Intel Centrino

Unter dem Namen Centrino vermarktet Intel seit der Cebit 2003 ein Konzept für mobile Rechner, das auf Notebooks bislang nicht da gewesene Leistung, drahtlose Kommunikation und geringen Energieverbrauch kombiniert. Dabei steht der Name Centrino nicht nur für den völlig neu entwickelten Pentium-M-Prozessor. Vielmehr handelt es sich um das Gesamtpaket aus der unter dem Codenamen Banias bekannten CPU (Pentium-M), einem lntel-855-Chipsatz sowie einem ebenfalls von Intel angebotenen Wireless-LAN-Controller. Nur Geräte, die mit diesen drei Komponenten ausgestattet sind, dürfen mit dem Centrino-Logo beworben werden.

Intel Pentium-M mit Banias-Kern

Intel Pentium-M mit Dothan-Kern

Intel 855-Chipsatz und Intel PRO/Wireless LAN 2100

Intel 915-Chipsatz und Intel PRO/Wireless LAN 2200

Technische Daten der Intel Centrino-Prozessoren

 

Langsam, aber ersichtlich lässt sich ein Trend weg von reinen Mhz-Boliden hin zu effektiven Rechenkünstlern erkennen. Gerade im Notebook-Bereich, wo es sehr auf lange Akkulaufzeiten ankommt, ist ein stromfressender Mhz-Bolide nicht erwünscht. Um trotzdem die Leistung zu steigern, muss man sich andere Strategien ausdenken. Beim Dothan-Pentium-M hat Intel den teuren L2-Cache von 1 auf 2 MB verdoppelt, so viel wie kein aktueller Prozessor aus dem Desktop- und Mobile-Bereich. Dementsprechend hat sich auch die Anzahl der Transistoren gesteigert: staunten die Leser noch ob die unglaublichen 77 Mio. Transistoren des Banias-Kerns, so erscheinen diese gegenüber den 170 Mio. des Dothan-Kerns geradezu lächerlich. Den größten Teil der 170 Mio. Transistoren nimmt aber der 2 MB große Cache in Anspruch. Trotz der mehr als doppelt so vielen Transistoren wächst die CPU-DIE lediglich von 82,2 auf 83,6 mm² an. Das liegt an den kleineren 90nm-Strukturen.

 

Intel Pentium-M mit Banias-Kern

Im Gegensatz zur bisherigen Strategie zur Steigerung der Rechenleistung schlägt Intel beim speziell für den mobilen Einsatz konzipierten Pentium-M einen neuen Weg ein. Statt die Taktfrequenz zu erhöhen, was einen höheren Stromverbrauch zur Folge hätte, sind die Prozessoren mit lediglich 1,3 bis 1,6 GHz getaktet. Ähnlich wie beim Pentium-3-Mobile gibt es auch Low- und Ultra-Low-Voltage-Versionen mit 1,1 und 0,9 GHz, die durch geringere Betriebsspannungen noch weitaus längeren Akkubetrieb ermöglichen. Um trotz der niedrigeren Taktung die mit einem Pentium-4-Mobile vergleichbare Leistung zu erreichen, muss der Prozessor imstande sein, mehr Arbeit pro Taktzyklus zu erledigen. Ein Verfahren, um dieses Ziel zu erreichen, ist die so genannte Micro-Ops-Fusion. Jede Software besteht aus tausenden einzelner Anweisungen an die CPU, wobei einige Konstellationen bestimmter Instruktionen für gängige Aufgaben gehäuft auftreten. Diese Anweisungsblöcke fasst der Prozessor zu einer Operation zusammen und spart sich somit das zeitaufwendige Handling mehrer Instruktionen. Nach demselben Prinzip arbeitet eine Hardwareeinheit für Stack-Management. Der Stack ist ein Speichebereich, in dem ein Funktion einer Anwendung zeitweise Daten, beispielsweise die Rücksprungadresse zur aufrufenden Funktion, ablegen kann. Da der Zugriff auf den Stack immer ähnlich abläuft, kann die CPU solche Anweisungen erkennen und der optimierten Stack-Management-Einheit zuführen.

Ebenfalls der Performance zuträglich ist der 1 MByte große L2-Cache, der achtfach assoziativ ausgelegt ist. Prozessoren mit einem solch großen L2-Cache kannte man bisher nur von den speziellen Server-Prozessoren. Bisher war bei den schnellsten mobilen und Desktop-Prozessoren bei 512 KB Schluss. In den 1 MB großen L2-Cache lädt der Pentium-M Daten zur weiteren Verwendung aus dem Arbeitsspeicher. Eine Zugriffsvorhersage lädt diejenigen Daten bereits im Voraus, die in den nächsten Taktzyklen am wahrscheinlichsten benötigt werden (PreFetching). Dasselbe gilt für die Sprungvorhersage, die die wahrscheinlichsten Verzweigungen im Programmablauf erkennt (Bianch-Prediction). Diese Techniken kommen zwar bereits seit etlichen CPU-Generationen zum Einsatz, im Pentium-M sollen sie jedoch um etwa 20 Prozent genauer als alle bisherigen Implementationen arbeiten. Das hat auch zur Folge, dass stromverschwendende falsche Vorhersagen seltener ausfallen und ungenutzte Teile des Caches sowie der CPU innerhalb von Sekundenbruchteilen deaktiviert werden können. Zusammen mit der gesenkten Kernspannung und dem niedrigeren Takt im Akkubetrieb verbraucht der Pentium-M so statt den 24 Watt bei voller Leistung nur etwa 6 Watt. Die Ultra-Low-Version kommt mit weniger als einem Watt Im Energiesparmodus aus.

