Intel Ivy Bridge, i processori core di terza generazione

Pubblicato il: 14/05/2012
Autore: Daniele Preda

Le CPU Core di terza generazione ereditano la maggior parte delle specifiche già viste nei processori Sandy Bridge, oltre al package LGA1155. L'apporto della tecnologia costruttiva a 22 nm permette di abbassare i consumi e di ottimizzare alcuni componenti interni.

Nel corso di questi ultimi mesi ci sono state molte smentite e molte chiacchiere riguardo ai processori Core di nuova generazione e alle relative caratteristiche. I ritardi e i posticipi previsti,  trapelati via Web, hanno fatto il resto, creando uno stato di interesse e di attesa generale.
Intel qualche giorno ha ha svelato una parte cospicua delle numerose novità legate alle CPU, alla piattaforma operativa e al contesto nel quale vengono introdotti i prodotti della serie nota come Ivy Bridge. Questa famiglia di processori e chipset segue, a distanza di più di un anno, la fortunata serie di dispositivi nota come Sandy Bridge.
Nel processo evolutivo che sta alla base del piano di sviluppo Intel, Ivy Bridge rappresenta un passaggio "Tick". L'alternanza tra le fasi "Tick" e "Tock" contraddistingue da alcuni anni il meccanismo con cui il chip maker introduce periodicamente le nuove piattaforme.
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Nello specifico, un passaggio "Tick" sottintende l'utilizzo di buona parte dell'architettura assimilata nei prodotti di generazione precedente e apporta una riduzione del processo costruttivo. Come si è già potuto analizzare nei mesi precedenti, Ivy Bridge è il primo processore a utilizzare transistor Tri-gate con tecnologia di integrazione a 22 nm.
Di fatto, ogni due "rintocchi", potremmo dire, si ottiene un salto di architettura, inframmezzati da una continua riduzione del sistema di costruzione fisica del microprocessore. In precedenza le architetture Penryn e Nehalem hanno condiviso un processo costruttivo a 45 nm, così come Westmere e Sandy Bridge condividono quello a 32 nm, che caratterizza i processori immessi sul mercato nel 2010/2011.
Le CPU Core di terza generazione ereditano dunque, in modo diretto, la maggior parte delle specifiche già viste nei processori Sandy Bridge, oltre al package LGA1155 (retro-compatibile meccanicamente ed elettricamente). L'apporto di una tecnologia costruttiva permette, non solo di abbassare i consumi rispetto al passato, ma di intervenire in termini di ottimizzazione e aggiornamento di alcuni componenti interi.
Ivy Bridge non deve dunque essere visto come una "semplice" riduzione di dimensioni rispetto a Sandy Bridge, ma come una rivisitazione, che ne migliora consumi e prestazioni.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-3.jpgLa schematica evidenzia le differenti parti interne, costituite da oltre 1,4 miliardi di transistor.Osservando la complessità circuitale si può capire quanto detto, il conteggio dei transistor utilizzati è salito a 1,4 miliardi e la dimensione del Die è di 160 mm2. Per fare un confronto, basta constatare che il precedente Sandy Bridge utilizza circa 995 milioni di transistor e sfrutta un Die sensibilmente più grande (216 mm). Possiamo notare come, a fronte di una dimensioni complessiva inferiore, le nuove soluzioni siano in grado di contenere circa il 41% in più di elementi base. Gran parte di questi transistor sono stati impiegati per migliorare e rendere più flessibile la sezione grafica Intel HD, ora sensibilmente più veloce che in passato.

