Intel、45ナノ世代のPenryn/Nehalemコアについて説明

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大塚実　 [2007/03/29]

インテルは29日、次世代の45nmプロセスルールで製造されるプロセッサのアーキテクチャに関し、同社本社にてプレスブリーフィングを開催した。米Intelが28日(現地時間)に発表した内容を受け、国内メディアに対して実施したもの。会見には米IntelのStephen L. Smithバイスプレジデントが電話会議システムにより出席した。

45nmプロセスルールで製造される「Penryn」

「Penryn」(コードネーム)は、同社にとって初めてとなる45nm世代のプロセッサ。現行のMerom/Conroeは65nmプロセスであり、この微細化により、同程度のトランジスタ数であればダイサイズの縮小が、サイズが同じであればより多くのトランジスタの搭載が可能となる。これまで、トランジスタにHigh-kゲート絶縁膜とメタルゲートが採用されることなどが明らかになっていたが、より詳細な情報が今回明らかにされた。

Penrynファミリには6種類の製品が用意されるという。サーバー・ワークステーション向けがUP/DP/MPのXeon、デスクトップ向けがCore 2 Extreme EditionとCore 2、モバイル向けがCore 2となり、現状からブランディングに変更はない。モバイル向けはデュアルコアのみだが、それ以外にはクアッド/デュアルコアの2種類が提供される。


Penrynファミリは6製品。モバイルにはクアッドコアは投入されない	モバイル向けとデスクトップ向けの概要。TDPは従来の範囲内に収まる

トランジスタ数は、デュアルコアが4億1,000万個、クアッドコアが8億2,000万個。ダイサイズは今回、デュアルコアで107平方mmであることが明らかにされた。これは65nm世代の143平方mmから25%の縮小となっている。なおクアッドコアについては、プレゼン資料の画像を見る限り、デュアルコアのダイを2つ並べただけに見える。

Intelは65nm世代で、まずは従来のアーキテクチャをベースにシュリンクした製品を提供し、その次に同じプロセスで新しいアーキテクチャを投入した。同社はこうしたアプローチを各プロセスで続けており(同社はこれを"tick-tock"製品戦略と述べている)、その順番で言うとPenrynはCoreマイクロアーキテクチャの派生型となることが分かる。そして後述の「Nehalem」(コードネーム)は、同じ45nmプロセスで新しいアーキテクチャを採用するものだ。Penrynは2007年後半、Nehalemは2008年の製品投入が予定されている。


シュリンク、新アーキテクチャの投入、を繰り返す同社の"tick-tock"戦略。蛇足ながら、コードネームである"Penryn"はカリフォルニア、"Nehalem"はオレゴンの町の名前だとか	これは同社のプレスキットから。65nmプロセスでは、ゲート絶縁膜の厚さは1.2nm(原子5個分)程度にまで薄くなっており、リーク電流が課題となっていた。High-kゲート絶縁膜はこれを解決できる

Penrynの最大の特徴は、前述のように、トランジスタに初めて、High-kゲート絶縁膜とメタルゲートという組み合わせを用いたことだ。微細化により薄くなりすぎたゲート絶縁膜により、ここからのリーク電流がCPUの消費電力を押し上げる結果となっていたが、High-k材料ではこれを厚くすることができるので、リーク電流の削減が可能となる。同社によると、ゲートリーク電流は1/10以下に削減できるそうだ。

その結果として、動作クロックを上げる余裕が出てくるというわけで、今回、Penrynでは再び3GHz越えを実現することが明言された。ご存じのように、Intelは90nm世代で消費電力の増大に苦しみ、最近でもCPUの動作クロックは2GHz台で伸び悩んでいた。同社はコア数を増やすことで性能を向上していく方向ではあるものの、これら新技術により、速度を再び上げられるようになった意義も小さくはないだろう。

前述のように、PenrynはCoreマイクロアーキテクチャの派生型となるものの、いくつかの部分において拡張がなされる。

(1) Wide Dynamic Execution
除算器の高速化と、Virtualization Technology(VT)の強化が行われる。PenrynのVTでは、entry/exitが25～75%高速になるという。

(2) Advanced Smart Cache
L2キャッシュが50%増加して、デュアルコアで6MB、クアッドコアで12MBまで搭載できるようになる。

(3) Smart Memory Access
FSBが1,600MHzまで高速化される(サーバー・ワークステーション向けのみ)。

(4) Advanced Digital Media Boost
SSE4命令が新たに実装される。

(5) Intelligent Power Capability
モバイル向けPenrynでは、「Deep Power Down Technology」が実装され、アイドル時の消費電力を低減できる。また「Dynamic Acceleration Technology」により、シングルスレッド時の性能を上げることも可能。


Deep Power Down Technologyの概要。L1/L2キャッシュもオフにすることで、アイドル時の消費電力を削減するという	Dynamic Acceleration Technology。一方のコアがアイドルのとき、もう一方を速くして消費電力が上がっても大丈夫、というコンセプト

Penrynのパフォーマンスについては、Smith氏から「Xeonのワークステーション環境において、1,600MHzのFSB、3GHz以上の動作クロック、大きなL2キャッシュの3つが揃った場合、従来よりも最大45%の向上が期待できる。またデュアルコアのデスクトップでは、20%以上の向上が測定できている」というコメントがあった。

またNehalemでは、大幅なアーキテクチャの刷新が図られる。製品ブランドがどうなるかは現時点では不明だが、4命令同時発行、Hyper-threading技術に近いマルチスレッディング、マルチレベル共有キャッシュ、1～8個のコア(1コアで2スレッド実行可能)、GPUやメモリコントローラの統合、などが明らかにされた。

GPUやメモリコントローラの統合については、「configurable(設定可能)」ということだったが(つまり必須ではない)、AMDと同様の戦略に見えるのは興味深い。そのほか、高速なシリアルインターコネクトも考えられているそうで、これはCPU同士やCPU-I/Oデバイス間の接続など、フレキシブルに利用できるということだ。