Duo E8600
1
2
2
3333
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3.
Prestaciones

SPEC CFP2006
Entre las diferentes aplicaciones que hay, hemos querido explicar las
siguientes, debido a su importancia y coste computacional:
bwaves: simula numérica ráfagas de ondas en 3 dimensiones a
través de un fluido.
gamess: Realiza un amplio rango de operaciones de cálculo de
química cuántica.
milc: Ejecuta cálculos sobre teoría quántica y la consistencia de la
materia
zeusmp: Crea la solución de un problema físico en 3 dimensiones de
una ráfaga de ondas dentro de un campo magnético.
cactusADM: Resuelve las ecuaciones de la evolución de Einstein. Es
un conjunto de 10 parejas de ecuaciones diferenciales
parciales no lineales.
GemsFDTD: Soluciona las ecuaciones de Maxwell en 3-D en el
dominio del tiempo del método de las diferencias finitas.
Sphinx3: Programa que realiza reconocimientos de voz.
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3.
Prestaciones

SPEC CFP2006
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21
3.
Prestaciones

Fritz 11 (kilo nodos/s)
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3.
Prestaciones

Filtro Photoshop CS3 (seg.)
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3.
Prestaciones

PcMark – Memory Suite (puntos)
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3.
Prestaciones

Powerpoint a PDF (seg.)
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3.
Prestaciones

Crisis demo (fps)
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3.
Prestaciones

Sandra 2008 – Floating Point
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4.
Futuro

En septiembre de 2006 el
consejero delegado de “Intel”,
Paul Otellini, presentó un
prototipo de procesador de 80
núcleos. Esperan que para 2011
se comercialicen los primeros
modelos. En la foto, sostiene la
oblea de 300 mm con los
prototipos.

“Intel” tiene previsto implementar
la tecnología de 32 nm en 2009
y la de 22 nm en 2011.
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5.
Conclusiones

“Intel” reduce el tiempo a mercado de sus productos. Esto se
traduce en: ↓ investigación + ↓ tecnología + ↓ gastos. Opta por la
solución tecnológica fácil al principio, pasado un tiempo, la mejora:
Ej. Pentium D ––> Core 2 Duo.

A día de hoy ya ofrece un núcleo cuádruple real, que son los de la
estructura “Nehalem”, el siguiente paso será unir 2 “cores i7” para
formar uno de 8 cores antes de aplicar la nueva arquitectura
Solución + barata

Contrariamente a lo que pueda parecer, en la gran mayoría de las
aplicaciones las prestaciones de la tecnología nueva no duplican
las de la anterior. Ej. Core 2 Quad ≠ 2x Core 2 Duo.

Las aplicaciones deben estar preparadas para aprovechar al
máximo las prestaciones de las nuevas arquitecturas.
Desgraciadamente, en este sentido, el software va un paso por
detrás del hardware.
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6.

Referencias
Apuntes y documentación de la asignatura “Microprocesadores para
comunicaciones”

www.intel.com

www.spec.org

www.theinquirer.es

www.tomshardware.com

www.hothardware.com

www.wikipedia.org

techfreep.com/intel-80-cores-by-2011.htm

www.trustedreviews.com/cpu-memory/review/2007/03/30/Intel-ProcessorRoadmap-Penryn-Nehalem-and-the-Future/p3

http://www.hexus.net/content/item.php?item=6184&page=2
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