Μικροαρχιτεκτονική Nehalem

Nehalem
Κατασκευάστρια εταιρεία	Intel
Μέγιστος χρονισμός ρολογιού	μέχρι και 3.33 GHz
Μέθοδος ολοκλήρωσης	45 και 32nm
Σύνολο εντολών	x86
Αριθμός πυρήνων	2-8
Προγενέστερη αρχιτεκτονική	Core
Διάδοχη αρχιτεκτονική	Sandy Bridge
Εμπορική ονομασία προϊόντων	Intel Core

Ο όρος μικροαρχιτεκτονική Nehalem αποτελεί την κωδική ονομασία της μικροαρχιτεκτονικής επεξεργαστών για Η/Υ της Intel, η οποία αντικατέστησε τη μικροαρχιτεκτονική Core. Οι επεξεργαστές Nehalem κατασκευάζονται με τη λιθογραφική μέθοδο ολοκλήρωσης των 45 nm. Η πρώτη σειρά επεξεργαστών αρχιτεκτονικής Nehalem που κυκλοφόρησε ήταν η σειρά Core i7, τον Νοέμβριο του 2008.

Η μικροαρχιτεκτονική Nehalem αποτελεί μια εντελώς νέα αρχιτεκτονική σχεδίαση για επεξεργαστές, ωστόσο διατηρεί ορισμένα κοινά σημεία με την παλαιότερη Netburst. Οι επεξεργαστές της γενιάς Nehalem διαθέτουν μεγαλύτερο εργοστασιακό χρονισμό ρολογιού και είναι λιγότερο ενεργοβόροι από τη γενιά επεξεργαστών Penryn. Η τεχνολογία Hyper-threading (υπερνημάτωση) επιστρέφει σε αυτή τη γενιά επεξεργαστών ενώ καινοτόμο χαρακτηριστικό αποτελεί η ενσωμάτωση κρυφής μνήμης 3ου επιπέδου (L3 cache). Η μικροαρχιτεκτονική Nehalem αντικαταστάθηκε από τη μικροαρχιτεκτονική Sandy Bridge, τον Ιανουάριο του 2011.

Τεχνολογικές καινοτομίες

Επανενσωμάτωση της τεχνολογίας Hyper-threading.
Ενσωμάτωση κρυφής μνήμης 3ου επιπέδου (L3 cache) μεγέθους από 4 έως 12 ΜΒ, ανάλογα με το μοντέλο.
Ενδογενή υποστήριξη 4 και 8 πυρήνων επεξεργασίας.
Αντικατάσταση του διαύλου FSB με τον δίαυλο QPI.
Μέγεθος κρυφής μνήμης 1ου επιπέδου 64 ΚΒ/πυρήνα και 2ου επιπέδου, 256 KB/πυρήνα.
Ενσωμάτωση του ελέγχου των διαύλων PCI Express και DMI μέσα στον επεξεργαστή. Εξάλειψη του northbridge.
Ενσωμάτωση του ελεγκτή μνήμης μέσα στον επεξεργαστή. Υποστήριξη 2 ή 3 καναλιών μνήμης RAM DDR3 ή 4 καναλιών μνήμης FB-DIMM2.
2ης γενιάς τεχνολογία Intel Virtualization.

Απόδοση και βελτίωση κατανάλωσης

Ο κύριος στόχος των επεξεργαστών Nehalem ήταν πρωτίστως η επίτευξη υψηλών επιδόσεων, κάτι που δικαιολογεί το αυξημένο μέγεθος του πυρήνα. Σε σύγκριση με τους Penryn, οι Nehalem:

παρουσιάζουν βελτίωση στην απόδοση των απλών εφαρμογών κατά 10-25% και 20-100% βελτίωση απόδοσης στις πολυνηματικές εφαρμογές με την ίδια κατανάλωση ρεύματος.
καταναλώνουν 30% λιγότερη ενέργεια για την ίδια απόδοση.
παρουσιάζουν αύξηση στην απόδοση πυρήνα-με-πυρήνα, κατά 15-20%.

