PROCESADORES INTEL PARA LAPTOPS

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1 UNIVERSIDAD Universidad DE LAS de Las PALMAS Palmas DE de GRAN Gran CANARIA Canaria ULPGC Ingeniería de Telecomunicación ULPGC Microprocesadores para Comunicaciones PROCESADORES INTEL PARA LAPTOPS Alba Díaz León

2 Índice 1 Introducción Arquitecturas utilizadas P6 microarchitecture NetBurst microarchitecture Core microarchitecture Nehalem microarchitecture Juego de instrucciones SSE Técnicas de reducción de consumo SpeedStep Turbo Boost Otras técnicas de mejora de prestaciones Intel Hyper-Threading Intel Virtualization Technology (VT-x) Intel Pentium M Pentium M Comparativa de Pentium M Mobile Intel Pentium Mobile Intel Pentium 4 518, 532, Mobile Intel Pentium 4-M Mobile Intel Celeron Celeron basados en Pentium M Core-based Mobile Celerons Intel Core Basados en Pentium M mejorado Intel Core Duo Intel Core Solo Basados en 64-bits Core microarchitecture Core 2 Solo Core 2 Duo Core 2 Quad Core 2 Extreme

3 4.3 Nehalem microarchitecture based Core i Core i Core i Core vpro Apple se rinde ante Intel NetBooks: Intel Atom Enlaces

4 1 Introducción Para entrar en materia de forma ligera, propongo que nos paremos a pensar en los habituales términos desktop y laptop. Ambos provenientes del inglés, desk-top significaría "sobre el escritorio" mientras que lap-top se traduciría por "sobre los muslos". En un alarde de originalidad, estas son las palabras más internacionales para referirse a los ordenadores de sobremesa y a los portátiles, respectivamente. El auge de los ordenadores personales revolucionó el mundo de la electrónica en general y el de los procesadores en particular. Poco después, en nuestro afán por lograr siempre la máxima comodidad, surgieron los PC portables, es decir, los portátiles. Desde su aparición y hasta la actualidad hemos sido testigos unos de forma más consciente que otros- de una imparable carrera hacia la mejora de prestaciones con un bajo nivel de consumo, pues como en todo dispositivo portable uno de los objetivos principales es la independencia. Aumentar la velocidad de trabajo y la potencia de cómputo, salvaguardando todo lo posible la duración de nuestra batería, son las metas que se han puesto los principales fabricantes del mercado. En nuestro caso nos centraremos en la compañía Intel Corporation, hoy en día una de las principales desarrolladoras de procesadores en este ámbito junto con AMD. Realizaremos un breve pero intenso recorrido por los procesadores que han lanzado al mercado especialmente orientados para laptops. 1.1 Arquitecturas utilizadas Las arquitecturas con las que se implementan los procesadores enumerados en este trabajo son de tipo Harvard, es decir, utilizan distinta caché L1 para datos e instrucciones. Todas son, también, arquitecturas segmentadas, aunque la profundidad no sea la misma. Respecto al datapath, presentan más múltiples unidades funcionales, es decir, son superescalares y además multiple-issue. También comparten todas la predicción de salto, aunque mejorada a medida que se desarrollaban los modelos. Lo que no es característica común es el soporte para tecnología multithreading, que no llegó a implementarse para laptops hasta los Intel Core i5. A continuación se comentan las más importantes por orden de desarrollo P6 microarchitecture Este núcleo forma parte de la familia x86 de Intel, implementándose por primera vez en el Pentium Pro en Sus principales características son: Ejecución especulativa y finalización fuera de orden de las instrucciones. Aunque precisó de nuevas unidades en el proceso de ejecución, permitió una disminución de paradas del pipeline y un mejor escalado de la frecuencia de trabajo en Pentium Pro y sucesivos procesadores. Supersegmentación, aumentando las etapas a 14 en el Pentium Pro, 10 en el Pentium III o las 12 del Pentium M. PAE (Physical Address Extension) y bus de direcciones de 36 bits, soportando 64 GB de memoria física. Esto permitió aumentar 16 veces el tamaño del espacio de direcciones (hasta entonces de 4 GB). Técnicas de register renaming, permitiendo mayor eficiencia en la ejecución de múltiples instrucciones. 3

