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Laptops werden nicht nur immer leistungsstärker, sondern von Jahr zu Jahr auch immer preiswerter. Steigende Absatzzahlen haben die tragbaren Computer zur Massenware werden lassen, die sich preisgünstig produzieren lässt und der Computermarkt erreicht zur Zeit den Wendepunkt, an dem erstmals mehr Notebooks als Desktop-PCs verkauft werden. Erst im Herbst hatte der taiwanesische Hersteller ASUS das preiswerte Sub-Notebook Eee-PCs vorgestellt und bereits für 2008 erwartet ASUS, dass sich der Eee-PC zu seinem zweitstärksten Geschäftsfeld entwickelt und damit das Mainboard-Segment überflügeln wird. Der Notebook-Sektor ist somit spannend wie nie zuvor und genau diesen will Intel mit seinem Santa Rosa Refresh, der ersten Mobil-Plattform mit einer 45 nm CPU, weiter voranbringen.
Bereits beim Wechsel zur 65 nm Fertigungstechnologie hatte Intel im Desktop- und Mobilsegment die Vorreiterrolle übernommen. Seit Ende 2007 hat Intel mit dem Core 2 Extreme QX9650 einen ersten 45 nm Prozessor im Desktop-Segment am Start und am heutigen 7. Januar 2008 folgen die ersten 45 nm Mobil-CPUs für die im letzten Jahr vorgestellte Santa Rosa Plattform - also ein Santa Rosa Refresh. Doch während die neuen Prozessoren der eigentliche Star der Santa Rosa Refresh Plattform sind, gibt es auch weitere Neuerungen zu vermelden. So hat Intel den Mobile GM965 Chipsatz aufgefrischt und wird in Kürze die erwartete DirectX 10 Unterstützung nachreichen.
Um den Generationswechsel zu verdeutlichen, strukturiert Intel mit sofortiger Wirkung sein Centrino Angebot neu und führt zugleich neue Logos ein. Aus Centrino und Centrino Duo wird Centrino, aus Centrino Pro wird Centrino vPro.
45 nm Penryn Mobilprozessoren #1
Betrachten wir zunächst die Hauptdarsteller, die neuen mobilen Penryn Prozessoren. Intel wird zunächst fünf Modelle auf den Markt bringen:
Es handelt sich ausschließlich um Dual-Core CPUs, deren L2-Cache im Vergleich zur Vorgängergeneration um fünfzig Prozent auf 6 MByte vergrößert wurde. Das Spitzenmodell Core 2 Extreme X9000 taktet mit 2,8 GHz, begnügt sich aber dennoch mit einer TDP von lediglich 44 Watt. Die vier weiteren Prozessoren kommen mit maximal 35 Watt aus. Der Frontsidebus bleibt bei Intels Mobilplattform auch weiterhin bei 800 MHz, FSB1066, FSB1333 und DDR3-Arbeitsspeicher bleiben vorerst dem Desktop vorbehalten.
45 nm Penryn Mobilprozessoren #2
Mit dem Schritt zur 45 nm Fertigungstechnik hat Intel eine grundlegende Veränderung im Transistorendesign vorgenommen. Gordon Moore sprach Anfang 2007, als Intel erstmals lauffähige Prozessoren mit 45 nm Strukturgröße zeigte, vom wichtigsten Entwicklungsschritt in der Transistorentechnologie seit 40 Jahren. Wir werden an dieser Stelle darauf verzichten, die technischen Hintergründe von Intels 45 nm Fertigungstechnik im Detail zu erläutern und verweisen stattdessen auf unseren Artikel zum Core 2 Extreme QX9650.
Auch die bekannten Vorzüge der Core-Mikroarchitektur wie Wide Dynamic Execution, Advanced Digital Media Boost, Intelligent Power Capability, Smart Memory Access und Advanced Smart Cache werden wir nicht nochmals aufwärmen, denn auch diese Punkte werden im Testbericht des Core 2 Extreme QX9650 ausführlich behandelt. Stattdessen gehen wir auf die Neuerungen ein, welche beim 45 nm Penryn hinzugekommen sind und betrachten insbesondere jene Techniken, die für den mobilen Einsatz von Bedeutung sind.
SSE4
Die erste Core 2 Generation fügte der Befehlssatzerweiterung SSE (Streaming Single Instruction Multiple Data Extensions) 16 neue Instruktionen, welche unter dem Begriff "Advanced Digital Media Boost" zusammengefasst wurden. Den Schritt auf SSE4 vollzieht erst die Penryn-Generation. SSE4 umfasst weitere 47 neue Instruktionen, welche insbesondere die Videoverarbeitung, Grafikzugriffe und das Zusammenspiel mit Koprozessoren beschleunigen sollen. Zu den ersten Anwendungen, welche SSE4 verwenden, zählen die Video-Encoder DivX und TMPGEnc sowie Adobes Videobearbeitung Premiere. Dies verwundert kaum, denn solche Programme können aus SSE4 den größten Nutzen ziehen.
