P55 en de Lynnfield-cpu's

Inleiding

Binnen afzienbare tijd komt Intel met het P55-platform, dat eerder bekendstond onder de codenaam Ibex Peak. Samen met een drietal nieuwe Nehalem-processors vormt de P55-chipset Intels nieuwe mainstreamplatform. De Nehalem-architectuur deed in november 2008 al zijn intrede, toen nog alleen in de vorm van de Core i7-cpu's, die met X58-moederborden en ddr3-geheugen niet het goedkoopste platform vormden. Dit artikel zal ingaan op de nieuwe Nehalems en op de veranderingen die deze met zich meebrengen. Vooralsnog ziet het ernaar uit dat de architectuur grotendeels ongewijzigd is gebleven en daar zal de focus in onze bespreking dan ook niet op liggen. De testresultaten worden in een apart artikel gezet, dat we zeer binnenkort zullen publiceren.

De P55-chipset is bedoeld voor de nieuwe LGA1156-processors, waar Intel er in eerste instantie zoals aangegeven drie van zal uitbrengen. Dit drietal omvat één Core i5-cpu, de Core i5 750, die de langzaamste van het trio is. De andere twee - de Core i7 860 en de Core i7 870 - zijn sneller, niet alleen dankzij een hogere kloksnelheid, maar ook dankzij ondersteuning voor hyperthreading. Hoewel de architectuur van de cpu's in grote lijnen overeenkomt met die van de huidige Bloomfield-Core i7's, verschillen de nieuwe cpu's, Lynnfield genaamd, op een aantal belangrijke punten van de Bloomfields.

Lynnfield Wafer

De nieuwe cpu's

De Core i5 750, de Core i7 860 en de Core i7 870 hebben respectievelijk een kloksnelheid van 2,66GHz, 2,8GHz en 2,93GHz. De Core i5 750 moet het zoals gezegd stellen zonder hyperthreading, maar voor het overige lijkt deze veel op de Core i7-processors.

	Core i5 750	Core i7 860	Core i7 870
Kloksnelheid	2,66GHz	2,8GHz	2,93GHz
Turbomodus (1 core)	3,2GHz	3,46GHz	3,6GHz
Cores/threads	4/4	4/8	4/8
Hyperthreading	nee	ja	ja
Tdp	95W	95W	95W
Geheugencontroller	1333MHz	1333MHz	1333MHz
Prijs	Onbekend	Onbekend	Onbekend
VT-X	ja	ja	ja
VT-D	nee	ja	ja
Transistors	774 miljoen	774 miljoen	774 miljoen
Die-size	296mm²	296mm²	296mm²

Bij de specificaties valt de zogeheten turbomodus op. De processors beschikken elk over vier cores en twee daarvan kunnen met behulp van hyperthreading acht draadjes tegelijk bewerken, maar bij programma's die slechts met een enkele thread werken, kan de cpu een enkele kern die ene draad op een fors hogere kloksnelheid laten verwerken. Bij de Core i5 750 kan de multiplier met maximaal vier worden verhoogd: bij een baseclock van 133MHz is dat goed voor 533MHz. Deze klokfrequentie wordt in turbomodus dus opgeteld bij de 'normale' klokfrequentie. De Core i7-cpu's hebben een turbomodus waarbij de multiplier zelfs met vijf verhoogd kan worden, goed voor een boost van 667MHz. Afhankelijk van de situatie kan de multiplier ook bij twee kernen tegelijk worden verhoogd, al kan de multiplier dan maar met twee verhoogd worden. Dat betekent nog altijd een verhoging van de kloksnelheid met 266MHz.

De kloksnelheid van de cpu is gelijk aan de multiplier maal de base clock, kortweg de bclk. Deze bclk bepaalt echter ook de geheugensnelheid en de zogeheten uncore-snelheid. Zo zullen een bclk van 133MHz en een multiplier van 10 zorgen voor een geheugensnelheid van 1333MHz. De uncore-snelheid, die onder meer de snelheid van de cache- en geheugencontrollers van de cpu bepaalt, is afhankelijk van de geheugensnelheid en indirect dus ook van de bclk. Als het geheugen bijvoorbeeld op 2GHz draait, zal de uncore minimaal een snelheid van 3GHz hebben. Bij de Lynnfield-cpu's is de multiplier voor de uncore tevens vastgezet, in tegenstelling tot die van de Extreme Editions in de Core i7 900-serie van cpu's. De invloed hiervan op de prestaties van de cpu's zal echter in de meeste gevallen verwaarloosbaar zijn.

