Penryn (computer)

Penryn è l'evoluzione del core Merom per i processori Intel Core 2 Duo destinati all'ambito mobile arrivato il 6 gennaio 2008, e costituisce un anello di congiunzione tra l'architettura Core dei Core 2 Duo Merom e la futura Nehalem, vera rivoluzione rispetto all'architettura standard dei processori odierni. Penryn non è quindi da considerarsi completamente un nuovo processore perché segue concettualmente la stessa architettura di Merom.

Penryn dopo Merom: dov'è finito Gilo?

Inizialmente era previsto che il successore di Merom fosse Gilo ma poi, per diverso tempo non si è più sentito parlare di questo progetto da parte di Intel, e non è quindi dato sapere se il suo sviluppo continui da parte dell'azienda oppure sia stato interrotto; alcune fonti di ottobre 2006 lo identificavano come un processore in arrivo dopo il 2008, quindi è molto probabile che il nome del progetto originario, probabilmente interrotto, sia stato riutilizzato da Intel per identificarne uno nuovo. Se così fosse, potrebbe trattarsi di una CPU destinata all'impiego in sistemi portatili basata sulla futura architettura Nehalem.

Caratteristiche tecniche

Processo produttivo

Penryn appartiene alla seconda generazione di processori basati sull'architettura "Core" ed è realizzato utilizzando processo produttivo a 45 nm, ma rimanendo ancora una CPU dual core. Grazie anche al nuovo processo produttivo, che consente anche un voltaggio di alimentazione inferiore, Penryn abbasserà considerevolmente il consumo massimo (probabilmente quando usciranno le versioni destinate alla nuova evoluzione della piattaforma Centrino), forse a 29 W (o addirittua 25 W), rispetto ai 35 W di picco dei processori Merom e aumentare il clock di funzionamento; per quanto riguarda i consumi si tratterebbe di valori paragonabili a quelli che Intel otteneva con i Pentium M Banias e Dothan, i capostipiti della famiglia pensata per l'ambito mobile e precursori degli attuali Core 2 Duo, che però erano single core e funzionanti a clock decisamente più bassi, oppure con le versioni a voltaggio ridotto LV (Low Voltage) e ULV (Ultra Low Voltage) dell'ultima generazione, che però offrono una potenza elaborativa sensibilmente inferiore a quella fornita dai processori a voltaggio standard.

La cache L2 è di tipo associativo a 24 vie e di dimensioni maggiori rispetto a Merom, raggiungendo i 6 MB. Il BUS, inizialmente rimane quello a 800 MHz introdotto con le ultime evoluzioni di Merom ma, successivamente, arriverà fino a 1066 MHz, ma rimarrà invariato il socket in cui verrà alloggiato, vale a dire il Socket P introdotto con le ultime evoluzioni del predecessore di Penryn.

Il nuovo quantitativo di cache L2 e le altre migliorie introdotte nell'architettura Core grazie a tutta la nuova famiglia di CPU a 45 nm, hanno fatto aumentare di circa il 33% il numero di transistor di Penryn rispetto a Merom, portandolo da 291 milioni a ben 410 milioni, ma grazie al nuovo processo produttivo, la superficie totale è diminuita del 25% passando da 143 mm² a soli 107 mm², consentendo quindi di migliorare ulteriormente la resa produttiva.

Penryn anche a 4 core?

Al momento è previsto che nel terzo trimestre 2008 possano venire presentate anche versioni di Penryn prodotte a 4 core, secondo l'approccio a Die Doppio già utilizzato da Intel per gli altri prodotti a 4 core. Quasi certamente queste versioni, indicate anche con il nome "Penryn QC" (dove QC starebbe per "quad core"), faranno parte della famiglia Core 2 Extreme destinati alla fascia più alta del mercato, ma si tratta comunque di un traguardo storico, in quanto saranno le prime CPU a 4 core impiegabili in ambito mobile, grazie anche al consumo massimo che non dovrebbe superare i 45 W. Le altre caratteristiche dovrebbero essere cache L2 da 12 MB e BUS a 1066 MHz.