[tit:Ivy Bridge per desktop]Il primo aspetto interessante delle nuove CPU, già da diverso tempo sottolineato da Intel, riguarda l'adozione di una piattaforma costruttiva rivoluzionaria, per certi aspetti. L'uso di transistor tridimensionali permette la gestione del flusso di corrente su tre lati del canale, anziché attraverso uno solo, come avviene per le diffuse varianti planari. Il vantaggio diretto che si può trarre da un sistema di controllo così puntuale riguarda la maggiore efficienza operativa, grazie alla ottimizzazione del flusso di corrente. Questo porta a prestazioni migliori, quando il dispositivo è attivo (ON) e a una minore dispersione termica quando è inattivo (OFF).
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-5.jpgIl wafer di silicio ospita numerosi Die Ivy Bridge.In data odierna, Intel presenta le soluzioni quad-core, appartenenti alle serie Core i7 e Core i5, sia per desktop, sia per dispositivi mobile. Le successive varianti specificamente pensate per ultrabook, quelle dual-core e le versioni business, saranno rese disponibili più avanti.
Durante la presentazione alla stampa, Andrea Toigo, Enterprise Technology Specialist Intel ha evidenziato le caratteristiche principali dei processori disponibili sin da oggi.
Per il segmento desktop sono stati annunciati 9 unità appartenenti alle categoria Core i7 e Core i5, nelle declinazioni standard o Low Power. Nel dettaglio, le varianti standard offrono frequenze comprese tra 3,5 GHz e 3,1 GHz, allineandosi alle attuali versioni Core di seconda generazione.
Grazie al sistema Turbo Boost di nuova concezione è possibile raggiungere maggiori prestazioni, sfruttando un efficiente algoritmo che interpreta il carico di lavoro in tempo reale. In questo modo, la versione attualmente più potente Core i7-3770K può raggiungere i 3,9 GHz di clock. Intel ha mantenuto inalterato l'approccio relativamente alla cache L3 di tipo Smart, assicurando un massimo di 8 MByte per le varianti Core i7 e 6 MByte per i Core i5.
Come anticipato, tutte le versioni attuali vantano quattro core fisici, in aggiunta i processori Core i7 affiancano il sistema di gestione HyperThreading per raddoppiare il numero di thread eseguiti parallelamente. 
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-8.jpgNel dettaglio le cinque varianti desktop standard power, con TDP da 77 W.Indipendentemente dalla famiglia di appartenenza, Intel ha scelto di non modificare il logo che caratterizza il brand, per assicurare una continuità al marchio. Non sono stati alterati neppure i criteri di catalogazione dei modelli, infatti, oltre all'indicazione relativa alla serie "i7" o "i5", alle abituali tre cifre numeriche che identificano la versione specifica, è stato anteposto il numero 3, a segnalare l'appartenenza alla terza generazione Core. Di fatto risulta particolarmente semplice e immediato orientarsi tra i nuovi modelli.
Per le versioni standard è stato mantenuto anche il suffisso "K", che sta a indicare i processori sbloccati di fabbrica e predisposti per l'overclock. Trattandosi di variazioni della piattaforma Sandy Bridge, le nuove CPU incorporano tutte una sezione video direttamente integrata nel Die.
Sono disponibili due varianti, Intel HD Graphics 4000 per i modelli Core i7 e HD 2500 per i Core i5.
Da notare, infine, la netta diminuzione dei consumi tipici, con TDP di 77 W per le cinque versioni, rispetto ai 95 W che caratterizzano le attuali soluzioni quad-core di seconda generazione. I nuovi processori sono in grado di offrire maggiori capacità di calcolo a fronte di un TDP mediamente inferiore del 19%.

[tit:22 nm, consumi contenuti]Con l'adozione del processo costruttivo a 22 nm, Intel si trova di fatto in una posizione di vantaggio rispetto ai competitor, soprattutto nel segmento dei PC a basso consumo e dei dispositivi mobile. Per questo tipo di ambienti, sono state presentate quattro soluzioni specifiche low power desktop e cinque per notebook.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-9.jpgLe attuali versioni desktop low power vantano TDP di 45 W o 65 W.I processori desktop comprendono due unità Core i7 da 2,5 GHz e 3,1 GHz, oltre a due Core i5 da 3 GHz e 2,8 GHz. Le prime ospitano quattro core e sono in grado di gestire otto thread, mentre le CPU Core i5 mancano di supporto HyperThreading e possono contare sui soli core fisici.
L'abbinamento della cache L3 è invariato rispetto alla soluzione standard desktop, così come il supporto per memorie DDR3 sino a 1,6 GHz di frequenza. In questo caso le soluzioni a frequenza più bassa raggiungono un TDP di 45 W, mentre le versioni a 3 GHz e oltre mostrano un TDP di 65 W.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-10.jpgL'unica versione Extreme Edition attualmente disponibile è costituita dal Core i7-3920XM per notebook.Le soluzioni per notebook si contraddistinguono per un Thermal Design Power tra 55 W e 35 W, allineandosi alle specifiche della precedente generazioni. Bisogna tuttavia considerare la maggior prestazioni offerte, a vantaggio della nuova piattaforma Ivy Bridge, capace di assicurare un rapporto prestazioni/consumi ancora più vantaggioso.
In questo caso si spazia tra i 2,9 GHz di frequenza base, per l'unico modello Extreme Edition attualmente presentato, il Core i7-3920XM, e i 2,1 GHz del Core i7-3612QM. L'adozione della rinnovata tecnologia Intel Turbo Boost 2.0 permette notevoli incrementi di frequenza, abilitando un determinato numero di nuclei e spingendo il clock standard oltre 1 GHz più in alto, se si lavora con un solo core.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-4.jpgAd esclusione dei due modelli attualmente al top (Core i7-3820QM e Core i7-3920XM), che vantano 8 MByte di cache, le altre versioni sfruttano una SmartCache di 6 MByte, condivisa tra i core e il nucleo grafico. Trattandosi unicamente di processori della serie Core i7, gli attuali modelli per notebook sfruttano tutti una GPU HD 4000, con clock base di 650 MHz. Eventuali incrementi di frequenza del processore grafico sono modulati in funzione del TDP che deve essere rispettati e sono compresi tra 1,1 GHz e 1,3 GHz.