5 La arquitectura P6 presenta bajo consumo, altas prestaciones en operaciones con enteros y un índice relativamente alto de IPC. Cuando se buscaban procesadores orientados a su uso en laptop, Intel decidió rescatar su ya existente P6 (muy superior a la NetBurst en prestaciones para este tipo de aplicaciones) mejorando algunas características de su juego de instrucciones y su Datapath. Este proceso desembocó en la línea de procesadores Pentium M, basados en una arquitectura P6 modificada. Las mejoras de diseño fueron las siguientes: Aumento de la velocidad del FSB de los 400 MHz del Pentium 4 a los 533 MHz que utiliza el Pentium M Dothan. Aumento del tamaño de la caché L2. Además se implementó un sistema de activación dinámica de caché por cuadrantes para estados idle. Soporte para el juego de instrucciones SSE2 (ver 1.2). Como ya se dijo, profundización de la segmentación aumentándolas hasta las etapas. Gestión dedicada de registro de pila. Mejora de la predicción de salto añadiendo una tabla con un histórico de predicciones (histéresis). Generación de micro-operaciones mediante unidades de decodificación NetBurst microarchitecture La NetBurst es la arquitectura sucesora de la P6 dentro de la familia x86 de Intel. Se usó por primera vez en noviembre del año 2000 y principalmente en equipos desktop. Las principales características añadidas son: Hyper Pipelined Technology Se incrementa considerablemente el número de etapas del pipeline al pasar de 10 - utilizadas por el Pentium III- a 20. Esto incorpora las ventajas y desventajas propias de aumentar la profundidad de la segmentación. Principalmente, permite acelerar la velocidad de reloj a costa de mayores retardos en caso de predicción errónea de salto. Rapid Execution Engine Habilita la operación de las ALUs en la mitad del ciclo de reloj. Por ejemplo, en un procesador de 3.8 GHz la velocidad efectiva de ejecución de las ALUs será de 7.6 GHz. Execution Trace Cache La caché de L1 almacena micro-operaciones ya decodificadas, permitiendo ahorrar el tiempo dedicado al fetch y la decodificación al ejecutar una nueva instrucción. Además, son almacenadas en el que se predice que será su orden de ejecución, por lo que la CPU las leerá ya en el orden correcto. El principal objetivo de esa arquitectura fue incrementar la velocidad de reloj hasta los 10 GHz. Sin embargo, y a pesar de estas nuevas prestaciones, surgieron muchos problemas de disipación de potencia (como era de esperar) llegando a alcanzar sólo una frecuencia de 3.8 GHz. A pesar de ello, los Mobile Celeron Northwood-256 se implementaron con NetBurst. Finalmente, Intel abandonó este tipo de arquitecturas en 2006 sustituyéndolas por las nuevas Core microarchitectures. 4

6 1.1.3 Core microarchitecture Esta arquitectura dual-core de 64 bits se considera la última iteración de la arquitectura P6 y fue desarrollada por el mismo equipo que se encargó de la modificación para el Pentium M. En laptops se utiliza en mayor medida en procesadores Celeron (principalmente Celeron ULV) y Core 2 (sobre todo Core 2 Duo y Quad). Paradójicamente, los procesadores comercializados como Intel Core no utilizaron este tipo de arquitectura pero sí la incorporaron luego los Intel Core 2. Presenta caché L1 y caché L2 compartida y respecto a potencia destaca su bajo consumo, llegando de 1-2 W en modelos ULV(Ultra Low Voltage) a 80 W en modelos Woodcrest de reloj de 3 GHz. Se utilizaron diferentes microarquitecturas Core con diferentes procesos de fabricación: 65 nm (Merom), pudiendo tener 1 o 2 cores activos, frecuencias medias de trabajo entre 2.13 GHz y 3 GHz (inferior en modelos LV o ULV) y caché L2 de 2MB o 4MB. 45 nm (Penryn), con frecuencias entre 2.4 GHz y 3.33 GHz y caché L2 de 3MB o 6 MB Nehalem microarchitecture Sucesora de la Core microarchitecture, se utilizó por primera vez en noviembre de 2008 en el desktop Intel Core i7. Se caracterizó por una mayor frecuencia de reloj a la vez que una mayor eficiencia energética. Respecto a los equipos Mobile basados en esta arquitectura, su lanzamiento se produjo en septiembre de En general, las características más destacadas de esta microarchitecture son: Incorporación de la tecnología Intel Hyper-Threading (IHTT), permitiendo soporte para 16 o más threads y para 2 o más núcleos. Tecnología Intel TurboBoost para potenciar la mejora en prestaciones de potencia y temperatura. Con ello se mejoran tanto sistemas multi-thread como single-thread. Memoria compartida escalable, para prestaciones específicas de memoria distribuida en servidores o workstations. Incluye controladores integrados de memoria en cada procesador. Tecnología Intel QuickPath Interconnection para conexiones punto a punto de alta velocidad ( GT/s) entre procesadores de modelos multi-core, sustituyendo al conocido Front-Side-Bus. Caché compartida multinivel, mejorando la latencia en el uso de datos frecuentemente utilizados. En general presentan: - 2 cachés L1 de 32 KB por núcleo (una para instrucciones y otra para datos, por su arquitectura tipo Harvard). - Una caché L2 de 256 KB por núcleo. - Una caché L3 de entre 4 y 12 MB compartida por todos los núcleos (2 MB por núcleo). La primera fabricación fue con tecnología de 45 nm pero actualmente existe una modificación denominada Nehalem-C o Westmere que utiliza tecnología de 32 nm. Se lanzó al mercado en enero de este mismo año en las familias Core i3, Core i5 y en los Mobile Core i7 dual-core. 5