Nuove tecniche per produrre CPU a 45 nm

L'approccio produttivo per produrre le CPU Penryn è ovviamente quello a Die Monolitico, utilizzato anche nel predecessore Merom, ma viene impiegata una nuova tecnica di produzione che prevede l'adozione di "high-k dielectrics" (strati dielettrici, quindi isolanti, ad alta costante k, ovvero "maggiormente isolanti") e "metal gate transistors" (transistor con terminale di "gate" metallizzato) a base di afnio. Stando a quanto dichiarato da Intel, questo permette di ridurre di circa il 30% la potenza richiesta per la commutazione on/off dei transistor, aumentando l'efficienza con un incremento del 20% della corrente, che si rispecchia direttamente in un aumento del 20% delle prestazioni.

Sfruttamento della cache L2

Nei processori dual core e multi core si pone il problema di come sfruttare la grande dotazione di cache L2 e come gestirne l'accesso da parte dei vari core. I diversi approcci di costruzione cui si è accennato poco sopra, comportano pro e contro relativamente ai metodi di fruizione di questa preziosa memoria aggiuntiva. Buona parte di questi aspetti è evidenziata nella voce Dual core (gestione della cache), in cui si fa riferimento anche ad altri processori che sfruttano i differenti approcci.

Tecnologie implementate

Come ormai abitudine per i chip Intel, anche Penryn eredita dal proprio predecessore tutte le tecnologie sviluppate nel corso degli anni. Quindi vi si trova il completo supporto a MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T, XD-bit, SpeedStep e Vanderpool. Per la prima volta vengono implementate anche le nuove istruzioni SSE4 che dovrebbero migliorare le prestazioni velocistiche con varie applicazioni multimediali e di grafica 3D. Più precisamente sono state implementate solo 47 delle 54 istruzioni previste dal set SSE4 vero e proprio e per questo motivo Intel indica le nuove istruzioni inserite nelle evoluzioni a 45 nm dell'architettura Core, come SSE4.1 (dove .1 indica la prima versione); l'intero set delle istruzioni, indicato come SSE4.2 verrà incorporato solo nella futura architettura Nehalem, successiva alla Core.

Al pari di quanto fatto nelle versioni di Merom introdotte con le piattaforme Centrino Pro e Centrino Duo Santa Rosa, è stata implementata anche la tecnologia Intel Dynamic Acceleration, che permette di portare un core a operare a frequenza superiore a quella di default quando vengono utilizzate applicazioni che non beneficiano dell'elevato parallelismo che un processore multi core può fornire. In questo modo, se un'applicazione tende ad utilizzare un solo core lasciando gli altri inattivi, si ha un aumento dinamico della frequenza del core impegnato in modo da poter garantire il massimo di prestazioni anche con questo tipo di applicazioni; l'inattività degli altri core consente quindi di compensare i maggiori consumi che derivano dall'aumento della frequenza, mantenendo i parametri di dissipazione termica dentro i limiti prestabiliti.

Primi test

A novembre 2006 Intel aveva dichiarato che il tape out (ovvero la produzione del primo esemplare "fisico" funzionante di una CPU) di Penryn era già stato completato, mentre a gennaio 2007, il processore è stato poi testato preliminarmente, completando senza problemi il boot di 4 differenti sistemi operativi: Windows Vista, Windows XP, Linux e Mac OS X.

Ad aprile 2007 Intel ha messo a confronto un processore quad core Core 2 Extreme QX6800 (basato su core Kentsfield e funzionante a 2,93 GHz, con BUS a 1066 MHz e 8 MB di cache L2) con 2 versioni di processore Penryn a 3,33 GHz e BUS a 1333 MHz. Le differenze tra le 2 versioni consistevano nel fatto che una era una CPU dual core con 6 MB di cache L2, mentre l'altra era una versione quad core con 12 MB di cache L2: la versione top di gamma di Penryn è risultata più veloce del 15% nell'elaborazione delle immagini, il 25% più veloce nelle applicazioni di rendering 3D, più del 40% nell'esecuzione di videogiochi e oltre il 40% nella codifica video ottimizzata con il nuovo insieme di istruzioni SSE4.

