Aclarando conceptos acerca de diseño de procesadores

En los comienzos de año los grandes fabricantes de procesadores suelen publicitar sus nuevos lanzamientos y explicar las novedades de su roadmap.

En este 2011 una de las grandes novedades ha sido el nuevo diseño de Intel, denominado Sandy Bridge, que para finales del 2011 será la base de casi todos los procesadores de este fabricante que continúa así con su filosofía de lanzar diseños modulares que puedan adaptarse a los diferentes segmentos de mercado (i3, i5, i5, Celeron, etc). Este nuevo diseño se basa en la tecnología de 32 nm de Intel.

Aprovecho este lanzamiento para aclarar algunos conceptos que suelen confundirnos a todos:
  • Cuando se habla de tecnología de 32 nm, nos referimos al tamaño de los transistores que componen el procesador. Como sabéis los procesadores actuales se basan en transistores de tecnología MOS, y este tamaño es la medida de la puerta de estos transistores.
  • En ocasiones se habla de densidad de integración en lugar de hablar de tamaño de transistor. Son magnitudes inversamente relacionadas, ya que la densidad de integración mide la cantidad de transistores que caben por unidad de área: cuanto más pequeño sea el transistor, mayor cantidad nos cabe en el mismo área de chip.
  • ¿Y qué relación tiene todo esto con la alimentación y con el consumo de potencia? Cuanto menor sea el tamaño del transistor utilizado para fabricar el procesador, menos tensión de alimentación (voltios) se necesita para que pueda funcionar (la puerta de los transistores es más pequeña, se necesita menos esfuerzo para que pueda conducir electricidad). Y si disminuye esta tensión de alimentación, disminuye el consumo de potencia del procesador.
Ahora bien, uno de vosotros me comentaba el otro día que no entendía por qué el Sandy Bridge sólo se había lanzado con versiones de 4 y 2 cores. Si el transistor es más pequeño ¿por qué no se han incluido directamente más núcleos de ejecución en el procesador para que éste sea más potente?

La respuesta es sencilla. Más cores no implica necesariamente más rendimiento, sin embargo sí implica más consumo de potencia (y más problemas para refrigerar los sistemas adecuadamente). Por eso los diseñadores han preferido aprovechar la cantidad "extra" de transistores que tenían disponibles para mejorar el rendimiento del procesador de otras formas.

Os doy algunos ejemplos, aunque si queréis otro día analizamos este nuevo diseño con más detalle:
  • Se ha integrado hardware específico para procesamiento de vídeo dentro del procesador.
  • Se han incluido Advanced Vector Extensions (AVX) de 256 bits como mejora a las extensiones SSE que permiten realizar operaciones vectoriales (típicas del trabajo con multimedia).
  • Se ha introducido un nivel 0 de caché que almacena microinstrucciones ya decodificadas y que puede evitar el proceso de decodificación posterior.
  • Se ha diseñado un nuevo bus en forma de anillo para conectar todos los cores con la caché de nivel 3 (denominada LLC o Last Level Caché) y que mejora mucho el rendimiento de esta caché compartida.
  • Se ha optimizado el módulo que controla el consumo de potencia del procesador de manera que pueda manejar hasta tres dominios de frecuencia diferentes, controlando las zonas que se encienden y se apagan según lo que se esté ejecutando en cada momento.

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