[tit:Tecnologie]Oltre al dettaglio delle singole CPU, sin qui descritto, Intel garantisce il supporto per una serie di tecnologie mirate a incrementare le prestazioni e a ridurre i consumi del sistema. È stato migliorato il supporto per le funzionalità Turbo Boost, ora capace di tempi di reazione più contenuti e una maggiore modularità.
Il core grafico, che costituisce parte integrante della CPU, è assoggettato a regole analoghe, grazie alla Intel HD Graphics Dynamic Frequency Technology. In questo caso, l'incremento di frequenza dei core e della GPU è basato sul reale carico di lavoro e sul TDP condiviso tra i diversi comparti. Il processore risulta così in grado di rispondere alle esigenze dello specifico scenario operativo, grazie anche alla possibilità di gestire l'override ratio della CPU (sino a 63) e GPU (massimo 60), rispettivamente per step di frequenza base di 100 MHz e 50 MHz. Con Ivy Bridge, Intel introduce inoltre il supporto per la modifica del clock in tempo reale, parzialmente disponibile nelle versione Sandy Bridge-E ed assente in Sandy Bridge.  
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-11.jpgIntel introduce inoltre il concetto di Platform Responsiveness Technologies, specifiche tecnologie mirate a ridurre i tempi di reazione del PC e la disponibilità pressoché costante degli applicativi.
Intel Smart Response si occupa di gestire i dati e i file utilizzati con maggiore frequenza, per velocizzare gli accessi. Per fare questo viene adottata una sinergia tra drive magnetici e unità Solid State (SSD), con incrementi medi del 50% rispetto all'utilizzo del solo disco rotazionale. Questo permette di ottenere tempi di boot e resume più rapidi a costi contenuti.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-12.jpgPer neutralizzare i tempi di attesa nelle fasi di riattivazione della macchina dopo un periodo di standby, viene utilizzata la piattaforma Rapid Start Technology. Al momento della sospensione delle attività, il sistema si occupa di salvare su SSD i dati temporaneamente archiviati in RAM. In questo modo è possibile passare alla modalità a basso consumo senza perdere la sessione di lavoro. Una volta riattivato il PC potremo usufruire dei programmi e dei file, così come li abbiamo lasciati, entro un tempo di 5 secondi.
Tra gli aspetti più interessanti, la possibilità di mantenere aggiornati tutti quei servizi che lavorano in modalità di controllo push, come il download della posta elettronica, la messaggistica istantanea e i feed dai social network. Con Smart Connect, Intel abbina la propria piattaforma hardware al supporto, ancora in fase di sviluppo, di molteplici partner software. Sfruttando la Intel AppUp e i programmi debitamente compilati sarà possibile ricevere continuamente informazioni anche quando il PC è in standby. Per fare questo, la specifica piattaforma Smart System Energy Management si occupa di attivare il sistema in modalità di basso consumo e di mandarla nuovamente in stato di riposo quando la sincronia è stata terminata.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-13.jpgL'uso delle tecnologie sin qui descritte impone l'utilizzo di una piattaforma interamente aggiornata, partire dai processori di ultima generazione, ai chipset, all'introduzione di drive SSD nella propria configurazione, oltre al supporto BIOS e software di terze parti.  