7 1.2 Juego de instrucciones SSE2 Se trata de una extensión del juego de instrucciones SIMD (Single Instruction, Multiple Data) de Intel introducida en 2001 en el Pentium 4. Introdujo 144 instrucciones nuevas respecto a las 70 instrucciones del SSE inicial. Los procesadores para laptop de Intel que soportan este IS son Pentium M, Celeron M y los Core, Core 2, Core i5 y Core i Técnicas de reducción de consumo Como sabemos, el consumo de potencia y la frecuencia de trabajo de un procesador están íntimamente ligados. Generalmente nos interesa que la velocidad de reloj sea lo más alta posible pero esto suele conllevar que aumente la temperatura del sistema y se incremente el consumo de potencia. Precisamente en los laptops, uno de los objetivos principales es la independencia de la alimentación, lo que se traduce en la búsqueda del mínimo consumo. Además, nos interesa mantener a un nivel aceptable las prestaciones de velocidad y computación del equipo, lo que desemboca en compromisos entre la potencia consumida y la frecuencia de trabajo. Algunas técnicas desarrolladas por Intel se comentan a continuación SpeedStep Es una técnica de escalado dinámico de frecuencia. Permite modificar la velocidad de reloj mediante software en función de los requerimientos de recursos de la CPU. Con ello se logran importantes mejoras de consumo y disipación de potencia, lo cual es sumamente importante en los equipos laptops tanto para el ahorro de batería como para una buena refrigeración. Se definen distintos modos de operación según la potencia necesaria y definiendo, por tanto, los posibles valores de frecuencia de trabajo adoptables mediante esta técnica. El uso de esta técnica se utiliza en los procesadores Pentium M (ver apartado 2), siendo una de las principales razones de su bajo consumo Turbo Boost También se conoce como "dynamic overclocking". Al contrario que en el caso anterior, esta técnica permite incrementar la velocidad de reloj cuando el Sistema Operativo requiere el máximo rendimiento. La frecuencia podrá incrementarse en saltos de 133 MHz hasta alcanzar el máximo de temperatura y/o potencia permitida o en su defecto, hasta la frecuencia de operación máxima. Este parámetro depende del número de núcleos activos. Es la técnica utilizada por los recientes Core i5 y Core i7 (ver apartado 4.3). 1.4 Otras técnicas de mejora de prestaciones Intel Hyper-Threading Con esta tecnología Intel busca desarrollar el paralelismo a nivel de thread para favorecer la eficiencia en el uso de los recursos de los equipos, además de mejorar las prestaciones de los software multi-thread. Sin embargo, está tecnología no sólo necesita un procesador que permita su implementación sino que también deben soportarla la BIOS, el Sistema Operativo y los chipsets utilizados. Las prestaciones dependerán mucho del hardware y software específico que use cada 6

8 sistema. Una vez se puede contar con todo un equipo que soporte la tecnología Intel HT, alguna de sus mejoras, de forma cualitativa, son: Simultaneidad en la ejecución de aplicaciones. Aporte de eficiencia, gestión y seguridad de los sistemas sin perjudicar la productividad. Capacidad para soportar futuras aplicaciones con mayores necesidades de recursos. De las familias de Intel para laptops, las que soportan esta tecnología son Intel Core i3, i5, i7 e i7 Extreme Edition, Intel Pentium Mobile e Intel Atom Intel Virtualization Technology (VT-x) Anteriormente llamada "Vanderpool", con esta tecnología Intel pretendió mejorar las opciones de virtualización existentes hasta el momento permitiendo el soporte de diferentes Sistemas Operativos como máquinas virtuales independientes. Con ello, convertían un único sistema en varios sistemas "virtuales". Inicialmente estas opciones de extensión virtual del sistema sólo podían ofrecerse para equipos de alto rendimiento, principalmente de ámbitos profesionales. La incorporación de esta tecnología a los procesadores para laptops permitió que estas técnicas pudieran extenderse al usuario particular mediante particiones de disco. A partir de 2009, no todos los modelos de Intel incorporaban soporte para la VT a excepción de los Intel Core i3, i5 e i7. Además, en algunas placas base era necesario habilitar esta técnica en la BIOS para que las aplicaciones pudieran hacer uso de ella. 2 Intel Pentium M 2.1 Pentium M Pentium M salió al mercado en marzo de 2003 orientado hacia el uso en laptop (de hecho, la 'M' proviene de Mobile). Su arquitectura es la P6 de Intel y presenta una potencia disipada máxima entre 5W (en reposo) y 27 W (a máximo rendimiento). Es posterior al Pentium 4-M y trabaja a una frecuencia de reloj menor (1.6 GHz frente a los 2.4 GHz del P4-M) pero a pesar de ello mantiene niveles de rendimiento muy similares gracias a las mejoras introducidas frente a éste. En lugar de basarse en el Pentium 4, en realidad es parte del Pentium III incluyendo mejoras en el front-end para decodificación y emisión de instrucciones, menos errores en la predicción de salto, soporte para el SSE2 y mayor tamaño de caché. Para optimizar aún más el ahorro de potencia consumida implementa la tecnología SpeedStep pudiendo trabajar a diferentes frecuencias entre 200 MHz y los 1.6 GHz nominales. Por sus características de bajo consumo, el Pentium M también es utilizado para sistemas empotrados, permitiendo diseñar sistemas más pequeños e incluso sin ventilador. Banias La primera familia de Pentium M recibió el nombre de Banias, usó tecnología de 130 nm y estaba compuesta por 77 millones de transistores. Podía trabajar con frecuencias de entre 900 MHz y 1.7 GHz y su Frontal-Side-Bus operaba a 400MT/s. Su caché L1 era de 64 KB y su L2, integrada, de 1 MB. Respecto a potencia consumida, se caracterizaba por una Thermal-Design- Power (TDP) de 24.5 W. Es también el procesador utilizado por los Intel Centrino Mobile. 7

