베일을 벗은 인텔의 샌디 브릿지

●4 코어판 Sandy Bridge는 220평방 mm정도의 die size 

　Intel 는, 금년(2010년) 제4/4분기에 양산을 시작하는 차기 CPU「Sandy Bridge(샌디 브릿지)」의 베일을 벗겼다. 중국 북경에서 개최되고 있는「Intel Developer Forum(IDF) 2010 Beijing」로, Sandy Bridge의 웨이퍼를 공개. 또, 내부 버스의 접속 형태 등, 아키텍쳐의 일부를 분명히 했다. 그 결과, Sandy Bridge에 대해서, 한층 더 모습이 명료하게 되었다.

　300 mm웨이퍼상에서의 Sandy Bridge는, 옆에 14개약, 세로에 28.5개 정도가 배치되어 있다.계산상에서는 die size(반도체 본체의 면적)는 220평방 mm대가 된다.이 극단적(으)로 횡장의 Sandy Bridge는 4 코어 플러스 GPU 코어의 제품인 것을 알 수 있고 있다. 아래는, 이번 IDF로 공개된 다이 사진을 베이스로 작성한 Sandy Bridge의 레이아웃도다.

　Intel 의 퍼포먼스 CPU는, 현재 die size가 Bloomfield(블룸 필드)로 263평방mm, Lynnfield(린필드)로 296평방 mm와 200평방 mm대 후반에 이르고 있다.

원래, Intel의 퍼포먼스 데스크탑 CPU의 die size는 200평방 mm전후(이었)였던 것이, 퍼포먼스 GPU가 4 코어화한 이래, 다이가 비대화 하고 있었다. Sandy Bridge에서는, 오래간만에 die size가 200평방 mm대 전반과 보다 낮은 수준에 떨어진다.

　32 nm프로세스로 제조되는 4 코어판의 Sandy Bridge는, 45nm프로세스의 Nehalem(네할렘) 계 4코어 CPU보다 die size가 작아진다.그 만큼, 제조 코스트가 싸다.즉, Intel는 4코어 CPU의 저가격화를, 보다 적극적으로 행하는 것이 가능하게 된다. Sandy Bridge의 220평방mm는, GPU 코어도 포함한 숫자이며, 시스템 전체로의 제조 코스트는 한층 더 낮아진다.

●Nehalem로부터 의외로 증가하지 않는 Sandy Bridge의 CPU 코어의 사이즈 

　Sandy Bridge는 Intel의 32 nm프로세스「P1268」로 제조된다.P1268에서는, 벌써 Nehalem 마이크로 아키텍쳐계의 Westmere(웨스트미어)가 제조되고 있다.

같은 32nm프로세스로, Nehalem계와 Sandy Bridge계를 비교해 보면, 재미있는 것을 알 수 있다.

　32nm판 듀얼 코어의 Westmere 2C의 다이는 2개의 CPU 코어와 4 MB의 L3캐쉬, QuickPath Interconnect(QPI) 베이스의 MCP 인터페이스등에서 구성되어 있다.

동축척으로 2개의 CPU를 비교한 것이 아래의 그림이다.비교하면, 우선, CPU 코어의 사이즈가 그만큼 변하지 않는 것을 알 수 있다.

　Sandy Bridge의 CPU 코어는, 동프로세스의 Nehalem계의 CPU 코어보다 10% 정도 밖에 커지지 않았다. Sandy Bridge에서는, 부동 소수점 SIMD(Single Instruction, Multiple Data) 연산 유닛의 확장등이 행해지고 있지만, 다이 에리어에의 임펙트는10% 정도의 테두리에 들어가는 정도인 것을 추측할 수 있다.

　Nehalem 계에서는 각 CPU 코어에 L3캐쉬 슬라이스가 2 MB씩 부속되어 있다. 동축척으로 동프로세스의 Sandy Bridge를 비교하면, 각 CPU 코어아래의 L3캐쉬 부분의 면적이, Nehalem계와 거의 같다라고 하는 것이 안다.즉, Sandy Bridge의 다이에서는, 각 CPU 코어에 2 MB씩의 L3캐쉬 슬라이스가 부속되어 있을 가능성이 높다.덧붙여서, Intel는 32nm프로세스에서는 CPU 전용으로 3 종류가 다른 SRAM 매크로를 가지고 있다. L3캐쉬는 메모리 셀 밀도가 가장 높은 LV SRAM로 구성되어 있어 이것은 Sandy Bridge에서도 같다고 추측된다.

●같은 PC를 위한 4 코어에서도 2개가 다른 다이가 존재할 가능성 

　 각 CPU마다 2 MB의 L3캐쉬라고 하는 구성이 기묘한 것은, 데스크탑과 서버에서는 4 코어판의 L3캐쉬 슬라이스는 각 CPU마다 1.5 MB로, 4 코어판에서는 합계 6 MB의 L3캐쉬가 된다고 여겨지고 있는 것이다.각 코어에 1.5 MB의 L3슬라이스에서는, 다이 레이아웃으로부터 추정되는 캐쉬량의 2 MB와 합치하지 않는다.

　Sandy Bridge에서는, CPU 코어군과 GPU 코어군은 L3캐쉬를 공유하기 위해(때문에), GPU 캐쉬에 0.5 MB씩 놓칠 가능성도 생각할 수 있다.다만, 효율을 생각하면 GPU 캐쉬의 양이 고정되고 있다고는 생각하기 어렵다.SRAM 셀 부분의 장황성을 위해서 여유를 갖게하고 있을 가능성도 있지만, Intel CPU의 경우는 그것도 생각하기 어렵다. Intel는, 캐쉬 SRAM에서는 작은 레벨로 장황성을 갖게하고 있기 때문에, 0.5 MB의 양을 디세블로 하는 필연성은 없다.