Ο υπερχρονισμός είναι εφικτός με τη σειρά επεξεργαστών Bloomfield και το τσίπσετ X58. Οι επεξεργαστές Lynnfield ενσωματώνουν το PCH, το οποίο εξαλείφει πλήρως την παρουσία του northbridge ως ξεχωριστού τσιπ.

Οι Nehalem ενσωματώνουν επίσης το αρχιτεκτονικό σύνολο εντολών SSE 4.2, το οποίο προσθέτει 7 νέες εντολές στο σύνολο SSE 4.1 που προϋπήρχε από τη γενιά Core 2.

Εξέλιξη στη Westmere

To όνομα Westmere (πρώην Nehalem-C) αποτελεί το όνομα που δόθηκε στην τεχνολογική σμίκρυνση της μικροαρχιτεκτονικής Nehalem στα 32 nm. Οι πρώτοι επεξεργαστές Westmere κυκλοφόρησαν τον Ιανουάριο του 2010. Οι βελτιώσεις των Westmere επί των Nehalem, συνοψίζονται στα εξής:

Ενδογενή υποστήριξη 6 πυρήνων (Gulftown) για προσωπικούς υπολογιστές και 10 πυρήνων (Westmere-EX) για εξυπηρετητές.
Ενσωμάτωση ενός νέου συνόλου εντολών το οποίο αποδίδει 3 φορές καλύτερη κρυπτογράφηση/αποκρυπτογράφηση AES.
Ενσωμάτωση 7 νέων εντολών τα οποία χρησιμοποιούνται από τον αλγόριθμο AES. Αυτές οι εντολές επιτρέπουν την υλική επιτάχυνση της κρυπτογράφησης δεδομένων με αποτέλεσμα την ταχύτερη εκτέλεση και καλύτερη προστασία από επίθεση στο λογισμικό.
Ενσωμάτωση κυκλωμάτων γραφικών στο συνολικό πακέτο του επεξεργαστή (μόνο στους διπύρηνους Arrandale και Clarkdale).

Επισκόπηση προϊόντων

Πυρήνες επεξεργασίας	Λιθογραφία	Επιφάνεια	Κωδικός προϊόντος	Μοντέλο	Stepping	Έκδοση για φορητούς Η/Υ	Έκδοση για σταθερούς Η/Υ	Έκδοση για εξυπηρετητές DP	Έκδοση για εξυπηρετητές MP
8-πύρηνος (4 κανάλια)	45 nm	684 mm²	206E6	46	D0				Beckton (80604)
4-πύρηνος (3 κανάλια)	45 nm	263 mm²	106A4 106A5	26	C0 D0		Bloomfield (80601)	Gainestown (80602)
4-πύρηνος (2 κανάλια, PCIe)	45 nm	296 mm²	106E4 106E5	30	B0 B1	Clarksfield (80607)	Lynnfield (80605)	Jasper Forest (80612)
2-πύρηνος (2 κανάλια, PCIe, πυρήνας γραφικών)	45 nm					Auburndale (canceled)	Havendale (canceled)

10 πυρήνες (4 κανάλια)	32 nm	513 mm²	206F2	47	A2				Westmere-EX (80615)
6 πυρήνες (3 κανάλια)	32 nm	248 mm²	206C2	44	B1		Gulftown (80613)	Westmere-EP (80614)
2 πυρήνες (2 κανάλια, PCIe, πυρήνας γραφικών)	32 nm 45 nm	81+114 mm²	20652 20655	37	C2 K0	Arrandale (80617)	Clarkdale (80616)

Nehalem

Οι επεξεργαστές της εμπορικής σειράς Lynnfield ενσωματώνουν ελεγκτή PCIe 1x16 ή 2x8.
Η σειρά 6500 ενσωματώνεται σε συστήματα με πολλαπλή υποστήριξη μέχρι και 2 ανεξάρτητων επεξεργαστών. Η σειρά 7500 ενσωματώνεται σε συστήματα με πολλαπλή υποστήριξη 4/8 ανεξάρτητων επεξεργαστών.