9 Dothan En mayo de 2004 se lanzó la siguiente familia de Pentium M, denominados Dothan, utilizando tecnología de 90 nm. Dobló el número de transistores del Banias (140 millones) y el tamaño de su caché L2 (ahora de 2MB). Además, redujo la TDP a 21 W, aumentó el rango de frecuencias de trabajo a 1GHz-2.10 Hz y se mejoró la unidad de prefetch de datos. Durante el primer cuatrimestre de 2005 se lanzó una versión mejorada (Dothan 533) con FSB a 533 MT/s, aunque con una TDP de 27 W. Stealey La última gama de Pentium M fue lanzada en 2007 con tecnología 90nm y tecnología ULV (3 W de TDP). La frecuencia de trabajo, como era de esperar, se redujo a 600 MHz y 800 MHz, además de una reducción del tamaño de la caché L2 a 512 KB. 2.2 Comparativa de Pentium M A continuación se expone una detallada comparativa de los diferentes modelos de Pentium M. En lugar de por familias, se clasifican según el consumo en serie ordinaria (regular), LV (Low Voltage) o ULV (Ultra-Low Voltage). De cada uno se especifica la velocidad de reloj, el tamaño de caché L2, la velocidad del FSB y la TDP. Es fácil observar que lo que se gana en prestaciones aumentando la frecuencia de reloj se pierde en forma de potencia disipada Processor Actual Speed L2 Cache FSB TDP Regular Series Pentium M GHZ 2 MB 533 Mhz 27.0 W Pentium M GHZ 2 MB 533 Mhz 27.0 W Pentium M GHZ 2 MB 400 Mhz 21.0 W Pentium M GHZ 2 MB 533 Mhz 27.0 W Pentium M GHZ 2 MB 400 Mhz 21.0 W Pentium M GHZ 2 MB 533 Mhz 27.0 W Pentium M GHZ 2 MB 400 Mhz 21.0 W Pentium M GHZ 2 MB 533 Mhz 27.0 W Pentium M GHZ 2 MB 400 Mhz 21.0 W Pentium M GHZ 2 MB 533 Mhz 27.0 W Pentium M GHZ 2 MB 400 Mhz 21.0 W Pentium M GHZ 2 MB 400 Mhz 21.0 W Pentium M GHZ 1 MB 400 Mhz 24.5 W Low Voltage Series or LV Pentium M 778 LV 1.60 GHZ 2 MB 400 Mhz 10.0 W Pentium M 758 LV 1.50 GHZ 2 MB 400 Mhz 10.0 W Pentium M 738 LV 1.40 GHZ 2 MB 400 Mhz 10.0 W Pentium M 718 LV 1.30 GHZ 1 MB 400 Mhz 22.0 W Ultra Low Voltage Series or ULV Pentium M 753 ULV 1.20 GHZ 2 MB 400 Mhz 5.0 W Pentium M 733 ULV 1.10 GHZ 2 MB 400 Mhz 5.0 W Pentium M 723 ULV 1.00 GHZ 2 MB 400 Mhz 5.0 W Pentium M 713 ULV 1.10 GHZ 1 MB 400 Mhz 12.0 W 8

10 2.3 Mobile Intel Pentium 4 Se lanzó la versión para portátil del Pentium 4 con la principal diferencia de la reducción de la velocidad del FSB: 533 MHz frente a los 800 MHz del P4. Como vemos coincide con la familia Dothan 533. La diferencia es que éstos sólo disponen de caché L2 de 512 KB frente a las de 2 MB de los anteriores. Cabe destacar que los últimos modelos, con velocidades de reloj superiores a 2.66 GHz ya soportan la tecnología Intel Hyper-threading Mobile Intel Pentium 4 518, 532, 538 Las dos grandes diferencias con el anterior son: Incluyen soporte para el juego de instrucciones SSE3. Se dobla el tamaño de caché L2, pasando a ser de 1 MB. 2.4 Mobile Intel Pentium 4-M La principal diferencia con los Mobile Pentium 4 es que los Mobile P4-M NO soportan Hyper-threading, consumen menos y trabajan disipando menos potencia. Suponen procesadores con prestaciones intermedias entre el Celeron M y el Centrino habilitado para soportar multithreading. Como punto negativo, este tipo de Pentium ofrece prestaciones ligeramente peores respecto a duración de la batería comparados con modelos anteriores de igual o menor precio. 3 Mobile Intel Celeron Se han lanzado diferentes versiones de Celeron para laptop basados en diferentes arquitecturas o a partir de otras familias de procesadores Mobile de Intel. Los principales son Basados en P6-microarchitecture Basados en NetBurst-microarchitecture Basados en los Pentium M Basados en Core-microarchitecture Basados en Nehalem-microarchitecture Para no dilatar en exceso la enumeración de cada uno de ellos se ha decidido exponer únicamente los modelos basados en Pentium M y Core-microarchitecture. 3.1 Celeron basados en Pentium M También se comercializaron con el nombre de Celeron M. Sus características son similares a las del Pentium M, destacando la reducción del tamaño de la caché L2 a 512 MB y el hecho de que no utiliza tecnología SpeedStep para reducir consumo y potencia disipada. Esto hace que sus frecuencias de trabajo se limiten a 1.5 GHz como máximo. Como ocurrió con el Pentium M, y prácticamente en paralelo, se han lanzado diferentes familias. En el caso de Banias y Dothan las diferencias entre P-M y C-M son las nombradas anteriormente, renombrándose como Banias-512 y Dothan-1024 (ambos por el tamaño de la caché L2). Algunos modelos se especifican en la tabla comparativa siguiente: 9