Ein gutes Beispiel hierfür ist die Motion Estimation, also die Bewergungsvorraussage bei Videodaten. Um herauszufinden, wie eine Bewegung ablaufen wird, bestimmt man einen Pixel als Ausgangspunkt und prüft die Farbwerte der Pixel, die ihn umgeben. Hierzu werden unterschiedliche Muster verwendet und alle Pixel im Prüfbereich einzeln abgefragt. Wie obige Grafik zeigt, funktioniert dies mit SSE4 wesentlich einfacher: Man gibt den Ausgangspunkt an und alle Prozessorenkerne des Systems prüfen die umgebenden Pixel. Aus einer komplexen Befehlfolge wurde ein einzelner Aufruf.
Dank Write-Combining können Prozessoren sehr schnell in den Frame Buffer der Grafikkarte schreiben, Lesezugriffe sind jedoch beim Conroe und Kentsfield auf lediglich 800 MB/s beschränkt. Mit Hilfe der neuen "Streaming Load Instruction" erreicht Intel bei seiner Penryn-Generation Leseraten von bis zu 6,4 GB/s, hierbei werden Cache-Line große Datenmengen ausgelesen. Eine Cache-Line entspricht 64 Bytes, ohne SSE4 werden lediglich 8 Byte gelesen. Hieraus ergibt sich die Leistungssteigerung um den Faktor acht. Weitere Befehle sollen insbesondere wissenschaftliche Anwendungen beschleunigen, hierzu gehören auch die Erweiterungen, welche die Nutzung von Koprozessoren möglich machen.
Super Shuffle Engine
Nachdem Intel bereits bei der ersten Generation der Core-Mikroarchitektur die SSE-Einheiten auf 128 Bit verbreitert hatte, wurden nun auch die Berechnungspfade für Shuffle-Operationen auf 128 Bit gebracht. Shuffle-Operationen werden für das Formatieren von Daten bei SSE-Instruktionen benötigt, z.B. beim Verschieben von Bits (Shift), Packing oder Unpacking. Da nun 128 Bit Operationen in einem Taktzyklus bearbeitet werden können, hat sich deren Ausführungszeit halbiert.
Diese Leistungssteigerungen stehen allen Programmen zur Verfügung, welche SSE-Befehle verwenden. Eine Anpassung des Codes ist nicht notwendig.
Radix-16 Divider
Für Divisionen verwenden bisherige Core-Mikroprozessoren einen Radix-4 Teiler, welcher 2 Bits pro Iteration berechnet. Der neue Radix-16 Teiler der Penryn-Prozessoren halbiert die Anzahl der zur Berechnung benötigen Schleifendurchläufe, da er 4 Bits pro Iteration bewätigt.
Divisionen sollten von einem Penryn daher in der halben Zeit berechnet werden können, Wurzelberechnungen sogar noch schneller, da hierbei die Rechendauer exponentiell von der Anzahl der pro Iteration berechneten Bits abhängig ist. Diese Vorteile stehen auch in älteren Programmen zur Verfügung.
Deep Power Down Technology
Zu den bekannten C-States gesellt sich beim Penryn ein neuer Zustand namens "Deep Power Down". Wird Deep Power Down aktiviert, schalten der Taktgeber des Prozessors und der PLL wie beim C3 und C4 ab, zusätzlich wird jedoch auch der komplette Cache - sowohl Level 1 als auch Level 2 - nicht nur geleert, sondern vollständig deaktiviert. Dies emöglicht es der CPU, die Spannung noch weiter abzusenken. Allerdings wacht der Prozessor aus diesem Zustand auch etwas langsamer wieder auf, es sollen laut Intel maximal 150 Mikrosekunden vergehen.
Obwohl Intel für seine Mobil- und Desktopprozessoren die selben Wafer verwendet, verfügen nur die Mobil-CPUs über die Deep Power Down Technologie. Die Kontrolle über die Aktivierung von Deep Power Down hat zwar das Betriebssystem, doch der Chipsatz ist letztendlich dafür verantwortlich, dass sich die CPU in diesen Zustand begibt. Intels Desktop-Chipsätze beherrschen dies nicht und in absehbarer Zeit wird Intel daran auch nichts ändern. Jeder der Prozessorkerne besitzt 8 KByte SRAM (VccP), in denen er seinen Status beim Eintreten eines MWAIT-Ereignisses abspeichert. Sobald ein I/O-Ereignis dem Chipsatz signalisiert den Kern wieder aufzuwecken, führt dieser einen internen Reset durch und liest seinen vorherigen Status wieder aus.
Der Wechsel in den Deep Power Down Status und wieder zurück ist vergleichsweise energieintensiv. Daher muss sichergestellt werden, dass solche Wechsel nicht zu häufig stattfinden, da die Energiebilanz ansonsten ins Negative abrutscht. Nur wenn der Kern für 3 bis 4 ms im Deep Power Down verbleibt, lässt sich tatsächlich Strom sparen. Daher hat Intel eine Logik integriert, welche die Länge der vorherigen Deep Power Down Phasen prüft und - falls diese zu kurz waren - stattdessen einen niedrigeren Ruhezustand wie beispielsweise C4 ausführt.