Verbesserte Stromspartechnologien

Aktuelle Prozessoren arbeiten im Gegensatz zum neuen Intel Pentium-M viel zu ineffektiv und beschäftigen sich über ein Viertel der Zeit mit Befehlswiederholungen, die aufgrund von falschen Sprungvorhersagen durchgeführt werden müssen. Die Prozessoren verschwenden eine Menge ihrer Leistung an Rechenaufgaben, die sie zu dem Zeitpunkt gar nicht abarbeiten müssen, was nicht nur die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt, sondern auch einen vermeidbaren Stromverbrauch mit sich bringt. Deshalb hat Intel beim Banias viel Wert auf optimierte Sprungvorhersagen gelegt. Die "Advanced Branch Prediction" des Banias analysiert die vergangene Programmausführung und sagt darauf basierend voraus, welche Operationen wahrscheinlich als Nächstes ausgeführt und welche Daten benötigt werden. Intel hat bei der Banias-Architektur drei verschiedene Logiken zur Sprungvorhersage kombiniert: bimodal, local und global. Damit soll der Banias falsche Sprungvorhersagen um über 20 Prozent reduzieren. Die Performance des Prozessors steige durch die Advanced Branch Prediction um fünf Prozent. Gleichzeitig soll der Banias durch diese Optimierung zirka zwei Prozent weniger Strom verbrauchen.
Ein weiterer Faktor bei den neuen Pentium-M-Prozessoren, um möglichst viel Strom zu sparen und längere Akkulaufzeiten zu ermöglichen, ist die Fähigkeit, innerhalb kürzester Zeit bestimmte Bereiche der CPU zu deaktivieren, die nicht gebraucht werden und somit innaktiv sind. Dieses Abschalten bestimmter Bereiche der CPU erreicht der Pentium-M indem er seine Architektur in insgesamt 32 Bereiche unterteilt und bei jedem Taktzyklus werden die Cache-Zugriffe, um die inaktiven Bereiche zu lokalisieren und anschließend zu deaktivieren. Cache-Bereiche, die momentan nicht benötigt werden, lassen sich in einen Stromsparmodus schalten. Beim Banias lässt Intel auch den Prozessorbus nicht außen vor und optimiert ihn auf niedrigen Stromverbrauch. Deshalb werden nur die Stellen des Busses mit Strom versorgt, die diesen auch aktuell benötigen. Gerade die Buffer-Schaltungen besitzen eine hohe Leistungsaufnahme. Diese Schaltkreise konvertieren die Busspannungen in die vom Chip benötigten Spannungswerte. Die Banias-Architektur versorgt die Buffer dynamisch nur bei Bedarf und nicht ständig.

Intel führt mit dem Banias die dritte Version der Stromspartechnologie SpeedStep ein. Die ersten beiden SpeedStep-Varianten kennen nur zwei Prozessorzustände, zwischen denen sie die Taktfrequenz und Core-Spannung wechseln können. SpeedStep II (offiziell Enhanced SpeedStep) des Pentium III-M und Pentium 4-M kann die miteinander gekoppelte Taktfrequenz und Core-Spannung auch dynamisch an die Prozessorauslastung anpassen. Beim Banias kann das neue SpeedStep III (Codename) die Taktfrequenz und Spannung nun in mehreren Schritten variieren. Transmetas LongRun-Technologie und AMDs PowerNow! verwenden dieses Verfahren schon lange. Intel hat beim Banias zudem die I/O-Voltage von der Core-Spannung über die IMVP-Technik der vierten Generation komplett entkoppelt. Dies erlaubt eine gezieltere Regulierung der Spannungs-Level. IMVP packt Intelligenz in die Stromversorgung und nutzt den zulässigen Spannungsbereich eines Prozessors zur Reduktion der Leistungsaufnahme aus.