11 Processor Actual Speed L2 Cache TDP Regular Series Celeron M GHZ 1 MB 21.0 W Celeron M GHZ 1 MB 21.0 W Celeron M GHZ 1 MB 21.0 W Celeron M GHZ 512 KB 24.5 W Celeron M GHZ 512 KB 24.5 W Celeron M GHZ 512 KB 24.5 W Celeron M GHZ 512 KB 24.5 W Ultra Low Voltage Series or ULV Celeron M 373 Ultra Low Voltage 1.00 GHZ 512 KB 5 W Celeron M 353 Ultra Low Voltage 900 MHZ 512 KB 5 W Celeron M 333 Ultra Low Voltage 900 MHZ 512 KB 7 W Otras variaciones se describen a continuación. Shelton Se lanzó en enero de 2008 como modificación del Banias: el Shelton no tenía caché L2. Se mejoró ligeramente la velocidad de reloj alcanzando los 1.6 GHz. Su consumo era de 3.5 W, manteniendo el objetivo de bajos niveles de consumo que persiguen los Mobile Intel Celeron. Yonah Más concretamente, se basan en los microprocesadores Yonah, que a su vez se desarrollaron partiendo de los Pentium M Banias-Dothan. Su principal diferencia es el cambio de tecnología a 65 nm pero mantiene las características de caché L2 y ausencia de SpeedStep del Dothan Frente a otros modelos Celeron M, introdujo una mayor velocidad de FSB (533 MT/s), cierta mejora en la frecuencia de reloj al llegar a los 2GHz y soporte para el SSE Core-based Mobile Celerons Merom-L La familia de Celeron M 5xx son procesadores mononúcleo, basados en la arquitectura Core 2 con Merom y de 64 bits, de tecnología de 65 nm, con FSB de 533MT/s de velocidad, caché L2 de 1 MB. Tampoco dispone de tecnología SpeedStep. Presentan diferentes frecuencias de reloj y potencias de consumo, según el modelo: Celeron M523 ULV Celeron M520 Celeron M530 Actual Speed 933 MHz 1.6 GHz 1.73 GHz Merom-2M Los modelos Celeron 573 (1 GHz, ULV), 575 (2 GHz) y 585 (2.16 GHz) son mononúcleo y sólo disponen de una caché L2 de 1 MB habilitada. Se distinguen de los Celeron basados en Merom o Merom-L en un FSB más veloz con 667 MT/s. Por otro lado, la subfamilia Celeron T1xxx tienen ambos cores habilitados. Los primeros modelos (T1400 a 1.73 GHz y T1500 a 1.86 GHz) disponían de un FSB igual a los Merom-L 10

12 (533 MT/s) y una caché L2 de 512 KB compartida. En cambio, los modelos posteriores (T1600 a 1.66 GHz y T1700 a 1.83 GHz) mantienen el FSB de 667 MT/s y la caché L2 de 1 MB a costa de reducir su frecuencia de reloj. Penryn-3M Con este núcleo Intel introdujo los primeros Celeron de tecnología de 45 nm, con un único núcleo habilitado, FSB de 800 MT/s y caché L2 de 1MB. Se lanzaron familias tanto de tecnología ULV (como los Celeron M7xx) como de mayores consumos pero más velocidad (los Celeron 900 de 2.2GHz). Los primeros doble núcleo de este tipo y en esta tecnología (45 nm) fueron liberados en junio de 2009 y mantuvieron las características de FSB y caché L2. En septiembre de ese mismo año llegaron los dual-core de bajo consumo (ULV). 4 Intel Core En 2006 Intel lanzó al mercado la primera gama de procesadores de doble núcleo y bajo consumo. Esta línea de procesadores seguía la estela de los Pentium M, asentándose fuertemente en el mercado de los laptops. A continuación haremos un recorrido por las principales subfamilias en función de la microarquitectura en la que se basan. Esta serie de procesadores también es conocida por ser la primera que utilizó Apple en sus ordenadores (ver apartado 5). 4.1 Basados en Pentium M mejorado Esta subfamilia tuvo dos ramas principales: el Core Duo (doble núcleo) y el Core Solo (doble núcleo pero con uno deshabilitado) Intel Core Duo Como ocurría con los Celeron basados en Pentium M, realmente se basó en el microprocesador Yonah, a su vez implementado a partir de los Barnias-Dothan de Pentium M. Se incluyen dos núcleos en el mismo dado, compartiendo ambos una caché L2 de 2 MB. El acceso tanto a dicha caché como al FSB se realiza mediante un bus que opera como árbitro (controla el acceso de uno o de otro). Se comercializaron varios modelos de Core Duo en función de la TDP impuesta (observar las siglas T, L, U en el nombre): Brand name (list) Core Duo T2xxx Core Duo L2xxx Core Duo U2xxx TDP 31 W 15 W (LV) 9 W (ULV) En posteriores mejoras de este tipo de procesador se incluiría la funcionalidad de deshabilitar uno de ellos para disminuir el consumo. 11