[tit:Intel HD 4000 e HD 2500]Come anticipato, la riduzione del processo costruttivo ha permesso a Intel di realizzare CPU, più efficiente e più veloci. Il chip maker ha scelto di sfruttare la precedente piattaforma Sandy Bridge come base di partenza, alla quale però sono state effettuate numerose ottimizzazioni, per assicurare un'esperienza d'uso ancora più fluida. L'abbinamento con i chipset della serie 7, consente di beneficiare di tutte le peculiarità della piattaforma Intel di ultima generazione, a partire dal supporto nativo per il bus PCI Express 3.0.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-6.jpgL'architettura interna della CPU: si può notare come il comparto grafico costituisca una parte cospicua della nuova architettura Ivy Bridge.Il processore incorpora ora una sezione video sensibilmente più potente e declinata secondo due varianti: HD Graphics 4000 e HD Graphics 2500.
Entrambe le GPU sfruttano un'architettura Unified Shader Architecture, secondo lo Shader Model 4.1, lo stesso adottato per le precedenti HD2000/HD3000. Le nuove varianti differiscono però per il supporto API e per la potenza effettiva di calcolo.
Nel dettaglio, HD 4000, attualmente installata solo sulle CPU Core i7, vanta 16 Execution Unit, quattro in più rispetto ad HD 3000 e una frequenza sino a 1.350 MHz. Intel prevede un incremento delle prestazioni di due volte, se paragonata alla soluzione integrata Sandy Bridge.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-15.jpgNel confronto vengono mostrate le differenze tra le due generazioni di processori Intel.La GPU HD Graphics 2500 non apporta invece sostanziali modifiche a livello di potenza di calcolo, rispetto alla versione HD 2000. In questo caso Intel si aspetta un boost di performance del 10% - 20%.
Tra le novità fondamentali per entrambe le GPU, il supporto DirectX 11, laddove in precedenza era disponibile solo la gestione delle API DirectX 10.1. Lo stesso vale per le OpenGL, che passano dalla versione 3.0 alla 3.1, mentre, con gli attuali modelli, il chip maker apre la compatibilità per l'architettura OpenCL 1.1, non disponibile in  precedenza.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-14.jpgA livello funzionale, è ora possibile collegare simultaneamente sino a tre display e sfruttare risoluzioni massime di 2.560x1.600 pixel. In questo caso si possono usare le uscite video di default HDMI 1.4 e DispalPort, anche se alcune combinazioni video potrebbero non essere disponibili tutte le risoluzioni standard. La sezione grafica consente la gestione di tre stream indipendenti e concorrenti, mentre l'output a livello fisico passa tramite il PCH Intel (Platform Controller Hub) e consente di abilitare uscite differenti in base alle necessità e alle scelte progettuali. Oltre all'uscita HDMI con supporto 3D stereoscopico, è possibile gestire la protezione digitale dei contenuti via PAVP.

[tit:Tecnologie video]Per garantire un'esperienza multimediale completa, Intel ha migliorato la piattaforme Quick Sync Video, che consente di completare il processo di trans-codifica video, interamente in hardware. Le funzioni di Preprocessing ed Encoding possono essere svolte direttamente dalla CPU, mediante un set di istruzioni dedicate.
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-16.jpgGrazie a questa caratteristica e utilizzando software predisposti, è possibile dimezzare i tempi relativi alla codifica di stream A/V. In questo modo potremo effettuare la conversione video, la registrazione l'upload e la creazione di contenuti 3D in tempi molto ridotti. Per accelerare l'adozione di questa piattaforma, Intel si affida ai partner software più importanti, come CyberLink, ArcSoft, Corel, Roxio e GoPro.

La gestione dei contenuti 3D è affidata alla rinnovata piattaforma InTru 3D, che aggiunge la possibilità, ancora in fase di sviluppo, di mostrare immagini stereo senza l'ausilio di occhiali, tramite speciali display (3D autostereoscopico).
intel-ivy-bridge-processori-a-22-nm-17.jpgPer quanto riguarda la trasmissione del segnali video via wireless, viene mantenuta la piattaforma WiDi, o Wireless Display. In questo modo è possibile trasferire immagini in alta definizione tra il proprio notebook a un sistema video predisposto. Il collegamento tra i dispositivi viene effettuato tramite interfaccia wireless IEEE802.11n e, grazie all'ampia banda disponibile, è possibile mostrare immagini e filmati in HD di alta qualità. Alle specifiche già note, il produttore aggiunge il supporto per la cifratura del flusso dati, ideale per gli ambienti professionali.

Con Clear Video Technology viene migliorato l'algoritmo di controllo delle immagini e la relativa ottimizzazione rispetto ai contenuti. È possibile intervenire sul controllo colore su sei assi (CMY – RGB) e sfruttare il sistema di riproduzione adattiva del contrasto. Questo sistema assicura contorni definiti e aree scure caratterizzate da neri profondi e intensi. Per la riproduzione di foto e film è disponibile anche il controllo tonale della pelle dei soggetti, capace di riprodurre sfumature fedeli e realistiche.  

Per migliorare la qualità delle videochiamate e delle videoconferenze, Intel propone il supporto HD Video Conferencing, che abbina all'engine di transcodifica Quick Sync, l'elevata qualità Full HD 1080p e 720p. La piattaforma è ottimizzata per utilizzi domestici e per sistemi enterprise e garantisce un buon rapporto tra dettaglio e impiego delle risorse, per un minore consumo delle batterie.  
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Decisamente interessanti le feature comprese nel pacchetto Intel Insider 2.0. Tra queste, la possibilità di condividere risorse multimediali tra differenti sistemi registrati tramite Insider, sia direttamente, sia tramite il cloud. Questa piattaforma offre inoltre la possibilità di acquistare contenuti precaricati e visualizzati successivamente, in modalità off-line. Con UltraViolet invece si intende creare un'architettura cloud che permetta la gestione dei diritti relativi ai contenuti, in modo da assicurare la visualizzazione su piattaforme multiple.

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