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Pentium-M mit Dothan-Kern

Nur einige Monate nach erscheinen des Banias wurde der Prozessorkern von Intel nochmals überarbeitet. Der Pentium-M-Prozessor der 2. Generation erhielt ein komplett neues Core, mit Codenamen "Dothan". Der Dothan-Kern basiert zum größten Teil auf seinen Vorgänger und übernimmt dessen hervorragenden Sparmechanismen. Wird der Banias noch im 0,13µm-Technologie hergestellt, so besitzt der Dothan nur noch 0,09µm große Transitoren. Der Level 2 Cache wurde auf 2MB verdoppelt.
Der schnellste Pentium-M mit Banias-Kern wird mit 1,7 Ghz getaktet. Von den Prozessoren mit Dothan-Kern gibt es zusätzlich noch eine 1,8 und 2,0 Ghz-Variante. Der maximale Verlust des Dothan-Kern liegt bei rund 21 Watt , 3 Watt weniger als der eines Banias-Kern. Dies liegt vorallem an der niedrigeren Kernspannung (1,265 anstatt 1,409V Idle, 1,34 anstatt 1,484V unter Volllast). Intel führt mit dem Dothan-Kern auch eine neue Strategie bei der Namensgebung ein. Man benennnt jetzt auch bei Intel die Prozessoren nach der relativen Leistungsfähigkeit. So heiß der Pentium-M mit 2,0 Ghz "Pentium-M 755", das 1,8 Ghz-Modell "Pentium-M 745", das 1,7 Ghz-Modell "Pentium-M 735", usw.

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855-PM und 855-GM-Chipsatz

Neben dem Pentium-M und dem Intel PRO/Wireless LAN 2100 B hatte Intel natürlich auch einen speziellen Chipsatz für das Centrino-Bundle entwickelt, welcher mit und ohne integrierte Grafik erhältlich war. Der 855-GM- mit integrierter Grafik und der 855-PM-Chipsatz, welcher eine externe Grafiklösung benötigt (beispielsweise ein Geforce 4 GO Grafikboardüber einen AGP-4x-Bus angesteuert) trägt zu weiterem Power-Management etwa bei der Displaysteuerung bei.

Mit dem Chipsatz und dem o.g. Funkmodul stehen dem Anwender eine 11 MBit WLAN nach 802.11b- Ausführung zur Verfügung. Im Zusammenhang mit Wireless LAN hat der Chipsatz außerdem Funktionen, um eine Koexistenz neben anderen Funktechnologien wie Bluetooth zu gewährleisten. Hier ist das Problem, dass sich die Signale gegenseitig beeinflussen im schlimmsten Fall auslöschen. Die Lösung besteht darin, das Senden beider Verfahren aufeinander abzustimmen, sodass die gleichzeitige Verwendung nur einer im Gehäuse Integrierten Antenne möglich ist. Eine weitere Funktion des Calexico genannten Wireless-LAN-Adapters verbirgt sich hinter der Bezeichnung Diversity Reception. Zwischen zwei Antennen wählt der Controller für ein Datenpaket diejenige aus, die am besten zur Gegenstelle hin ausgerichtet ist.

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Intel 915 Express Chipsatz (Sonoma - Centrino der zweiten Generation)

Als Sonoma bezeichnet man die zweite Generation von Centrino. Zum Centrino-Paket gehören die Ausführungen i915PM, i915GM und i915GMS, für preiswertere Notebooks mit Celeron M ist der i915GML vorgesehen. Als Southbridge dient die ICH6-M. Beim i915PM läuft der Frontside-Bus (FSB) mit 133 statt 100 MHz in einem Quad-Pumped-Verfahren (FSB533 statt FSB400). Das Speicher-Interface unterstützt DDR2-400- und -533-Chips (PC2-3200, PC2-4300). Zum FSB533 passen besonders gut die PC2-4300-Module, weil beide auf die gleiche theoretische Geschwindigkeit von 4,3 GByte/s kommen.

Zusätzlich wird durch die "neuen" Funkmodule Intel Pro/Wireless LAN 2200BG oder Intel Pro/Wireless LAN 2200 ABG neben dem 802.11b Standard auch der 802.11g und 802.11a Standard unterstützt. Obwohl Intel mit Einführung des Sonoma-Chipsatzes nicht von Centrino II spricht, wird in Fachkreisen Sonoma oft als solcher bezeichnet. Fälschlicherweise wird Sonoma oft für den Nachfolger von Centrino gehalten, obwohl Sonoma nur der Name der neuen Chipsatzgeneration ist. Prozessoren mit dem Sonoma (Intel 915 Chipsatz) sind bei gleicher Taktfrequenz etwa 10% schneller als mit dem Intel 855 Chipsatz. Allerdings hat Sonoma (Intel 915 Chipsatz) bei gleicher Taktfrequenz eine etwa 15% größere Energieaufnahme als der alte Intel 855 Chipsatz.

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Technische Daten der einzelnen Modelle:

Quellen:
http://balusc.nl/xs4all.php
http://www.intel.com
http://www.pc-erfahrung.de
http://www.tecchanel.de
http://www.tomshardware.de
http://de.wikipedia.org

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Intel Desktopprozessoren:
Intel 486
Pentium I
Pentium II
Pentium III
Pentium 4
Pentium D
Celeron

Intel Serverprozessoren:
Xeon
Itanium

Intel Mobilprozessoren:   
Mobile Pentium,
Pentium III M,
Pentium 4 M
Pentium M - Centrino
Mobile Celeron
Celeron M

 

 

Übersicht Intel-Prozessoren

Übersicht AMD-Prozessoren