Test di overclock

Già dai primi test il core Penryn ha manifestato capacità da record nell'ambito dell'overclock. Il modello utilizzato era caratterizzato da un moltiplicatore sbloccato, apparteneva quindi alla famiglia dei Core 2 Extreme, ed era quindi possibile aumentare la velocità di clock senza interagire sul BUS.

Il primo test è stato quello di portare il moltiplicatore da 9x a 10x. In questo modo la velocità di clock era aumentata da 3 GHz di base a 3,335 GHz senza aumentare la tensione del core.
Per il secondo test è stato necessario un minimo incremento del voltaggio del core portandola da 1,25 a 1,29375 V. Questo test ha permesso di portare la frequenza fino a 3,66 GHz con un minimo innalzamento di voltaggio.
Il terzo test ha permesso di raggiungere la frequenza di clock fino a 3,88 GHz. Tuttavia è stato necessario intervenire sul BUS. Inoltre è stato dovuto incrementare ulteriormente la tensione del core, stavolta di 0,0975 V, arrivando quindi a 1,3375 V.
Per raggiungere la frequenza di 4 GHz si è reso necessario un ulteriore aumento del voltaggio del core facendolo arrivare a 1,4375 V. A questa tensione però le CPU a 45 nm, come questa, si possono danneggiare irrimediabilmente se si decide di mantenere a lungo termine frequenza così alte soprattutto a causa del fenomeno dell'elettromigrazione.
Tutti questi test erano eseguiti con un sistema di dissipazione ad aria. È stato provato anche il più efficiente sistema ad azoto liquido raggiungendo così la frequenza di 5,6 GHz; per questo test è stato necessario aumentare la frequenza del BUS. Sempre con l'azoto liquido è stata raggiunta la frequenza di 6,2 GHz, battendo ogni record di overclock tra le CPU del settore dei Personal Computer.

Evoluzione della piattaforma Centrino Pro

Così come il predecessore Merom, che è alla base delle piattaforme Centrino Pro e Centrino Duo Santa Rosa, così anche Penryn, sarà alla base delle nuove versioni delle 2 piattaforme, identificate con il nome in codice di Montevina attese per maggio 2008. Alla base di Montevina si trovano infatti il processore Penryn, il chipset Cantiga, e la scheda wi-fi Shiloh (o Echo Peak in alcune versioni). La piattaforma Santa Rosa è stata presentata da Intel agli inizi del 2007, ma già a metà 2006 era stato presentato il suo processore Merom, come CPU di transizione sui portatili basati sulla piattaforma precedente, Napa. Penryn svolgerà un azione analoga, fungendo prima da transizione sulle piattaforme Santa Rosa, per poi trovare la propria collocazione definitiva, con la piattaforma Montevina.

Progetti derivati

Oltre a Penryn, si parla anche di un suo contemporaneo, Perryville, identificato come una sorta di "fratello minore" in quanto sarà molto probabilmente una versione single core di Penryn, in maniera analoga a quanto fatto da Intel nel corso del 2006 con i processori Core Duo e Core Solo Yonah.

Prezzi dei vari modelli al lancio

I primi modelli arrivati sul mercato come aggiornamento delle piattaforme Centrino Pro e Centrino Duo Santa Rosa al momento del lancio hanno i seguenti prezzi:

Core 2 Extreme X9000 - 851 $
Core 2 Duo T9500 - 530 $
Core 2 Duo T9300 - 316 $
Core 2 Duo T8300 - 241 $
Core 2 Duo T8100 - 209 $

Il clock e il BUS della versione "Extreme" sono gli stessi del modello Core 2 Extreme X7900 (basato però su core Merom a 65 nm).

Nuove serie di processori mobile con Montevina

A maggio 2008 Intel presenterà soluzioni con frequenze e BUS ancora più elevati, accoppiandole alle piattaforme Centrino Pro e Centrino Duo Montevina, ma sembra che il produttore abbia intenzione di introdurre anche processori appartenenti a due serie inedite oltre a quelle ormai storiche; di conseguenza i futuri modelli dovrebbero essere suddivisi non più in 3 fasce, ma in 5 fasce.