13 4.1.2 Intel Core Solo También utiliza el dado con dos núcleos pero sólo mantiene activo uno de ellos. La estrategia fue puramente de marketing pues simplemente vendían los dados de doble núcleo deshabilitando uno de ellos. Brand name (list) Core Solo T1xxx Core Solo U1xxx TDP W W (ULV) 4.2 Basados en 64-bits Core microarchitecture En 2006 Intel da el siguiente paso dentro de la familia Intel Core lanzó al mercado la gama Intel Core 2, basada en la microarquitectura Core en lugar de la P6 mejorada que usaban los Pentium M. En julio de ese mismo año salió también la subfamilia de éstos para laptop. Las principales diferencias respecto al Intel Core son: Se basan en la arquitectura Core en lugar de en la P6 mejorada, como los anteriores. Los Core 2 son de 64bits de palabra. Triplican el tamaño de la caché L2 pasando a ser de 6 MB Core 2 Solo Es el sucesor del Core Solo pero sólo para aplicaciones de muy bajo consumo, es decir, es un modelo Mobile (TDP de 5.5 W). El modelo Merom-L utilizaba un chip con un único núcleo mientras que el posterior modelo Penryn-L contenía un chip de doble núcleo con uno de ellos deshabilitado de fábrica. Codename Brand name (list) L2 Cache TDP Merom-L Mobile Core 2 Solo U2xxx 1 MB 5.5 W Penryn-L Mobile Core 2 Solo SU3xxx 5.5 W Core 2 Duo Mantiene las características del Core 2 Solo, utilizando también en este caso chips doble núcleo tipo Merom y Penryn. Ambos presentan diferentes modelos en función de la potencia consumida, denominados de nuevo ULV (Uxxxx, 10 W) y LV (Lxxxx, 17 W). Además, las versiones de mayores prestaciones consumen 25 W (Pxxxx) y 35 W (Txxxx). Los tamaños de caché L2 suelen estar entre los 2MB y los 6 MB, según el chip. A continuación se detalla una lista de nombres según el encapsulado y las prestaciones de potencia y caché L2. La 'S' en algunos nombres de procesador indica que se utilizó el encapsulado µfc- BGA 956 de tamaño reducido. Codename Brand name (list) L2 Cache TDP Merom Mobile Core 2 Solo U7xxx 2 MB 10 W 12

14 Penryn Mobile Core 2 Duo L7xxx 17 W Mobile Core 2 Duo T5xxx 2 MB Mobile Core 2 Duo T7xxx 2 35 W Mobile Core 2 Duo SU7xxx Mobile Core 2 Duo SU9xxx 10W Mobile Core 2 Duo SL9xxx 17 W 6 MB Mobile Core 2 Duo SP9xxx 25 W Mobile Core 2 Duo P7xxx Mobile Core 2 Duo P8xxx 25 W Mobile Core 2 Duo P9xxx 6 MB Mobile Core 2 Duo T6xxx 2 MB Mobile Core 2 Duo T8xxx 35 W Mobile Core 2 Duo T9xxx 6 MB Mobile Core 2 Duo E8xxx 6 MB W Core 2 Quad La gran diferencia de estos procesadores es que son multi-chip, es decir, incluyen dos dados como los del Core 2 Duo sumando entre ellos 4 núcleos. Esto permite doblar las prestaciones de los anteriores con la misma frecuencia de reloj. En principio se desarrollaron únicamente para equipos de sobremesa pero más tarde, en 2008, se lanzó un modelo con un tipo particular de Penryn -el Penryn-QC- orientado a laptops. La gama de procesadores fueron los Mobile Core 2 Quad Q9xxx. Aún así, consumía más que otros Penryn (45 W) por lo que precisaba también de mayor ventilación Core 2 Extreme Esta modalidad de Core 2 presentaba como principal novedad un multiplicador de frecuencia que permitía técnicas de overclocking. En contraprestación, no presentaban los bajos niveles de consumo usuales en los procesadores de Intel vistos hasta el momento. Además, tal y como ocurrió con los Pentium denominados como "Extreme", su precio también sobrepasaba la media de otras versiones, rondando los $1000. De estas características también se lanzó al mercado un modelo de cuatro núcleos basado en el Penryn-QC. Codename Brand name (list) L2 Cache TDP Merom Mobile Core 2 Extreme X7xxx 44 W Penryn Mobile Core 2 Extreme X9xxx 6 MB 44 W Penryn-QC Mobile Core 2 Extreme QX9xxx 2x6 MB 45 W 4.3 Nehalem microarchitecture based Aprovechando el cambio de microarquitectura básica, Intel modificó la línea de nombres para esta subfamilia de Core. Las tres variantes existentes son Core i3, Core i5 y Core i7, refiriéndose a los niveles de prestaciones: bajo nivel (i3), nivel medio (i5) y gama alta (i7). Acorde con la arquitectura Nehalem, todos comparten el uso de la tecnología Intel QuickPath Interconnect, una caché L2 de 256 KB por núcleo y caché L3 de 12 MB compartida por todos. Además, incorporan una versión mejorada de la tecnología Intel SpeedStep. Debido a la nueva interconexión de puertos I/O, estos procesadores no son compatibles con las placas de generaciones anteriores de Intel, lo que no permite el simple reemplazo de los anteriores. 13

15 4.3.1 Core i3 Los Intel Core i3 son la primera etapa dentro de los Intel Core para laptop. Supusieron una auténtica revolución en compromiso entre rendimiento y consumo, aunque no alcanzaron los bajos niveles de potencia de familias anteriores. Basándose en modelos dual-core, apostaron por la introducción del sistema Intel Hyper-Threading para dar soporte a ejecución multi-thread. A continuación se detallan el resto de novedades estrenadas con esta familia. Intel Hyper-Threading Technology. Cada núcleo puede soportar hasta dos threads de ejecución, consiguiendo un total de cuatro threads para potenciar el paralelismo de tareas. Intel Smart Cache. Esta ostentosa presentación no es más que el aumento de tamaño de la caché L3 típica de la arquitectura Nehalem. Integrated Memory Controller. Permite mejorar los accesos a memoria, favoreciendo los algoritmos de prefetch, la latencia y el ancho de banda. Intel HD Graphics. Sin necesidad de añadir tarjetas de video, este sistema permitía dar soporte a procesado de vídeo, imagen 3D y HD y en general a software diseñados para mejorar las prestaciones de gráficos. También aportó la compatibilidad necesaria para el sistema operativo Windows 7 y conexión de pantallas mediante HDMI y DisplayPort. Por extensión, añadió capacidades para audio profesional con soporte para Dolby TrueHD y DTS. No lo soportaban todos los modelos de los Intel Core pero sí la mayoría. Intel Virtualization Technology (Intel VT-x) and Intel Virtualization Technology for Directed I/O (Intel VT-d). Con ello permitió el uso de plataformas virtuales para trabajar de forma aislada en diferentes particiones. Las nuevas prestaciones introducidas por el Core i3 permitieron el uso de portátiles para actividades antes impensables como edición y codificación de vídeo, creación de contenidos en High-Definition o el uso de juegos. Processor i3-380um i3-380m i3-370m i3-350m i3-330um i3-330m i3-330e NumberCache Clock Speed Max TDP Memory Type Intel HD Graphics Number of Cores 1.33 GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz 2 14

