Intel gooit het roer om

Processormaker Intel komt met een nieuwe reeks processoren die uitgebreide functionaliteit koppelen aan een laag stroomverbruik. Men kan dit doen door niet verder te investeren in verhoging van de kloksnelheid. De processor-reeks Core i7 is bedoeld voor gebruik in energiezuinige PC's en laptops. Op de ISSCC conferentie Februari 2009 worden de plannen officiëel gepresenteerd.

De Intel Core i7

Bij Intel worden pogingen om nog hogere kloksnelheden te realiseren op een lager pitje gezet. De race om de kloksnelheid is voorbij, zo stelt men. De prioriteit komt nu te liggen op hogere integratie van functionaliteit en een lagere vermogensconsumptie. Dit moet leiden tot krachtiger PC’s die tegelijkertijd energiezuinig zijn.

Deze verandering van focus komt tot uiting bij het ontwerp van de Core i7, de nieuwste desktopprocessor van Intel. Men claimt voor deze reeks processoren een vermogensverbruik lager dan 10 Watt, door gebruik te maken van een intensieve powercontrol unit.

De wet van Moore, die stelt dat elke 18 maanden het aantal transistoren op een enkele chip verdubbelt, geldt nog steeds. Grofweg stelt men dat het oppervlak van een transistor elke twee jaar te halveren is. Deze ontwikkeling wordt nu dus gebruikt om meer functionaliteit te integreren en het stroomverbruik te beperken. Een belangrijk kenmerk van CMOS technologie is dat het alleen stroom verbruikt als de transistoren schakelen. Dit schakelen vindt plaats met de kloksnelheid (of klokfrequentie). Men kan dus stellen dat circuits met een hoge kloksnelheid veel dynamisch vermogen consumeren. Wanneer men een lagere vermogensconsumptie wil, moet men concessies doen aan de klokfrequentie. Daarnaast kan men door andere technieken het vermogensverbruik omlaag brengen.

Vermogensverbruik

De hoeveelheid stroom die een chip per tijdseenheid verbruikt is een maat voor het verbruikte vermogen (of energieverbruik). Processoren bestaan grotendeels uit digitale circuits, die met CMOS transistoren gemaakt zijn. Deze transistoren gedragen zich als elektronische schakelaartjes. Om het vermogensverbruik te bepalen wordt onderscheid gemaakt tussen:

• statisch vermogensverbruik
• dynamisch vermogensverbruik

Het statische vermogen ontstaat door lekstroom van transistoren die in rust zijn, en een effect dat 'tunneling' heet.
Dynamisch vermogen ontstaat door stroomopname als gevolg van het schakelen van de transistoren. Omdat er miljoenen of zelfs miljarden transistoren op een enkele processorchip gaan is dit type vermogen meestal groot. De formule die men hanteert voor het dynamisch vermogen luidt:

Pdyn = ∂ • C • f • Vdd²

met

• ∂ = activity factor
• C = totaal aan capaciteit
• f = klokfrequentie
• Vdd = voeddingsspanning

De activity factor geeft aan dat er altijd een (groot) gedeelte van de circuits is die niet wordt gebruikt voor een zekere functie. Men kiest voor deze factor meestal 10%. De totale capaciteit op een chip wordt gevormd door de transistoren en de bedrading (alle interconnecties). Als gevolg van de het steeds kleiner worden van de transistoren neemt de capaciteit per transistor af. De wet van Moore stelt echter dat er steeds meer transistoren in een chip gaan, zodat de totale capaciteitsvermindering weer teniet wordt gedaan. Daarnaast zijn er steeds meer interconnecties, wat de totale capaciteit doet toenemen.

De voeddingsspanning Vdd wordt om de zoveel tijd omlaaggebracht met een factor √2. Blijft over de klokfrequentie. Men kan bepaalde circuit-gedeeltes in een digitaal ontwerp afsluiten van de klok, wanneer deze circuits niet nodig zijn voor een zekere functie. Wanneer de klok -de motor van een digitaal circuit- in rust is, kunnen de transistoren niet schakelen. Dit noemt men de gated clock techniek.

Naast de digitale circuits bevaten chips ook analoge schakelingen. In tegenstelling tot CMOS technologie trekken deze circuits meestal wel een stroom in de rusttoestand. Men kan hier de power-off mode toepassen. De circuits worden dan wanneer ze niet worden gebruikt afgesloten van de voeddingsspanning.