Επεξεργαστές για σταθερούς Η/Υ και εξυπηρετητές

Κωδικό όνομα	Εμπορικός προσανατολισμός	Πυρήνες / Νήματα	Υποδοχή	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		CPU Χρονισμός ρολογιού	Turbo	Κατανάλωση	Διεπαφές		Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Ημ/νία κυκλοφορίας
Κωδικό όνομα	Εμπορικός προσανατολισμός	Πυρήνες / Νήματα	Υποδοχή	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		CPU Χρονισμός ρολογιού	Turbo	Κατανάλωση	Τσίπσετ	Μνήμη	Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Ημ/νία κυκλοφορίας
Beckton¹	Εξυηρετητές	8 (16)	LGA 1567	Xeon	X7560	2.26 GHz	Ναι	130 W	4× QPI 6.4 GT/s	DDR3-800 / 1066 (Μέχρι 4 στικ μνήμης)	24 ΜΒ	2010-03-30
					X7550	2.0 GHz					18 MB
					X6550	2.0 GHz					18 MB
					L7555	1.86 GHz		95 W	4× QPI 5.86 GT/s		24 MB
		6 (12)			E7540	2.0 GHz		105 W	4× QPI 6.4 GT/s		18 MB
					E6540	2.0 GHz			4× QPI 6.4 GT/s		12 MB
					E7530	1.86 GHz			4× QPI 5.86 GT/s		12 MB
					L7545	1.86 GHz					18 MB
		6 (6)			X7542	2.66 GHz		130 W
		4 (8)			E7520	1.86 GHz	Όχι	105 W	4× QPI 4.8 GT/s
		4 (8)			E6510	1.73 GHz	Όχι	105 W	4× QPI 4.8 GT/s		12 MB
Gainestown	Εξυπηρετητές	4 (8)	LGA 1366	Xeon	W5590	3.33 GHz	Ναι	130 W	2× QPI 6.4 GT/s	3× DDR3-1333¹	8 MB	2009-08-09
					W5580	3.2 GHz		130 W				2009-03-29
					X5570	2.93 GHz		95 W
					X5560	2.8 GHz
					X5550	2.66 GHz
					E5540	2.53 GHz		80 W	2× 5.86 GT/s	3× DDR3-1066¹
					E5530	2.4 GHz
					E5520	2.26 GHz
					L5530	2.4 GHz		60 W				2009-08-09
					L5520	2.26 GHz						2009-03-30
					L5518	2.13 GHz						2009-03-30
		4 (4)			E5507	2.26 GHz	Όχι	80 W	2× 4.8 GT/s	3× DDR3-800¹	4 MB	2010-03-16
					E5506	2.13 GHz		80 W				2009-03-29
					L5506	2.13 GHz		60 W
					E5504	2.0 GHz		80 W
		2 (4)			L5508	2.0 GHz	Ναι	38 W	2× 5.86 GT/s	3× DDR3-1066	8 MB
		2 (2)			E5503	2.0 GHz	Όχι	80 W	2× 4.8 GT/s	3× DDR3-800	4 MB	2010-03-16
		2 (2)			E5502	1.86 GHz	Όχι	80 W	2× 4.8 GT/s	3× DDR3-800	4 MB	2009-03-29
Bloomfield	Εξυπηρετητές	4 (8)		Xeon	W3580	3.33 GHz	Ναι	130 W	1× QPI 6.4 GT/s	3× DDR3-1333	8 MB	2009-08-09
					W3570	3.2 GHz			1× QPI 6.4 GT/s	3× DDR3-1333		2009-03-29
					W3565	3.2 GHz			1× QPI 4.8 GT/s	3× DDR3-1066		2009-11-01
					W3550	3.06 GHz						2009-08-09
					W3540	2.93 GHz						2009-03-29
					W3530	2.8 GHz						2010-03-16
					W3520	2.66 GHz						2009-03-29
		2(2)			W3505	2.53 GHz	Όχι				4 MB
		2(2)			W3503	2.4 GHz	Όχι				4 MB
Lynnfield		4 (8)	LGA 1156		X3480	3.06 GHz	Ναι	95 W	DMI	2× DDR3-1333	8 MB	2010-05-30
					X3470	2.93 GHz						2009-09-08
					X3460	2.8 GHz
					X3450	2.66 GHz
					X3440	2.53 GHz
					L3426	1.86 GHz		45 W
		4 (4)			X3430	2.4 GHz		95 W
Bloomfield	Ενθουσιώδεις Χρήστες	4 (8)	LGA 1366	Core i7 Extreme	975	3.33 GHz	Ναι	130 W	1× QPI 6.4 GT/s	3× DDR3-1066		2009-05-31
				Core i7 Extreme	965	3.2 GHz			1× QPI 6.4 GT/s			2008-11-17
				Core i7	960	3.2 GHz			1× QPI 4.8 GT/s			2009-10-20
					950	3.06 GHz						2009-05-31
					940	2.93 GHz						2008-11-17
					930	2.8 GHz						2010-02-28
					920	2.66 GHz						2008-11-17
Lynnfield	Υψηλών επιδόσεων		LGA 1156		880	3.06 GHz	Ναι	95 W	DMI	2× DDR3-1333		2010-05-30
					875K	2.93 GHz						2010-05-30
					870	2.93 GHz						2009-09-08
					870S	2.66 GHz		82 W				2010-07-19
					860	2.8 GHz		95 W				2009-09-08
					860S	2.53 GHz		82 W				2010-01-07
		4 (4)		Core i5	760	2.8 GHz		95 W				2010-07-17
					750	2.66 GHz		95 W				2009-09-08
					750S	2.4 GHz		82 W				2010-01-07