16 4.3.1 Core i5 Esta familia de procesadores seguía la estela de los Core i3 pero pretendía dar un paso más en nivel de prestaciones. Aunque con un rendimiento más modesto que los posteriores Core i7, los Core i5 buscaban ser procesadores asequibles y útiles para usuarios más exigentes. El primero de ellos se lanzó al mercado en septiembre de Disponía de dos núcleos y se fabricaba en la nueva tecnología de 32 nm. Con la nueva tecnología Intel TurboBoost pudieron lanzarse modelos de bajo consumo (ULV) además de la gama estándar. Respecto a prestaciones disponían de los mismos avances en relación a multithreading (tecnología Intel HT) y control de memoria (Intel Smart Cache y controlador de memoria integrado). Otra diferencia respecto a los Core i3 fue el Intel HD Boost, que daba soporte al nuevo SSE4. Intel TurboBoost Technology. Como ya hemos visto, permite aumentar dinámicamente la frecuencia de trabajo del procesador cuando lo requiere la CPU. Intel HD Boost. Incluye una ampliación del juego de instrucciones con el nuevo SSE4, que incluye instrucciones extralargas de 128 bits que son emitidas con una tasa de 1 IPC. AES-NI. Se añadió hardware para acelerar los algoritmos de encriptados y acelerar la ejecución de aplicaciones que usaran este tipo de intrucciones. Processor i5-580m i5-560um i5-560m i5-540um i5-540m i5-520um i5-520m i5-520e i5-470um i5-460m i5-450m i5-430um i5-430m i5-580m NumberCache Clock Speed Max TDP Memory Type Intel HD Graphics Number of Cores 2.66 GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz 2 15

17 i5-560um i5-560m i5-540um 1.33 GHz 18 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz GHz 18 W DDR3-800 MHz Core i7 Cuando Intel lanzó la primera familia Core i7 no estaba orientada a laptops. El primer Core i7 fue lanzado en 2008 basándose en el procesador Bloomfield de cuatro núcleos. Posteriormente, en 2009, se lanzaron al mercado dos nuevos modelos: uno basado en los Lynnfield para desktop y Clarksfield para laptop (ambos quad-core) y otro posterior basado en los Arrandale para laptop pero esta vez dual-core. Por último, en marzo de 2010 se comercializó el primer procesador de seis núcleos de la familia Core basado en el Gulftown, creándose la gama Core i7 Extreme Edition. La novedad más importante, por tanto, fue la introducción de cuatro núcleos (Quad-Core Processing). Por primera vez los laptops pueden disfrutar de cuatro núcleos operativos que mejoran prestaciones avanzadas como la multitarea y el multithreading. Sin embargo, la consecuencia de tanta novedad en prestaciones fue el incremento de consumo de potencia. De esta familia no hay, por el momento, modelos considerados de bajo consumo. A continuación mostramos una tabla comparativa con las diferentes subfamilias de los Core i7 y sus características. Processor NumberCache Clock Speed Max TDP Memory Type Intel HD Graphics Number of Cores i7-840qm 8 MB 1.86 GHz 45 W DDR3-1066/1333 MHz 4 i7-820qm 8 MB 1.73 GHz 45 W DDR3-1066/1333 MHz 4 i7-740qm 6 MB 1.73 GHz 45 W DDR3-1066/1333 MHz 4 i7-720qm 6 MB 1.6 GHz 45 W DDR3-1066/1333 MHz 4 i7-680um 1.46 GHz 18 W DDR3-800 MHz 2 i7-660um 1.33 GHz 18 W DDR3-800 MHz 2 i7-660ue 1.33 GHz 18 W DDR3-800 MHz 2 i7-660lm 2.26 GHz 25 W DDR3-800/1066 MHz 2 i7-640um 1.2 GHz 18 W DDR3-800 MHz 2 i7-640m 2.8 GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz 2 i7-640lm 2.13 GHz 25 W DDR3-800/1066 MHz 2 i7-620um 1.06 GHz 18 W DDR3-800 MHz 2 16