Le nuove serie sarebbero indicate come Pxxxx e Sxxxx: la serie Pxxxx sarà semplicemente caratterizzata da un diverso livello di consumo massimo, e verrà quindi collocata tra le attuali serie T ed L (in sostanza la precedente serie T è stata frazionata in 2 serie, una chiamata ancora T e l'altra P). La seconda serie invece, la Sxxxx, sarà specificatamente dedicata all'integrazione in notebook di piccole dimensioni e negli "small form factor PC" e comprenderà a sua volta 3 sottovarianti (SP, SL e SU) analoghe nei consumi rispettivamente alle serie P, L e U, già note per sistemi mobile tradizionali.

Di seguito le varie serie che dovrebbero essere presentate e la loro correlazione con il consumo massimo delle CPU:

Serie QX - Segmento Extreme Mobile o desktop quad-core - consumo sopra i 40 W
Serie X - Segmento Extreme Mobile o desktop dual-core - consumo sopra i 40 W
Serie T - Segmento Mobile high-performance - consumo compreso tra 30 W e 39 W
Serie P - Segmento Mobile power-optimized energy-efficient high-performance - consumo compreso tra 20 W e 29 W
Serie L - Segmento Mobile high energy efficient - consumo compreso tra 12 W e 19 W
Serie U - Segmento Mobile ultra-high energy efficient - consumo inferiore o uguale a 11,9 W
Serie S (Caratterizzata da dimensioni ridotte a 22 mm²)
- Serie SP - Segmento Mobile power-optimized energy-efficient high-performance - consumo compreso tra 20 W e 29 W
- Serie SL - Segmento Mobile high energy efficient - consumo compreso tra 12 W e 19 W
- Serie SU - Segmento Mobile ultra-high energy efficient - consumo inferiore o uguale a 11,9 W

A gennaio 2008, durante l'annuale evento MacWorld in cui Apple presenta i nuovi prodotti della casa, è stato presentato un nuovo modello di MacBook denominato Air, la sua particolarità risiede nelle dimensioni estremamente compatte. Non è stato annunciato ufficialmente, ma da una dichiarazione di Steve Jobs in merito alle particolari versioni di Core 2 Duo Penryn integrate in tale prodotto, è ipotizzabile che si tratti proprio di queste particolari modelli appartenenti alla serie S.

«Abbiamo chiesto a Intel di rimpicciolire per noi i loro Core 2 Duo. L'hanno fatto, e del 60%!»

Modelli ancora attesi sul mercato

Le varie versioni di Penryn che verranno abbinate ai portatili basati sulla futura piattaforma Montevina dovrebbero essere le seguenti:

Core 2 Extreme QX9300 - quad core, BUS a 1066 MHz, 2x6 MB di cache L2, 45 W - quarto trimestre 2008
Core 2 Extreme X9100 - clock di 3,06 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 44 W
Core 2 Duo T9600 - clock di 2,8 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W
Core 2 Duo T9400 - clock di 2,53 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W
Core 2 Duo P9500 - clock di 2,53 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 25 W
Core 2 Duo P8600 - clock di 2,4 GHz, BUS a 1066 MHz, 3 MB di cache L2, 25 W
Core 2 Duo P8400 - clock di 2,26 GHz, BUS a 1066 MHz, 3 MB di cache L2, 25 W

Come accennato sopra, verranno resi disponibili anche alcuni particolari modelli espressamente sviluppati per l'integrazione in sistemi di ridotte dimensioni, grazie al fatto che le CPU (non il solo core, ma l'intero package) avranno area pari a 22 mm², contro quella di 35 mm² delle soluzioni tradizionali, e dovrebbero essere i seguenti:

Core 2 Duo SP9400 - clock di 2,4 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 25 W
Core 2 Duo SP9300 - clock di 2,26 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 25 W
Core 2 Duo SL9400 - clock di 1,86 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 17 W
Core 2 Duo SL9300 - clock di 1,6 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 17 W
Core 2 Duo SU9400 - clock di 1,4 GHz, BUS a 800 MHz, 3 MB di cache L2, 10 W
Core 2 Duo SU9300 - clock di 1,2 GHz, BUS a 800 MHz, 3 MB di cache L2, 10 W
Core 2 Duo U3300 - clock di 1,2 GHz, BUS a 800 MHz, 3 MB di cache L2, 5,5 W
Celeron 723 - clock di 1,2 GHz, BUS a 800 MHz, 1 MB di cache L2, 10 W