Επεξεργαστές φορητών συστημάτων

Κωδικό όνομα	Εμπορική επωνυμία	Πυρήνες / Νήματα	Υποδοχή	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		CPU Χρονισμός ρολογιού	Turbo	Κατανάλωση	Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Διεπαφή	Ημ/νία κυκλοφορίας
Clarksfield	Υψηλών Επιδόσεων	4 (8)	µPGA 988	Core i7 Extreme	940XM	2.13 GHz	Ναι	55 W	8 MB	* DMI * 2x DDR3-1333 * PCIe 1 x16 / 2 x8	2010-06-21
				Core i7 Extreme	920XM	2.0 GHz		55 W			2009-09-23
				Core i7	840QM	1.86 GHz		45 W			2010-06-21
					820QM	1.73 GHz					2009-09-23
					740QM	1.73 GHz			6 MB		2010-06-21
					720QM	1.6 GHz			6 MB		2009-09-23

Westmere

Η εκτιμώμενη κατανάλωση ενέργειας συμπεριλαμβάνει και το ενσωματωμένο κύκλωμα γραφικών (εφόσον υποστιρίζεται).
Οι επεξεργαστές Clarkdale ενσωματώνουν μια PCIe 1 x16.
Οι επεξεργαστές Clarkdale και Arrandale αποτελούνται από έναν διπύρηνο επεξεργαστή στα 32nm (με την κωδική ονομασία Hillel) και από τη μονάδα γραφικών στα 45nm (με την κωδική ονομασία Ironlake).

