ネハレム（マイクロアーキテクチャ）

ネハレム/ n ə ˈ h eɪ l əm / ^{[ 1 ]}は、2008 年 11 月にリリースされたIntelの45 nmマイクロアーキテクチャのコードネームです。 ^{[ 2 ]}これは、第 1 世代のIntel Core i5およびi7プロセッサで使用され、 Core 2 プロセッサで使用されている古いCore マイクロアーキテクチャからの大きな進化であり、1995 年にPentium Proで始まったP6 マイクロアーキテクチャ シリーズの以前のバージョンです。^{[ 3 ]}「ネハレム」という用語は、ネハレム川に由来します。^{[ 4 ] [ 5 ]}

Nehalemは45nmプロセスで製造され、効率を犠牲にすることなくより高いクロック速度で動作させることができ、Penrynマイクロプロセッサよりもエネルギー効率に優れています。ハイパースレッディングが再導入され、L2キャッシュサイズが縮小されるとともに、すべてのコアで共有されるL3キャッシュが拡大されています。NehalemはNetBurstとは根本的に異なるアーキテクチャですが、NetBurstのマイナーな機能もいくつか残しています。

ネハレムは後にウェストメアで32nmへのダイシュリンクが行われ、2011年1月に「第2世代」のサンディブリッジに完全に置き換えられた。

Nehalemマイクロアーキテクチャは、Coreマイクロアーキテクチャから以下の要素を導入することで進化しました。

• L2/L3キャッシュのキャッシュラインブロックは、NetBurstおよびMerom/Penrynの128バイトから、この世代では1ラインあたり64バイトに縮小されました（YonahおよびPentium Mと同じサイズ）。
• またしてもハイパースレッディング技術だ。
• Intel Turbo Boost 1.0。^{[ 6 ]}
• 一部のモデルでは、 2～ 24MiBのL3キャッシュとスマートキャッシュを搭載しています。
• 命令フェッチユニット（IFU）には、2 レベルの分岐ターゲットバッファ（BTB）とリターンスタックバッファ（RSB）を備えた第 2 レベルの分岐予測器が含まれています。Nehalem は、間接予測器やループ検出器など、Intel のプロセッサで以前使用されていたすべての予測器タイプもサポートしています。^{[ 7 ]}
• sTLB（第2レベル統合翻訳ルックアサイドバッファ）（命令とデータの両方）は、小さなページ専用の512エントリを含み、4ウェイアソシアティブです。^{[ 8 ]}
• コアごとに3つの整数ALU、2つのベクトルALU、2つのAGUを搭載。^{[ 9 ]}
• ネイティブ（すべてのプロセッサコアが単一のダイ上にある）クアッドコア、ヘキサコア、およびオクタコアプロセッサ
• HEDT、サーバー、ワークステーションモデルではIntel QuickPath Interconnect 、その他のモデルではDirect Media Interfaceが従来のフロントサイドバスに取って代わります。
•  コアあたり64KBのL1キャッシュ（32KBの L1データと32KB のL1命令）、および コアあたり256KBのL2キャッシュ。
• ミドルレンジモデルでは、ノースブリッジに代わり、 PCI ExpressとDMIをプロセッサに統合する。
• DDR3 SDRAMの2つまたは3つのメモリチャネル、あるいはFB-DIMM2の4つのチャネルをサポートする統合メモリコントローラ。
• 第2世代のIntel仮想化テクノロジーでは、拡張ページテーブルのサポート、仮想プロセッサ識別子（VPID）、およびマスク不可能な割り込みウィンドウの終了が導入されました。^{[ 10 ]}
• SSE4.2とそのPOPCNT使用説明書。
• マクロ演算の融合が64ビットモードで動作するようになりました。
• 20～24のパイプラインステージ。^{[ 11 ]}

ネハレムはパフォーマンスを重視しており、そのためコアサイズが大きくなっていると報告されている。^{[ 13 ]} ペンリンと比較すると、ネハレムには以下の特徴がある。

• 同じ消費電力レベルで、シングルスレッド性能が10 ～ 25%向上、マルチスレッド性能が20 ～ 100%向上
• 同じ性能で消費電力を30%削減
• 平均して、Nehalemはコアあたり15 ～ 20%のクロックサイクルあたりの性能向上を実現します。

BloomfieldプロセッサとX58チップセットではオーバークロックが可能です。LynnfieldプロセッサはPCHを使用しているため、ノースブリッジは不要です。^{[ 14 ]}

NehalemプロセッサはSSE4.2 SIMD命令を組み込んでおり、Core 2シリーズのSSE 4.1命令セットに7つの新しい命令を追加しています。NehalemアーキテクチャはLOCK CMPXCHG、比較交換命令などのアトミック操作のオーバーヘッドを排除するために、アトミック操作のレイテンシを50%削減しています。^{[ 15 ]}

• Lynnfieldプロセッサは16レーンのPCIeを備えており、1x16構成または2x8構成で使用できます。
• ¹ 6500シリーズは最大2ソケットまで拡張可能、7500シリーズは最大4/8ソケットまで拡張可能。^{[ 17 ]}

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