CPU-Architektur

Guten Tag, ich bin Ivy Bridge

IDF

Im Jahr 2012 will Intel die ersten 22-Nanometer-Prozessoren mit dem Codenamen Ivy Bridge liefern. Die Verkleinerung der Strukturbreite hilft beim Stromsparen und ermöglicht neue Funktionen.

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Blick auf die Ivy-Bridge-Architektur
Blick auf die Ivy-Bridge-Architektur (Bild: Nico Ernst/Golem.de)

Intels selbst auferlegte Strategie des Tick-Tock ist unerbittlich: Alle zwei Jahre, zuletzt Anfang 2011, gibt es einen Umbau der Prozessoren, zwölf Monate danach eine Verkleinerung der Fertigungsverfahren. Die größeren Änderungen heißen Tock, die kleineren Tick. Mit Ivy Bridge stehen von aktuell 32 Nanometern 22 Nanometer als Strukturbreite an - es gibt also ein Tick.

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Die Verkleinerung mit den Trigate-Transistoren ist die Vorarbeit für die neue Stromspartechnik, die wiederum erst mit dem Ivy-Bridge-Nachfolger Haswell Laufzeiten wesentlich verlängern soll. Wie Intel auf dem IDF in San Francisco erklärte, hat das Unternehmen jetzt die Wahl: Entweder kann der Prozessor bei gleicher Leistungsaufnahme doppelt so schnell werden oder bei halbem Energiebedarf gleich schnell.

  • Ivy-Bridge-Präsentation auf dem IDF 2011 (Bild: Nico Ernst)
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Ivy-Bridge-Präsentation auf dem IDF 2011 (Bild: Nico Ernst)

Höhere Taktraten

Das deutet auf erstmals seit vier Jahren wieder stark gesteigerte Taktfrequenzen hin, doch diese Werte nannte Intel noch nicht. Bei den CPU-Kernen selbst gibt es aber auch wichtige Erweiterungen. Eine davon ist eine neue Adressierung von Speicher namens SMEP.

Sie soll einen der häufigsten Angriffe von Schadprogrammen verhindern: Ein Programm, das mit eingeschränkten Rechten läuft, kann mit SMEP nicht mehr Rechte von Betriebssystemteilen oder gar dem Kernel erlangen. Die Umwandlung von virtuellen in physische Speicheradressen ist für User-Mode-Programme und das OS zwar schon jetzt unterschiedlich, werden diese Unterschiede aber im selben Kontext plötzlich übersprungen, kann Ivy Bridge das erkennen.

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Eine weitere Sicherheitsfunktion ist ein Generator für Zufallszahlen, der je nach Länge der Werte zwischen 2 und 3 GBit/s erzeugen kann. Dieser Generator soll anerkannten Standards wie denen von ANSI und NIST entsprechen und damit für sichere Transaktionen im Internet sorgen können. Dafür gibt es auch einen neuen x86-Befehl namens RDRAND.

Sparsamere CPUs

Eher auf der Ebene der Infrastruktur der CPU angesiedelt sind die neuen Funktionen zur Regelung der Leistungsaufnahme. Sie dienen nicht allein dem Stromsparen, denn: PC-Hersteller können die TDP von Ivy Bridge in einem gewissen Rahmen selbst festlegen. Das beeinflusst unter anderem die Turbo-Stufen. In Zukunft dürfte also die Modellnummer nicht mehr eindeutig auf die Rechenleistung eines Prozessors hinweisen.

Dazu kommt, dass Intel für jeden einzelnen Chip die Werte für die Spannungen bei den Taktstufen festlegen will. Zwei Ivy Bridges mit nominal gleicher Rechenleistung und Strombedarf können dann dennoch unterschiedlichen Energiebedarf haben: Der eine braucht für den geforderten Takt mehr Spannung, der andere nicht. Ob diese Unterschiede sich aber auch messen lassen oder einen signifikanten Einfluss etwa auf die Laufzeit eines Notebooks haben, ist noch nicht bekannt.

Generell sparsamer sollen die neuen CPUs durch drei andere Maßnahmen werden: Alle unterstützen DDR3-DRAM mit weniger als 1,5 Volt (DDR3L), der Speicherbus lässt sich stilllegen und dessen Abschluss kann auf dem Die der Speicherbausteine stattfinden (ODT). Das braucht dann aber auch neue Speichermodule, mit älteren von 1,5 Volt und mehr werden die Ivy Bridges aber auch funktionieren.

Bessere Onboard-Grafik

Die größten Änderungen ergeben sich bei den Grafikkernen. Intel hat, wie auf den Blockdiagrammen zu sehen ist, nicht nur DirectX-11 in seine "HD Graphics" integriert. Da dafür ohnehin eine Einheit mit fester Funktion in Form des Tessellators nötig war, wurden gleich weitere dieser Fixed-Function-Units geschaffen.

Dazu gehören ein Blitter sowie Controller für drei gleichberechtigte Display. So kann beispielsweise ein Notebook mit zwei externen Monitoren betrieben werden, wenn es zugeklappt ist. Das geht bisher nicht bei allen Geräten, weil das interne Display in der Regel auch elektrisch der erste Monitor ist.

Wie Intels Chefentwickler für die Grafikkerne, Tom Piazza, in seinem Vortrag sagt, wird bei Ivy Bridge auch etwas verbaut, das schon für Sandy Bridge vorgesehen war: Die GPU bekommt ihren eigenen L3-Cache. Dass dieser beim Vorgänger eingespart wurde, liegt laut Piazza an seiner bei Sandy Bridge geringen Effizienz.

Höchstens 5 bis 10 Prozent mehr Grafikleistung hätte der L3-Cache bei Sandy Bridge gebracht, sagte der Chipdesigner. Da bei Ivy Bridge aber sowohl CPU als auch GPU viel schneller werden sollen, kann der L3-Cache der GPU den Ringbus soweit entlasten, dass sich sein Einsatz dann doch wieder lohnt. Wie auch bei anderen Cache-Größen gab Piazza die Kapazität des GPU-L3 aber nicht an.

Auch insgesamt hat Intel diesmal über die nächste CPU-Architektur viel weniger verraten als in den Jahren zuvor. Das mag aber auch daran liegen, dass bei den vorherigen IDFs die Markteinführung viel näher lag: Sandy Bridge erschien nach Vorstellung im September 2010 bereits im Januar 2011. Bei Ivy Bridge ist unbestätigten Angaben zufolge erst das zweite Quartal 2012 vorgesehen.

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