Επεξεργαστές για σταθερούς Η/Υ και εξυπηρετητές

Κωδικό όνομα	Εμπορικός Προσανατολισμός	Πυρήνες / Νήματα	Υποδοχή	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		Χρονισμός ρολογιού		Turbo	Κατανάλωση	Διεπαφές		Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Ημ/νία κυκλοφορίας
Κωδικό όνομα	Εμπορικός Προσανατολισμός	Πυρήνες / Νήματα	Υποδοχή	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		Χρονισμός	GPU	Turbo	Κατανάλωση	Τσιπσετ	Μνήμη	Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Ημ/νία κυκλοφορίας
Westmere-EX	Εξυπηρετητές	10 (20)	LGA 1567	Xeon	E7-4870	2.4 GHz	N/A	Ναι	130 W	2× QPI 6.4 GT/s		30 MB	2011-04-05
					E7-4860	2.26 GHz						24 MB
					E7-4850	2 GHz						24 MB
Gulftown / Westmere-EP	Εξυπηρετητές	6 (12)	LGA 1366	Xeon	X5690	3.46 GHz	N/A	Ναι	130 W	2× QPI 6.4 GT/s	3× DDR3-1333	12 MB	2011-02-13
					X5680	3.33 GHz			130 W				2010-03-16
					X5675	3.06 GHz			95 W				2011-02-05
					X5670	2.93 GHz							2010-03-16
					X5660	2.8 GHz
					X5650	2.66 GHz
					E5645	2.4 GHz			80 W	2× QPI 5.86 GT/s
					L5640	2.26 GHz			60 W
					L5638	2.0 GHz			60 W
		4 (8)			X5677	3.46 GHz			130 W	2× QPI 6.4 GT/s
					X5667	3.06 GHz			95 W	2× QPI 6.4 GT/s
					E5640	2.66 GHz			80 W	2× QPI 5.86 GT/s	3× DDR3-1066
					E5630	2.53 GHz
					E5620	2.4 GHz
					L5630	2.13 GHz			40 W
					L5618	1.86 GHz
		4 (4)			L5609	1.86 GHz		Όχι		2× QPI 4.8 GT/s
	UP Server	6 (12)		Xeon	W3680	3.33 GHz	N/A	Ναι	130 W	1× QPI 6.4 GT/s	3× DDR3-1333		2010-03-16
	UP Server			Xeon	W3670	3.20 GHz				1× QPI 4.8 GT/s	3× DDR3-1066		2010-08-29
	Υψηλών Επιδόσεων			Core i7 Extreme	990X	3.46 GHz				1× QPI 6.4 GT/s			2011-02-13	$999
				Core i7 Extreme	980X	3.33 GHz				1× QPI 6.4 GT/s			2010-03-16	$999
				Core i7	980	3.33 GHz				1× QPI 4.8 GT/s			2011-06-26
				Core i7	970	3.20 GHz				1× QPI 4.8 GT/s			2010-07-17
Clarkdale	Εξυπηρετητές	2 (4)	LGA 1156	Xeon	L3406	2.26 GHz	N/A	Ναι	30 W	DMI	2× DDR3-1066	4 MB	2010-03-16
	Εξυπηρετητές			Xeon	L3403	2.0 GHz	N/A		30 W		2× DDR3-1066		2010-10
	Μεσαίας κατηγορίας χρηστών			Core i5	680	3.6 GHz	733 MHz		73 W		2× DDR3-1333		2010-04-18
					670	3.46 GHz	733 MHz		73 W				2010-01-07
					661	3.33 GHz	900 MHz		87 W					$196
					660	3.33 GHz	733 MHz		73 W					$196
					650	3.2 GHz
				Core i3	560	3.33 GHz		Όχι					2010-08-29	$138
					550	3.20 GHz							2010-05-30	$138
					540	3.06 GHz							2010-01-07
					530	2.93 GHz
		2 (2)		Pentium	G6950	2.8 GHz	533 MHz				2× DDR3-1066	3 MB
		2 (2)		Celeron	G1101	2.26 GHz	533 MHz				2× DDR3-1066	2 MB		OEM