Net als de Bloomfield-cpu's worden de Lynnfield-cpu's op Intels 45nm-procedé gebakken, waarbij gebruik wordt gemaakt van high-k metal gate-technologie, die ontworpen is om lekstromen tegen te gaan. De Lynnfield-cpu's hebben meer transistors en zijn groter dan de Bloomfield-cpu's, die een die size van 263mm² en een transistorcount van 731 miljoen hebben. Op de volgende pagina zal duidelijk worden waar de toename in transistors en die size vandaan komt.

Ondanks de toename van het aantal transistors zouden de cpu's aanzienlijk minder verbruiken dan de huidige Core i7-cpu's, die een tdp van 130W hebben. Het totaalpakket, inclusief moederbord, zal waarschijnlijk nog zuiniger zijn, omdat er een chip minder nodig is. Zodra de benchmarks vrijgegeven mogen worden, zal blijken of de cpu's echt zo zuinig zijn en of dat het prijsverschil met de Core i7 920-cpu's of vergelijkbare AMD-processors rechtvaardigt.

Bloomfield / Lynnfield

Northbridge-functies naar de cpu

De opvallendste veranderingen in de Nehalem-architectuur ten opzichte van de Conroes zijn de introductie van Quick Path Interconnect en de verplaatsing van de geheugencontroller van de northbridge naar de cpu. QPI zorgt voor een immense bandbreedte van 25,6GB/s om de cpu met data te voeden. Bovendien hoeft daar ook geen dataverkeer van het geheugen meer overheen. Voor de introductie van QPI liep het dataverkeer tussen het geheugen en de cpu nog van de geheugencontroller op de northbridge via de fsb naar de cpu, maar met de integratie van de geheugencontroller op de cpu konden de Nehalem-cpu's voortaan rechtstreeks met het geheugen communiceren. QPI faciliteert dus de nodige communicatie tussen onder andere de cpu met de Input Output Hub oftewel IOH, waaraan onder meer de pci-e lanes zijn gekoppeld. QPI biedt echter met name uitkomst voor de communicatie tussen meerdere processors op hetzelfde moederbord, bijvoorbeeld in serversystemen.

Lynnfield Die Layout

QPI biedt dus duidelijk voordelen, maar op de foto valt te zien dat Intel bij de Lynnfield-cpu's toch weer van de Quick Path Interconnect is afgestapt. De reden daarvoor is dat socket LGA1156 bedoeld is als mainstream-platform. De QPI is met name van belang voor communicatie tussen meerdere cpu's en voor zover Intel al Xeon-varianten van Lynnfield-cpu's uit gaat brengen, dan gaat het waarschijnlijk om single- en dual-socket-systemen. Verder kon Intel de QPI achterwege laten omdat behalve de geheugencontroller ook de pci-e controller zijn weg naar de cpu-die heeft gevonden. Zoals gezegd zorgt de QPI op X58-moederborden met daarin een Core i7-cpu voor de verbinding tussen de cpu, en de IOH en de daarop aangesloten pci-e-lanes, die per lane 1GB/s aan data kunnen versturen. Aangezien de Lynnfield-cpu's een PCI Express Bus hebben om direct met de pci-e-slots te communiceren, is er geen noodzaak meer voor de enorme bandbreedte waarin QPI kan voorzien. De PCI Express Bus zorgt echter wel voor een flinke toename van het aantal transistors.

