Woodcrest zuinig hart bladeserver

Core-technologie moet Intel slagkracht geven

De onlangs gelanceerde reeks Xeon 5100 serverprocessoren van Intel is aanzienlijk zuiniger en sneller dan zijn voorganger. De Woodcrest-chip is gebaseerd op de nieuwe Core-microarchitectuur, die Intel nieuwe slagkracht moet geven.

De Woodcrest-blauwdruk is de eerste van een serie serverprocessoren met een processoropbouw die bepaalt hoe de tientallen functionele blokken in logica zijn samengesteld en onderling communiceren. Tot nu toe gebruikte Intel de NetBurst-microarchitectuur voor Pentium4 en Xeon, bedoeld voor desktops en servers. Die worden dit jaar vervangen door de Core-microarchitectuur. Woodcrest is de eerste serverprocessor uit de reeks. De processoren voor desktop en laptop met de Core-blauwdruk hebben de codenaam Conroe en Merom gekregen.

Core is een geslaagde nieuwe uitvoering van het Pentium4- en Xeon-processorontwerp. Core doet energiezuinigheid en prestaties van de bestaande Net Burst- en Banias-microarchitecturen verbleken. Intel bewerkstelligt deze verbetering bij een gelijk gebleven of zelfs lagere kloksnelheid. De lagere energieconsumptie maakt de nieuwe Xeon 5100 geschikt voor toepassing in bladeservers.

nadruk op effieciëntie

De basis van Core is gelegd in het in Israël gevestigde Intel Design Centre, met Jack Doweck als ‘lead architect’. Israël had binnen Intel zijn reputatie al gevestigd met de ontwikkeling van de energiezuinige Banias-processor, die het goed deed in de eerste serie Centrino-notebooks. Het ontwerp van de Core-architectuur wijkt flink af van het gangbare concept doordat bij de oudere processoren het verhogen van de kloksnelheid de grootste factor was bij het versnellen van chips. Core is gemaakt toen de industrie onderkende dat een hogere kloksnelheid niet langer kosteneffectief en energie-efficiënt is om tot hogere prestaties te komen.

Doweck rekent voor dat het verhogen van de kloksnelheid met 20 procent momenteel weliswaar 13 procent meer prestaties geeft, maar het energieverbruik met 73 procent groeit. Daarom lag bij Core de nadruk op de efficiëntie van de interne microarchitectuur.

Bij het herzien van de Pentium4- en Xeon-architectuur kreeg het Core-team vrij spel om de x86-processorreeks van de grond af aan opnieuw op te bouwen. Een van de randvoorwaarden was dat de nieuwe chip zonder hardwaremodificaties in bestaande hardware moest passen; pincompatibiliteit. Hij moest ook op softwarevlak volledig compatibel zijn met de bestaande Pentium4’s en Xeons. Voor de eindgebruiker verandert er dan ogenschijnlijk niets. Het ontwerpteam had de opdracht de microarchitectuur en cache(omvang) te herzien.

Doorstroom

Een aantal aandachtspunten stond direct hoog genoteerd. Voorop stond verbetering van de gehele interne doorstroom om tot hogere prestaties te komen. Belangrijk is dat eerdere ervaring met het energiezuinig maken op een hoger niveau is toegepast. De combinatie van vele verbeteringen leidt tot het eindresultaat.

Net als in de Banias worden bij Core setjes instructies die in de praktijk vaak opeenvolgend worden toegepast intern gebundeld tot één interne instructie. Dat geeft een eerste versnelling. Verder is de interne opbouw geheel herzien om in elke verwerkingsfase vier opdrachten gelijktijdig te kunnen uitvoeren. Met deze interne afstemming van de uitvoerketen kan de processor als geheel dat verwerkingsniveau echt halen. Tot nu toe kon NetBurst parallelle verwerking van twee tot drie instructies halen.

Ook de cachearchitectuur is herzien. Er is één cache voor alle kernen in plaats van een cache bij elke kern. Bij een dual- of multicore processor kan de enkelvoudige cache nu beter anticiperen op de aard van en de wisselingen in werklast op de verschillende kernen. Verder is veel denkwerk gegaan in het terugdringen van energieconsumptie. Dat is gerealiseerd door de logica op plekken op de processorplattegrond waar niet wordt gewerkt uit te schakelen.

Een stap verder

Met de Core-microarchitectuur is Intel nog een stap verder gegaan. Ook in actieve componenten is specifieke logica toegevoegd om de energieconsumptie terug te dringen. Inzet is hier dat bijvoorbeeld brede, actieve communicatiekanalen worden gehalveerd als de werklast dat toestaat. Dat kan straffeloos als de energievretende volle breedte niet noodzakelijk is. Op een hoger niveau staat de Core-architectuur toe dat een hele processorkern spanningsloos wordt gemaakt, met als resultaat dat de overgebleven actieve kern efficiënter de lichte werklast verwerkt. Veel meer dan NetBurst is Core gemaakt om niet alleen bij zware belasting goed te presteren, maar ook bij een mindere werklast efficiënt te werken.