Neue Architektur: Intels Mobil-CPU "Silverthorne" mit 2 Watt

Details zum Mobil-Prozessor von der ISSCC. Im Rahmen der derzeit in San Francisco stattfindenden "International Solid State Circuits Conference" (ISSCC) hat Intel nun konkrete Angaben zu Aufbau und Leistungsaufnahme des Prozessors mit dem Codenamen "Silverthorne" gemacht. Es ist Intels erstes Design, das von Grund auf für Jackentaschengeräte wie UMPCs, Smartphones und Media-Player entwickelt wurde – folglich soll die CPU im Leerlauf auch unter einem Watt verbrauchen.

5. Februar 2008 um 22:23 Uhr / Nico Ernst

Intel hatte den Silverthorne im April 2007 auf dem IDF in Peking zuerst kurz vorgestellt, auf der folgenden Veranstaltung im Herbst 2007 in San Francisco aber keine relevanten Details zu der neuen Architektur verraten. Dabei handelt es sich doch, so Intel-CEO Paul Otellini im Interview mit der FAZ, um die "wichtigste Neueinführung seit dem Pentium" .

Silverthorne – der endgültige Produktname steht noch nicht fest – ist Intels erste Prozessor-Architektur, die konsequent für akkubetriebene mobile Geräte entwickelt wurde. Was bisher in UMPCs wie bei der aktuellen Plattform "Menlow" verbaut wird, sind im Wesentlichen Derivate von herkömmlichen Notebook-Prozessoren, die als "Ultra Low Voltage"-Variante mit geringem Takt und reduziertem L2-Cache auf Leistungsaufnahmen unter 10 Watt gedrückt wurden. Die Rechenleistung bleibt so auf der Strecke.

Zur ISSCC, und damit noch drei Monate vor dem nächsten IDF, hat Intel nun erklärt, wie Silverthorne das Kunststück aus höherer Rechenleistung als bei bisherigen UMPC-Prozessoren und dennoch deutlich reduziertem Stromverbrauch fertig bringen soll. Wie schon vorher aus inoffiziellen Dokumenten hervorging, ist der Prozessor nicht wie alle aktuellen x86-Designs von Intel eine Out-of-Order-CPU. Vielmehr werden alle Befehle in der Reihenfolge des Programmcodes nach dem Dekodieren abgearbeitet. Je Takt kann Silverthorne 2 Befehle ausführen und zusätzlich 2 Threads parallel bearbeiten.

Intel nennt diese Parallelität nun auch wieder "Hyper-Threading", wie schon beim Pentium 4. Das Verfahren ist nun aber verfeinert und auf Stromsparen optimiert. So werden mehrere Funktionseinheiten von vornherein als Mehrzweck-Schaltungen verwendet, wodurch sich zusätzliche Logik einsparen lässt. Als Beispiel nennt Intel das Multiplizieren und Teilen von Integer-Zahlen, was bei Silverthorne auch die SIMD-Einheiten und die FPU übernehmen können. Das Blockdiagramm von Silverthorne zeigt auch, dass die Aufteilung in Threads eigene Registersätze, Queues und Prefetches mitbringt. Die Aufteilung ist damit viel feiner als noch beim Pentium 4.

Nur 9 Prozent der "Functional Unit Blocks" (FUBs), oder Funktionseinheiten, sind laut Intels ISSCC-Papieren für einen einzelnen Zweck gedacht, der Rest sind Mehrzweck-Rechenwerke. Insgesamt besteht Silverthorne logisch gesehen aus 205 FUBs, die Intel entsprechend der Häufigkeit ihrer Aufrufe hintereinander platziert hat. Dadurch können sich andere Einheiten schnell abschalten und somit Strom sparen, weil bei In-Order-Verarbeitung früh feststeht, dass sie nicht unmittelbar wieder gebraucht werden.

Offenbar will Intel die Anpassungen von bestehenden Programmen, insbesondere den Betriebssystemen, möglichst gering halten. Dass Silverthorne bei gleichem Takt dieselbe Leistung wie etwa ein Core 2 erbringt, scheint durch die In-Order-Architektur recht unwahrscheinlich. Daher sind für einen Handheld-Prozessor riesige L1-Caches von 32 KByte für Befehle und 24 KByte für Daten sowie ein 8fach assoziativer L2-Cache von 512 KByte vorgesehen.

Auf eine breite Softwarebasis lässt auch der Funktionsumfang hoffen: SSE3 wird ebenso unterstützt wie Virtualisierung (VT) und 64-Bit-Funktionen nach "Intel64", dem zu AMD64 kompatiblen Registersatz. Den Speichercontroller hat Intel bei Silverthorne noch nicht integriert, ein zugehöriger Chipsatz kann über einen FSB mit effektiv 533 MHz angebunden werden.

All das will Intel mit einer Leistungsaufnahme von 0,6 bis 2 Watt erreichen. Bei 2 GHz Takt und unter der vollen Last eines "Power-Virus" soll Silverthorne nur 2 Watt aufnehmen. Solche Testprogramme bestehen aus unsinnigen Code-Folgen, die bei realen Anwendungen nie vorkommen und die Schaltung voll auslasten, auch wenn sie dabei keine brauchbaren Rechenergebnisse liefert. Diese 2 Watt sind also nicht mit der "Thermal Design Power" (TDP) zu verwechseln, auch wenn Intel sie in den ISSCC-Unterlagen noch so nennt. Bei 2 GHz kommt Silverthorne mit 1 Volt Kernspannung aus, 1,2 Volt machen sogar 2,5 GHz möglich.

Gefertigt wird der neue Mobil-Prozessor in 45 Nanometern Strukturbreite, sein Die aus 47 Millionen Transistoren ist nur 25 Quadratmillimeter groß, fast ein Drittel davon besteht aus Caches. Zum Vergleich: Das Dual-Core-Die eines Penryn ist 214 Quadratmillimeter groß, beherbergt aber auch 6 MByte L2-Cache. 14 x 13 Millimeter misst das Chip-Gehäuse (Package) eines Silverthorne.

Bereits im März 2007 hat Intel das "First Silicon" des Silverthorne hergestellt. Bedingt durch die langen Entwicklungszyklen sollen erste Geräte mit dem neuen Chip frühestens Mitte 2008 auf den Markt kommen, gedacht ist nicht mehr nur an UMPCs und "Mobile Internet Devices" (MIDs), sondern auch an Smartphones und portable Media-Player. Die zugehörige Plattform mit Chipsatz und Funkanbindung nennt sich "Menlow".