Durch Deep Power Down lassen sich laut Intel im normalen Büroalltag zwischen 27 und 44 Prozent Strom sparen. Es sollte somit möglich sein, die Akkulaufzeit von mobilen Computern mit Hilfe von Deep Power Down signifikant zu verlängern. Hierzu müssen die Hersteller der Notebook den neuen C-State allerdings in ihr BIOS integrieren.
Enhanced Dynamic Acceleration Technology (EDAT)
Nicht auf eine längere Akkulaufzeit, sondern auf mehr Leistung zielt die "Enhanced Dynamic Acceleration Technology". Auch diese Neuerung bietet Intel vorerst nur für Mobilprozessoren an. Es geht hierbei darum, die beste Rechenleistung aus den vorhandenen Temperatur- und Verbrauchsgrenzen herauszukitzeln. Wenn beispielsweise nur ein Kern aktiv ist und sich der zweite in einem Ruhezustand befindet, hat der Prozessor noch reichlich Spielraum bis zu seiner maximal erlaubten Temperatur- und Verbrauchsschwelle. Diesen Spielraum nutzt EDAT dazu, den aktiven Kern mit einer höheren Spannung und Taktrate zu betreiben, so dass Anwendungen, welche nur einen Kern verwenden, mehr Rechenleistung zur Verfügung steht.
Natürlich macht es keinen Sinn, die Taktrate sofort zurückzuschrauben, wenn der zweite Kern aktiv wird. Schließlich besteht die Möglichkeit, dass dieser nur für einen kurzen Zeitraum genutzt wird. Intel hat hierzu einen Hysteresis Mechanismus integriert, welcher eine Überlappung ermöglicht, in der beide Kerne und EDAT zeitgleich aktiv sind. Die Spannungswandler der Hauptplatine müssen für diese kurzfristige Spitzenbelastung ausgelegt sein.
In der Praxis soll EDAT - abhängig von den verwendeten Anwendungen und der Auslastung des Prozessors - zwischen 5 und 7 Prozent Mehrleistung ermöglichen.
Mobile Intel 965 Express Chipsatz
An der Hardware des Mobile 965 Chipsatzes hat Intel zwar keine Änderungen vorgenommen, doch mit neuen Treibern und BIOS-Updates werden neue Funktionen freigeschaltet. Zum einen werden ab sofort 45 nm Prozessoren unterstützt, zum anderen ist der bereits beschriebene Ruhezustand "Deep Power Down" (C6) hinzugekommen.
Zudem hat Intel die Performance der Plattform soweit optimiert, dass die Vorraussetzungen für das Vista Premium Logo bereits bei der Verwendung eines einzelnen Speicherkanals erfüllt werden. Bisher musste der Hersteller des Notebooks eine Dual-Channel Konfiguration verwenden, um diese Hürde zu meistern. Aus Sicht des Endkunden ist natürlich auch weiterhin eine Dual-Channel Bestückung wünschenswert, da diese eine höhere Leistung bietet.
Nach einem Treiberupdate unterstützt die GMA X3100 Grafikeinheit des GM965 Chipsates Hardware Transform & Lighting sowie den Vertex Shader 3.0. Ein weiteres Treiberupdate, welches bis Juni 2008 veröffentlicht werden soll, wird der GMA X3100 Grafikeinheit sogar Unterstützung für DirectX 10 inlusive Shader Model 4.0 bringen. Allerdings wird die 3D-Leistung kaum für aktuelle Spiele ausreichen, Intel wählt diesen Schritt vielmehr aufgrund der Zertifizierung für Windows Vista, welche ab Juni 2008 die DirectX 10 Fähigkeit vorraussetzt.
Ebenfalls neu hinzugekommen ist die Hardware-Beschleunigung für die Wiedergabe von VC-1 und WMV9 Videodaten. Für die Hardwareunterstützung von HD-DVD oder Blu-ray Medien wird ein zusätzlicher Decoderchip benötigt, welchen die Notebook-Hersteller bei Drittfirmen zukaufen müssen.
Bleibt noch der SATA Traffic Monitor zu erwähnen: Dank dieses Traffic Monitors, welcher in der ICH8M Southbridge integriert ist, kann der Prozessor auch dann in den Ruhezustand C3 eintreten, wenn ein Transfer zwischen Serial-ATA Laufwerken stattfindet. Dies geschieht beispielsweise beim Kopieren oder Auslesen einer CD oder DVD. Hierdurch können längere Akku-Laufzeiten erreicht werden und darüber hinaus gibt Intel den Herstellern einen weiteren Grund, auf die Verwendung von Parallel-ATA Geräten zu verzichten.
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