In plaats van een QPI heeft Intel nu gekozen voor de Direct Media Interface, met een bandbreedte van nog altijd 2,0GB/s, die de cpu verbindt met de Platform Controller Hub. De PCH vervangt de ICH10, bekend van de X58-chipset, en voorziet in onder andere zes pci-e x1-slots, zes sata-300-poorten, veertien usb 2.0-poorten en een geluidschip. Behalve zonder QPI en IOH-chip moeten de Lynnfield-cpu's het ook doen met een geheugencontroller minder. In plaats van een triplechannel-geheugencontroller heeft de cpu dus een dualchannel-geheugencontroller. De geheugencontroller kan alleen overweg met ddr3-geheugen.

Chipset Blokdiagram

Uit het plaatje valt af te leiden dat de cpu slechts met 16 pci-e lanes verbonden kan worden. Dat houdt in dat er bijvoorbeeld één videokaart in een pci-e x16-slot kan worden gestoken, die dan de beschikking over de volledige bandbreedte heeft. Intel biedt echter ook de mogelijkheid om de 16 lanes op te splitsen in twee keer 8 lanes, om zodoende twee videokaarten in een pci-e 16x-slot te steken, die dan beide in x8-modus werken. Alle moederborden met twee pci-e x16-slots zullen CrossFireX ondersteunen en, afhankelijk van de fabrikant en of die een licentie koopt bij Nvidia, behoort ook sli tot de mogelijkheden.

P55-moederborden

De prijzen van de Lynnfield-cpu's lijken niet veel lager te liggen dan die van de Bloomfield Core i7-cpu's, en een deel van het prijsvoordeel moet dan ook liggen in de lagere prijs van de moederborden. Ter illustratie tonen we een moederbord van Asus, waarvan de goedkoopste variant op dit moment al voor net geen 130 euro in de Pricewatch is te vinden. De verwachting is echter dat de meest uitgeklede borden voor nog geen 100 euro over de toonbank zullen gaan.

De grootste veranderingen op het moederbord zijn het nieuwe socket en het verdwijnen van de IOH en de ICH, die nu respectievelijk overbodig en vervangen zijn. In de plaats van de ICH zit er nu de zogeheten PCH op het moederbord. Door het ontbreken van de northbridge zou een P55-moederbord goedkoper moeten zijn dan een moederbord met een X58-chipset. De cpu's hebben verder een lagere tdp, en door het ontbreken van de northbridge zou het platform als geheel ook zuiniger moeten zijn. Verder onderging het socket een kleine verandering die meer functioneel van aard is: het socket moet nu geheel opgetild worden om de cpu erin te kunnen plaatsen.

De tot nog toe getoonde moederborden zijn vrij rechttoe, rechtaan. Er kunnen maximaal twee videokaarten in sli of CrossfireX worden gedraaid, maar hiermee kan het overgote deel van de markt bediend worden. Met de toevoeging van een NF200-chip zou tri-sli mogelijk kunnen zijn, maar het aantal pci-e lanes dat de cpu kan aansturen kan nooit boven de 16 liggen. De sli-licentie die bij Nvidia afgesloten kan worden, is opzienbarend omdat nog niet duidelijk is of Nvidia zelf chipsets voor de Lynnfield-cpu's mag produceren. Deze fabrikant zegt al wel bezig te zijn met DMI-chipsets en de verwachting is dan ook dat Nvidia over een half jaar zijn eerste chipset voor socket LGA1156-cpu's zal introduceren. Intel heeft echter eerder gezegd dat gebruik van DMI niet onder de licentie-overeenkomsten met Nvidia vallen en de zaak ligt nog bij de rechter.

Tot nu toe is de term igp nog niet gevallen, en dat heeft een reden: de P55-chipset moet het zonder igp stellen. Vooralsnog lijkt het erop dat Intel geen enkele chipset van een igp gaat voorzien. Begin 2010 zou Intel namelijk met nieuwe chipsets komen die gebruik kunnen maken van de igp op de Clarkdale-cpu's.

Hoe de nieuwe cpu's presteren en wat de invloed is van de veranderingen wat betreft de chipset, moet blijken uit de P55-benchmarks die bij ons gedraaid werden. Deze zijn te vinden in een vervolgartikel, dat Tweakers.net zeer binnenkort zal publiceren.