Επεξεργαστές για φορητά συστήματα

Κωδικό όνομα	Εμπορικός προσανατολισμός	Πυρήνες / Νήματα	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		CPU Χρονισμός ρολογιού		GPU Χρονισμός ρολογιού	Turbo	Κατανάλωση	Μνήμη	Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Διεπαφή	Ημ/νία κυκλοφορίας
Κωδικό όνομα	Εμπορικός προσανατολισμός	Πυρήνες / Νήματα	Επεξεργαστής (Επωνυμία & Μοντέλο)		Ρολόι	Turbo (1/2 ενεργοί πυρήνες )	GPU Χρονισμός ρολογιού	Turbo	Κατανάλωση	Μνήμη	Κρυφή μνήμη 3ου επιπέδου	Διεπαφή	Ημ/νία κυκλοφορίας
Arrandale	Μεσαίας κατηγορίας	2 (4)	Core i7	640M	2.8 GHz	3.47/3.2 GHz	766 MHz	Ναι	35 W	2× DDR3-1066	4 MB	* DMI * PCIe 1 x16 * Υποδοχή: µPGA-988 / BGA-1288	2010-09-26
				620M	2.66 GHz	3.33/3.2 GHz							2010-01-07
				610E	2.53 GHz	3.2/2.93 GHz							2010-01-07	OEM
				660LM	2.26 GHz	3.06/2.8 GHz	566 MHz		25 W				2010-09-26
				640LM	2.13 GHz	2.93/2.66 GHz							2010-01-07
				620LM / 620LE	2.0 GHz	2.8/2.53 GHz							2010-01-07
				680UM	1.46 GHz	2.53/2.16 GHz	500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-09-26
				660UM	1.33 GHz	2.4/2.0 GHz							2010-05-25
				640UM	1.2 GHz	2.26/1.87 GHz							2010-01-07
				620UM / 620UE	1.06 GHz	2.13/1.76 GHz							2010-01-07
			Core i5	580M	2.66 GHz	3.33/2.93 GHz	766 MHz		35 W	2× DDR3-1066	3 MB		2010-09-26
				560M	2.66 GHz	3.2/2.93 GHz							2010-09-26
				540M	2.53 GHz	3.06/2.8 GHz							2010-01-07
				520M / 520E	2.4 GHz	2.93/2.66 GHz							2010-01-07
				560UM	1.33 GHz	2.13/1.86 GHz	500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-09-26
				540UM	1.2 GHz	2.0/1.73 GHz							2010-05-25
				520UM	1.06 GHz	1.86/1.6 GHz							2010-01-07
				480M	2.67 GHz	2.93/2.93 GHz	766 MHz		35 W	2× DDR3-1066			2011-01-09	OEM
				460M	2.53 GHz	2.8/2.8 GHz							2010-09-26
				450M	2.4 GHz	2.66/2.66 GHz							2010-06-26
				430M	2.26 GHz	2.53/2.53 GHz							2010-01-07
				470UM	1.33 GHz	1.86/1.6 GHz	500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-10-01
				430UM	1.2 GHz	1.73/1.47 GHz	500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-05-25
			Core i3	380M	2.54 GHz	n/a	667 MHz	Όχι	35 W	2× DDR3-1066			2010-09-26
				370M	2.4 GHz								2010-06-20
				350M	2.26 GHz								2010-01-07
				330M / 330E	2.13 GHz								2010-01-07
				380UM	1.33 GHz		500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-10-01
				330UM	1.2 GHz		500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-05-25
		2 (2)	Pentium	P6200	2.13 GHz		667 MHz		35 W	2× DDR3-1066			2010-09-26
				P6100	2.00 GHz								2010-09-26
				P6000	1.86 GHz								2010-06-20
				U5400	1.20 GHz		500 MHz		18 W	2× DDR3-800			2010-05-25
			Celeron	P4600	2.00 GHz		667 MHz		35 W	2× DDR3-1066	2 MB		2010-09-26
				P4500 / P4505	1.86 GHz		667 MHz		35 W	2× DDR3-1066			2010-03-28	OEM
				U3400 / U3405	1.06 GHz		500 MHz		18 W	2× DDR3-800 / 1066			2010-05-25	OEM

Διαδοχή

Οι επεξεργαστές Nehalem και Westmere αντικαταστάθηκαν από τους επεξεργαστές Sandy Bridge, κατασκευασμένοι με την ομώνυμη αρχιτεκτονική.

Διάγραμμα των αρχιτεκτονικών και των επεξεργαστών της Intel, από τη Netburst έως τη Skylake.
Με κόκκινο, οι επεξεργαστές που ακυρώθηκαν.
Με μαύρο, οι επεξεργαστές που κυκλοφόρησαν.
Με μπλέ, οι μελλοντικοί επεξεργαστές