Intel Nehalem EX: 8-core CPU's voor high-end servers

Beckton chip

De Nehalem EX chip, codenaam Beckton, wordt geproduceerd middels het 45nm productieprocedé. De chip bevat circa 2,3 miljard transistors, ongeveer het dubbele van het aantal in de afgelopen maand geïntroduceerde en door Hardware.Info uitgebreid besproken 6-core Westmere processors voor 2-weg servers. Zeker als je bedenkt dat Westmere wordt gemaakt met kleinere 32 transistors, mag je wel concluderen dat Nehalem EX een gigantische chip is, die Intels 45nm proces tot het uiterste drijft. De Beckton chips maken gebruik van de nieuwe Socket 1567 processorvoet.

Intel Nehalem EX met Socket 1567 van boven- en onderkant.

De Beckton chip bestaat uit 8-cores, het dubbele aantal van de bestaande Nehalem-processors in de 45nm generatie. De van de andere Nehalem processors bekende HyperThreading technologie is ook bij Nehalem EX aanwezig: iedere core kan gelijktijdig instructies van twee programmathreads verwerken. Zodoende doet een enkele Nehalem EX processor zich ten opzichte van het besturingssysteem voor als een 16-core CPU. Met vier Beckton chips in één server, ziet het besturingssysteem 64 cores. Iedere core heeft 256 kB eigen L2-cache. Daarnaast bevat de Beckton processor 24 MB gedeelde L3-cache, twee keer zoveel als de Westmere processors. Iedere Beckton processor heeft een vierkanaals DDR3-geheugencontroller aan boord. Tenslotte is er een viertal QuickPath interfaces om de processors onderling en met de chipset te verbinden. Dankzij de vierde QuickPath bus kunnen de Nehalem EX processors ook in systemen met meer dan twee processors gebruikt worden. 4-weg en 8-weg systemen zullen het meest voorkomen, maar theoretisch ligt het maximum op liefst 256 CPU's.

In bovenstaande afbeelding zie je een blokschema van de Beckton chip. Hierin zien we ondermeer dat de 24 MB L3-cache is opgedeeld in 8 afzonderlijke blokken van 3 MB. Al die blokken kunnen gelijktijdig voor verschillende cores gebruikt worden. Op die manier bewerkstelligt Intel een zo hoog mogelijk bandbreedte tussen cores en cache. In theorie kunnen cores en L3-cache met zo'n 200 GB/s met elkaar communiceren. De L3-cache is volledig inclusive, wat betekent dat data uit de L2-caches van de verschillende cores altijd per definitie identiek in de L3-cache staat. Op die manier is een intern snoop filter overbodig: core x kan bekijken of een bepaald stuk data dat hij wil gaan schrijven toevallig in de L2-cache van een andere core staat door simpelweg de L3-cache te bekijken en daarmee de andere cores niet te storen. Ook andere processors kunnen via de QuickPath interface de caches van de externe cores controleren door even de L3-cache te bekijken.

Om de verschillende chip onderdelen op hoge snelheid met elkaar te laten communiceren, vinden we midden in de chip een router blok. Deze router is verbonden met de L3-cache, de twee dual-channel geheugencontroller en de viervoudige QuickPath interface. Om zo snel mogelijke communicatie te bewerkstelligen kunnen geheugencontroller en L3-cache ook rechtstreeks met elkaar communiceren.

De quad-channel geheugencontroller kan verbonden worden met zogenaamde Scalable Memory Buffer chips die op een Nehalem EX moederbord een plaats vinden. Eén zo'n SMB neemt twee geheugenkanalen voor z'n rekening nemen en met elk van die kanalen kunnen vier DIMM's worden verbonden. Per Nehalem-EX processor kun je zodoende maximaal 16 DIMM's aansturen. In een 4-socket systeem heb je dus met DIMM's van 4 GB per stuk de beschikking over 256 GB geheugen. Wie investeert in peperdure 16 GB DIMM's zou tot een terabyte aan geheugen kunnen gaan in een vierweg systeem. Voor de cores is er een latency van circa 108 nanoseconden om direct verbonden geheugen te adresseren. Voor geheugen dat met een andere CPU verbonden is geldt een gemiddelde toegangstijd van 161 nanoseconden.

RAS features

Nehalem-EX kenmerkt zich verder door een groot aantal reliability features, zoals dat gebruikelijk is in het segment van 4- en 8-weg servers. De lijst zogenaamde RAS features (Reliability, Availability and Serviceability) is erg lang. Zo kunnen falende geheugenmodules automatisch uitgezet worden, is het mogelijk om terwijl de server draait geheugenmodules en zelfs processors te vervangen, is er een mogelijkheid om geheugenmodules te mirrorren (een soort RAID 1 voor geheugenmodules), zit er op alle bussen binnen het systeem verregaande foutcorrectie en zo verder. Onderstaand overzicht geeft een beeld van de belangrijkste RAS-features.