Modelli arrivati sul mercato

La tabella seguente mostra i modelli di Core 2 Duo e Core 2 Extreme, basati su core Penryn, arrivati sul mercato. Molti di questi condividono caratteristiche comuni pur essendo basati su diversi core; per questo motivo, allo scopo di rendere maggiormente evidente tali affinità e "alleggerire" la visualizzazione alcune colonne mostrano un valore comune a più righe. Di seguito anche una legenda dei termini (alcuni abbreviati) usati per l'intestazione delle colonne:

Nome Commerciale: si intende il nome con cui è stato immesso in commercio quel particolare esemplare.
Data: si intende la data di immissione sul mercato di quel particolare esemplare.
Socket: lo zoccolo della scheda madre in cui viene inserito il processore. In questo caso il numero rappresenta oltre al nome anche il numero dei pin di contatto.
N°Core: si intende il numero di core montati sul package: 1 se "single core" o 2 se "dual core".
Clock: la frequenza di funzionamento del processore.
Molt.: sta per "Moltiplicatore" ovvero il fattore di moltiplicazione per il quale bisogna moltiplicare la frequenza di bus per ottenere la frequenza del processore.
Pr.Prod.: sta per "Processo produttivo" e indica tipicamente la dimensione dei gate dei transistors (180 nm, 130 nm, 90 nm) e il numero di transistor integrati nel processore espresso in milioni.
Voltag.: sta per "Voltaggio" e indica la tensione di alimentazione del processore.
Watt: si intende il consumo massimo di quel particolare esemplare.
Bus: frequenza del bus di sistema.
Cache: dimensione delle cache di 1° e 2° livello.
XD: sta per "XD-bit" e indica l'implementazione della tecnologia di sicurezza che evita l'esecuzione di codice malevolo sul computer.
64: sta per "EM64T" e indica l'implementazione della tecnologia a 64 bit di Intel.
HT: sta per "Hyper-Threading" e indica l'implementazione della esclusiva tecnologia Intel che consente al sistema operativo di vedere 2 core logici.
ST: sta per "SpeedStep Tecnology" ovvero la tecnologia di risparmio energetico sviluppata da Intel e inserita negli ultimi Pentium 4 Prescott serie 6xx per contenere il consumo massimo.
VT: sta per "Vanderpool Tecnology", la tecnologia di virtualizzazione che rende possibile l'esecuzione simultanea di più sistemi operativi differenti contemporaneamente.

Nome Commerciale	Data	Socket	N°Core	Clock	Molt.	Pr.Prod.	Voltag.	Watt	Bus	Cache	XD	64	HT	ST	VT
Core 2 Duo T8100	6/gen/2008	P	2	2,1 GHz	10,5x	45 nm	N.A.	35 W	800 MHz	L1=2x64KB L2=3MB	Sì	Sì	No	Sì	Sì
Core 2 Duo T8300				2,4 GHz	12x	45 nm				L1=2x64KB L2=3MB
Core 2 Duo T9300				2,5 GHz	12,5x	45 nm 410 mil.				L1=2x64KB L2=6MB
Core 2 Duo T9500				2,6 GHz	13x
Core 2 Extreme X9000				2,8 GHz	14x			44 W

Nota: la tabella soprastante è un estratto di quelle complete contenute nelle pagine del Core 2 Duo e del Core 2 Extreme.

Il successore

Le notizie sul successore di Penryn sono ancora molto scarse, quasi certamente comunque si tratterà del primo core basato sulla futura architettura Nehalem (secondo l'approccio descritto in questa voce Intel (approccio ciclo evolutivo cpu)). Alla luce delle ultime notizie in tal senso, tale core potrebbe essere Gilo oppure, più probabilmente, Auburndale.