Penryn (computer)

Penryn è l'evoluzione del core Merom per i processori Intel Core 2 Duo destinati all'ambito mobile in arrivo 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, molto probabilmente si tratterebbe della prima CPU destinata all'impiego in sistemi portatili basata sulla futura architettura Nehalem.

Caratteristiche tecniche

Processo produttivo

Penryn è atteso agli inizi del 2008 utilizzando processo produttivo a 45 nm e sarà 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 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 avoltaggio 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 sarà di tipo associativo a 24 vie e di dimensioni maggiori rispetto a Merom, raggiungendo i 6 MB. Il BUS, inizialmente rimarrà 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.

Al pari di quanto fatto con il progetto Merom, anche da Penryn verranno derivate alcune versioni sviluppate per l'ambito server (Harpertown) e già si parla di CPU con BUS a 1600 MHz in grado di fornire una velocità più elevata del 45% nelle applicazioni che fanno un uso intensivo dell'ampiezza di banda, e del 25% rispetto ai server che utilizzano Java, ovviamente a confronto con l'attuale processore Xeon quad core di punta, l'X5355, basato su core Clovertown. Per l'ambito desktop invece, già si sa che il socket rimarrà l'ormai tradizionale 775.

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, faranno 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 diminuirà 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 sarà ovviamente quello a Die Monolitico, utilizzato anche nel predecessore Merom, ma verrà 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 permetterà 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 erediterà dal proprio predecessore tutte le tecnologie sviluppate fino a quel momento. Quindi vi sarà il completo supporto a MMX, SSE, SSE2, SSE3, EM64T, XD-bit, SpeedStep e Vanderpool. Per la prima volta verranno 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, verrà implementata 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.

Altri punti di forza di Penryn

Rispetto a Merom, Penryn vedrà una serie di ottimizzazioni legate a diversi ambiti della propria architettura. Tra questi si possono evidenziare i seguenti:

Nuovo Divider Radix-16: dovrebbe velocizzare applicazioni di calcolo scientifico in cui sono particolarmente frequenti elaborazione legate alle divisioni. Rispetto alle architetture Core 2 Duo è possibile processare 4 byte per ciclo di clock contro 2; dovrebbe essere migliorata anche la latenza di alcune operazioni in virgola mobile.
Operazioni di virtualizzazione migliorate: la tecnologia di virtualizzazione Vanderpool subirà un'ottimizzazione in modo da velocizzare le modalità attraverso le quali il processore passa da una macchina virtuale all'altra, con incrementi prestazionali che dovrebbero variare dal 25% al 75% a seconda del tipo di applicazioni.
Nuova tecnologia Intel Deep Power-Down: l'evoluzione delle CPU mobile mira a diminuire sempre di più l'energia dissipata affinando continuamente le tecniche di risparmio energetico in tutte quelle situazioni di utilizzo nel quale alla CPU non viene richiesta tutta la potenza elaborativa. Questa nuova tecnologia, affiancandosi alla SpeedStep, dovrebbe portare il processore nella più ridotta condizione di consumo qualora il carico di lavoro richiesto fosse prossimo allo zero.

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 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. Questo processore è caratterizzato da un moltiplicatore sbloccato, in modo da poter aumentare la velocità di clock senza interagire sul Front Side Bus.

Il primo test è stato di portare il moltiplicatore da x9 a x10. In questo modo la velocità di clock è 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 sull'FSB. 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. E' 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 dell'FSB. 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 la metà del 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. Dato che in genere Intel lancia una nuova piattaforma una volta all'anno è probabile che se i tempi di rilascio rimangano invariati, 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.

Modelli attesi sul mercato

I primi modelli attesi come aggiornamento delle piattaforme Centrino Pro e Centrino Duo Santa Rosa dovrebbero essere:

Core 2 Extreme X9000 - clock di 2,8 GHz, BUS a 800 MHz, 6 MB di cache L2, 44 W - 851 $
Core 2 Duo T9500 - clock di 2,6 GHz, BUS a 800 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W - 530 $
Core 2 Duo T9300 - clock di 2,5 GHz, BUS a 800 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W - 316 $
Core 2 Duo T8300 - clock di 2,4 GHz, BUS a 800 MHz, 3 MB di cache L2, 35 W - 241 $
Core 2 Duo T8100 - clock di 2,1 GHz, BUS a 800 MHz, 3 MB di cache L2, 35 W - 209 $

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

Nel secondo trimestre 2008 Intel presenterà soluzioni con frequenze e BUS ancora più elevati, accoppiandole alle piattaforme Centrino Pro e Centrino Duo Montevina, ma non si conoscono ancora i nomi commerciali:

Core 2 Extreme xxxx - quad core con BUS a 1066 MHz, 2x6 MB di cache L2, 45 W
Core 2 Duo xxxx - clock di 3,06 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W
Core 2 Duo xxxx - clock di 2,8 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W
Core 2 Duo xxxx - clock di 2,53 GHz, BUS a 1066 MHz, 6 MB di cache L2, 35 W
Core 2 Duo xxxx - clock di 2,53 GHz, BUS a 1066 MHz, 3 MB di cache L2, 25 W
Core 2 Duo xxxx - clock di 2,4 GHz, BUS a 1066 MHz, 3 MB di cache L2, 25 W
Core 2 Duo xxxx - clock di 2,13 GHz, BUS a 1066 MHz, 3 MB di cache L2, 25 W

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, come annunciato inizialmente, Silverthorne, ma non esistono certezze in tal senso.