18 i7-620ue i7-620m i7-620lm i7-620le i7-610e 1.06 GHz1 8 W DDR3-800 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz 2 2 GHz 25 W DDR3-800/1066 MHz 2 2 GHz 25 W DDR3-800/1066 MHz GHz 35 W DDR3-800/1066 MHz Core vpro La principal característica de esta familia es la mejora en seguridad. Sólo disponible para determinados desktops y laptops (en este caso los Intel Core i5 vpro e i7 vpro), permite acceso, diagnóstico y reparación remotos de los equipos, incluso si están apagados o el sistema operativo no responde. Dos de las tecnologías desarrolladas directamente por Intel son: Intel Active Management Technology (Intel AMT) Se orienta a la gestión de redes de ordenadores, incorporando técnicas de control de funcionamiento y posibles ataques. Out-of-band system access Remote troubleshooting and recovery Hardware-based agent presence checking Proactive alerting Remote hardware and software asset tracking Detección. Por ser un sistema de gestión integrado, AMT permite detectar anomalías incluso cuando el PC está apagado. Además, los clientes remotos no dependen de los agentes locales, evitando pérdidas accidentales de datos. Diagnóstico. Si el sistema operativo falla, con AMT puede recuperarse remotamente el sistema a la vez que se notifica del evento. Verificación. Orientado a su uso en empresas, un agente hardware comprueba que los agentes software correspondientes están funcionando y alerta a la máquina administradora si se detecta que falta alguno. Aislamiento. AMT System Defense detiene clientes potencialmente infectados para evitar que se propaguen por la red, enviando además una alerta si algún agente es eliminado de la red. Actualización. Para mantener el software de protección actualizado, AMT habilita software externo para almacenar números de versiones o datos policiales en una memoria no volátil Intel Anti-Theft Technology (Intel At) Esta es una pionera técnica antirrobo introducida por Intel directamente dentro de los procesadores de sus laptops. Cuando el equipo es robado o se extravía, es posible explotar de forma remota una pequeña "cápsula venenosa" (poison pill) para bloquear el acceso de arranque del sistema. No es necesario que el dispositivo esté conectado a Internet. Además, es una solución implantada en el hardware por tanto no puede hackearse. El punto clave es que posteriormente puede recuperarse el funcionamiento normal del equipo, es decir, el proceso es reversible. 17

19 Está disponible sólo en algunos modelos de Intel Core y en todos los de la gama Intel Core vpro y se activa mediante un servicio de suscripción. 5 Apple se rinde ante Intel En junio de 2005 Apple anunció que sus portátiles comenzarían a usar procesadores Intel a partir de 2006, cumpliéndose con el lanzamiento del MacBook Pro y el imac en enero de ese año. En agosto, Apple ya había aplicado a todos sus productos esta novedad, sustituyendo los antiguos Power Mac, ibook y PowerBook (con procesadores PowerPC de IBM) por los nuevos MacPro, MacBook y MacBookPro respectivamente. Con este paso Apple permitió la compatibilidad entre su sistema operativo y los nuevos Windows XP y Windows Vista, lo que antes totalmente imposible. Aprovechando el nuevo camino abierto, entre 2003 y 2006 incrementaron en casi diez veces más el precio de sus productos. MacBook Pro, el primer portátil de Apple con procesador Intel (enero, 2006). 18

20 6 NetBooks: Intel Atom La última gran incorporación al mercado ha sido la de los Intel Atom, de prestaciones más limitadas pero orientados a aplicaciones más modestas en consumo y prestaciones: principalmente, acceso a Internet y aplicaciones básicas como editores de texto u hojas de cálculo. En la primavera de 2008, en el Intel Developer Forum de Shanghai, Intel anunció oficialmente las dos gamas de los nuevos Atom: por un lado la serie Atom Z5xx (Silverthorne) se orientaríaa a dispositivos móviles con conexión a Internet (Mobile Internet Devices, MIDs) mientras que la seriee Atom N2xx (Diamondville) se utilizaría en equipos de sobremesa de bajo coste y en los nuevos netbooks. Las características genéricas de los nuevos Intel Atom son: Modificación de la Microarquitectura Core (dual-core) basada en tecnología de 45 nm. Tamaño reducido. El encapsulado del procesador (22mm x 22mm) es un 60% más pequeño que los habituales (35mmm x 35mm). Intel Deeper Sleep. En periodos de inactividad, almacena en la RAM los datos que hubiera en las cachés para ahorrar energía. Intel SpeedStep mejorado. Se trabaja con diferentes frecuencias de reloj y por tanto distintos niveles de alimentación según las necesidades s de rendimiento. La frecuencia nominal es de 1.66 GHz en el caso del single-core las necesidades de refrigeración se reduce también el tamaño de los netbooks. Mejoras en el prefetch de instrucciones y en la gestión de acceso a registros. Se reducen los tiempos de espera debido al acceso a datos que no están en caché. y 1.50 GHz para el dual-core. Bajos niveles de TDP. Reduciendo Intel Smart Cache. Utilizan 512 KB de caché L2 por núcleo. Intel Graphics Media Accelerator La combinación de acelerador de gráficos y de un controlador de memoria, ambos integrados, permite reducir la velocidad de respuesta. Soporte para Windows y MeeGo Linux. Bajo consumo. Aumenta la duración de la batería permitiendo largos periodos de independencia. Soporte para Wi-Fi, WiMAX y comunicaciones 3G. Dentro de la serie Atom Nxxx también hay, a su vez, diferentes modelos. A continuación se muestra una tabla de características de lo más aclaratoria. Logo Code-name Diamondville Pineview Series Atom N2xx Atom 2xx Atom 3xx Atom Atom N4xx D4xx Atom D5xx Core single (45 nm) dual (45 nm) single (45 nm) dual (45 nm) TDP 2.5 W 4 W 8 W 6.5 W 10 W 13 W HT Yes Intel 64 No Yes On- Die GPU No Yes Intel VT-x No Release date June 2008 September 2008 January