　 한편, 노트북판의 4 코어 Sandy Bridge에서는, L3캐쉬는 최대 8 MB라고 하는 정보도 있다.8 MB라면, 다이로부터 상정되는 캐쉬량과 합치한다.거기서 부상할 가능성은, 노트 PC판 Sandy Bridge가 각 코어 2 MB의 L3로, 데스크탑&서버판 Sandy Bridge가 각 코어 1.5 MB인 것이다.(이)라고 하면, 같은 4 코어판 Sandy Bridge에서도, 다른 종류의 다이가 존재할 가능성이 있다. 위의 그림의 4 코어판 Sandy Bridge의 다이는 노트 PC 전용의 8 MB L3캐쉬판이 된다. 그리고, 그것과는 별도로 6 MB L3판의 Sandy Bridge가 존재하게 된다.

　이것은, 프로세서의 상식으로부터 하면 기묘한 일이다.

　 프로세서 메이커는, 통상, 데스크탑판과 노트 PC판을 같은 다이로부터 파생시킨다.왜냐하면, 그 쪽이 스피드 일드적으로 적당하기 때문이다.노트북용의 CPU에서는, 비교적 낮은 소비 전력으로 적당히의 퍼포먼스를 달성할 수 있는 것을 갖고 싶다.거기서, 제조한 CPU 다이로부터, 그러한 특성을 가지는 다이를 선별하게 된다.

　 통상, 구동 전압을 내려도 양호한 퍼포먼스를 유지할 수 있는 다이는, 전압을 올리면 고속으로 동작할 수 있는 다이다.그 때문에, 프로세서 벤더는, 전력 당의 퍼포먼스의 비싼칩으로부터 고급 지향 데스크탑&서버 CPU와 노트용 CPU를 만든다.그리고, 하위의, 전력 소비가 큰 비교적 성능이 별로의 다이에게서는, 통상의 데스크탑&서버 CPU를 만든다.이렇게 하면, 낭비 없게 다이를 제품에 다 사용할 수 있기 위해, 효율이 좋다.

　 그러나, 만약 Sandy Bridge로 데스크탑&서버판과 노트 PC판이 별다이라고 하면, 이야기는 달라진다.Intel는 노트 PC판 Sandy Bridge의 다이를 노트 PC 전용으로 다 사용하지 않으면 안 된다.지금까지의 CPU의 상식으로부터 하면 생각하기 어렵지만, Sandy Bridge의"출자"를 생각하면, 그 가능성도 부정할 수 없다.왜냐하면, Sandy Bridge는 모바일 CPU를 개발해 온 이스라엘의 하이파(Haifa)에 있는 Intel의 개발 시설「Haifa Design Centre(하이파데자인센타)」을 중심으로 개발되었기 때문이다.

　 동센터에서 설계된 Pentium M는, 노트 PC를 위한 제품 뿐(이었)였다.그것을 생각하면, 노트북 전용으로 별다이를 준비할 가능성도 있다. 다만, 다이의 바리에이션이 증가하면, 그 만큼 바리데이션(검증) 작업이 증가해 대단히 된다.

●2 코어판 Sandy Bridge의 die size는 150평방 mm대 

　4 코어판의 Sandy Bridge의 die size가 밝혀진 것으로, 2 코어판 Sandy Bridge의 die size도 유추가 용이하게 되었다.예상되는 2 코어판의 die size는 150평방 mm대다.150평방 mm라고 하는 die size는, Intel의 전통적인 메인 스트림 CPU의 die size인 140평방 mm전후의 라인에 들어맞는다. die size에서 보면, Sandy Bridge의 2 코어판이 메인 스트림의 CPU다.

　 아래는 4 코어판으로부터 예상되는 2 코어판 Sandy Bridge의 레이아웃이다.Sandy Bridge는, 최초부터 2 코어판을 파생하기 쉽게 모듈러 설계가 되어 있어, 그 때문에(위해) 4 코어판과 2 코어판을 거의 동시기에 릴리스 하는 것도 가능하게 된다고 보여진다.

　 다만 트레이드 오프도 있다.4 코어판의 Sandy Bridge에는, 다이의 좌하가 쓸데 없는 빈 공간이 되어 있는 것처럼 보인다.이것은, 인터페이스 회전을 2 코어판에 맞추어 설계, 4 코어판은 그것을 지연시키는 형태로 설계되었기 때문에라고 추측된다.

　4 코어와 2 코어의 Sandy Bridge를, Intel의 CPU die size도에 적용시켜 보면, 다음과 같이 된다.Sandy Bridge는, 4 코어가 퍼포먼스 CPU, 2 코어가 메인 스트림 CPU의 die size의 라인에 합치한다.그러나, 최하층의 100평방 mm이하, 80평방 mm전후까지의 die size의 라인에는 도달하지 않는다. Nehalem 아키텍쳐의, 79평방 mm(GPU 코어나 메모리컨트롤러는 포함하지 않는다)의 Westmere 2 C가 차지하고 있다.또, 45 nm프로세스의 Atom계 CPU「Pineview(파인뷰)」도 동레벨의 die size다.