ロードマップでわかる！当世プロセッサー事情 第2回

Core 2を置き換えるCore i5とCore i3にまつわる謎

　今回は前回に続き、インテルのデスクトップ向けCPUのロードマップについて解説する。前回は現在主流のCore 2シリーズについてまとめたが、今回はこれからの主役である「Core i」シリーズを取り上げよう。

Core iシリーズの特徴をおさらい

初のNehalem世代のCPUとなった「Core i7」

　Core iシリーズは登場前、「Nehalem」というコード名で知られていたCPUである。非常に特徴の多いCPUなので、順に挙げてみよう。

ネイティブ・クアッドコア

Core 2 QuadやPentium Dのように、2つのCPUダイをMCM(Multi Chip Module)の形でひとつのパッケージにまとめるのではなく、4つのコアが1つのダイ上に集約された構造。

Core i7搭載マシンのタスクマネージャー。論理CPUのグラフが8個ある

ハイパースレッディングの復活

各CPUコアごとに、2つのスレッドを同時実行できる仕組み。この結果、OSから見るとCPUコアの数が倍増して見える。実際Core i7搭載マシンでWindowsのタスクマネージャーを表示すると、CPUが8つ出現する。

共有3次キャッシュを搭載

Core 2では、各CPUコアごとに32KBの1次キャッシュ（命令／データ分離）を搭載し、2次キャッシュは各コア共有のユニファイド（命令／データ共通）キャッシュ方式の構造だった。
対してCore i7では、コアごとに32KBの1次キャッシュと256KBの2次ユニファイドキャッシュを搭載。さらに全コア共通の8MBの3次ユニファイドキャッシュという構造になった。

DDR3メモリーコントローラーを内蔵

Core 2シリーズまでは、メモリーコントローラーはチップセット側に内蔵され、チップセットとCPUの間をフロントサイドバス（FSB）で繋いでいた。対するCore i7では、CPU側に3チャンネル分のDDR3メモリーコントローラーが内蔵された。

QPIの採用

Core i7ではFSBが廃止され、代わりにCPU同士、あるいはCPUとチップセットの接続用に、新しい「QPI」(QuickPath Interconnect)と呼ばれる高速パラレルバスを採用した。

CPUパイプラインは小変更

機能的には、拡張命令「SSE4.2」の搭載や、ロードユニットの強化といった小幅な改良が施された程度で、命令を処理するパイプラインの構造そのものはCore 2と大差ない。
ただし、Core 2の弱点だったデコーダーユニットの制約の多さを一部緩和したり改良したほか、命令群のループ構造を検出するLSD（Loop Stream Detector）と呼ばれるユニットの配置変更などにより、省電力化を図っている。

省電力機能の強化

CPU内の電力供給回路周辺に、「Power Gate」と呼ばれる新開発のトランジスターを使うことで、待機電力を0に落とす機構を搭載。またC6ステートにおける省電力性を向上。

Turbo Boostの強化

「Intel Turbo Boost Technology」と呼ばれる機構により、2段階の自動クロックアップによる性能向上が可能。45nm版Core 2シリーズ（Penryn）の場合、1段階のみで性能向上率も固定だった。

Core i7のアーキテクチャー図

　大雑把に言えば、CPUのパイプラインそのほかは、ほとんどCore 2と変わらないが、CPUの周辺回路を大幅に強化したと考えればいいだろう。

　ちょっと厄介なのは、パイプライン構造がほぼ同一にも関わらず、上で挙げたLSDの配置換えにともなって、Core 2に最適化されたプログラムがCore i7では必ずしも最適に動かないケースが出てくることだ。これもあって、同一周波数のCore 2とCore i7を比較した場合、場合によってはCore i7がやや性能的に下回るケースも見受けられる。

　もっとも、周辺回路の強化、特に大容量3次キャッシュの搭載や、3チャンネルのDDR3メモリーコントローラーの内蔵などにより、性能が底上げされているケースも少なくないので、Core 2に比べて若干高速化されている、といったところだろう。