Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャ

Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャ（サンディブリッジ マイクロアーキテクチャ）とは、インテルによって開発されたNehalemマイクロアーキテクチャに継ぐマイクロプロセッサのマイクロアーキテクチャであり、第二世代Coreプロセッサーとして製品化されている。第二世代Coreプロセッサーという言葉は、IntelがSandy Bridgeマイクロアーキテクチャで初めて用いた言葉であり、CoreマイクロアーキテクチャとNehalemマイクロアーキテクチャのCoreブランドのプロセッサは、前世代Coreプロセッサーと定義している。このことから、AVX命令セットの追加が第二世代Coreプロセッサーの定義だと推定される。特にCore ixプロセッサの世代を区別する場合は、Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャを第二世代Core ixプロセッサー、Nehalemマイクロアーキテクチャを前世代Core ixプロセッサーと区別している。Xeon、第二世代Core i7、第二世代Core i5、第二世代Core i3、Pentium、Celeronのブランドで商品提供している。

概要

イスラエルのハイファを拠点とする開発チームが開発を担当している。2007年のIDFでは、「Gesher」（ヘブライ語で橋を意味する）という名前で触れられたが、諸事情により現在の名前に変更された。2009年秋のIDFで2GHzで動作する試作品が公開された。ソケットは、サーバおよびハイエンド向けにLGA2011、普及帯にLGA1155がある。32nmプロセスルールにて製造される。ラスベガスで開催されるCES2011にて米国時間2011年1月5日に発表され、1月9日に発売解禁となった。しかし、2011年1月下旬に対応チップセットのシリアルATA周りに設計上の不具合が発見されたため、対応マザーボードの出荷が一時停止となり、修正版マザーボードの顧客向け出荷を2011年2月下旬に、量産を2011年4月から再開する見通しとなった。

Nehalemマイクロアーキテクチャからの改良点

新SIMD拡張命令セットIntel AVX

従来のSSEでは128bit幅だったSIMDレジスタが、256ビット幅に拡張される。FPUも同時に拡張され、1クロックで256ビットの演算が可能となる。これにより並列化のしやすい処理で最大2倍のパフォーマンスを発揮する。

GPUの改良とネイティブな統合

Clarkdaleとの比較で、GPU部は32nmプロセスで製造され、最高ターボ時1350MHzと高クロックであり、各種改良が加えられている。また、オンダイに統合され、L3キャッシュ（Last Levelキャッシュ）に接続している。

動画のハードウェアエンコード(Intel Quick Sync Video)を行うメディアエンジンを統合。

PCIeコントローラーとDMIコントローラーのネイティブ統合。

フロントエンド及び実行ユニットの改良

新しくデコード済み命令キャッシュを搭載、これによる実効命令フェッチ帯域の拡大と、分岐予測ミスペナルティの軽減。

分岐予測ユニットの実装強化、効率化。

マクロフュージョンの追加サポート (CMP、TEST、ADD、SUB、AND、INC、DEC)。

ダイナミック・エグゼキューション範囲の拡大。

多倍長演算の効率的な実装をサポートする拡張命令（w:Intel ADXを参照。ただし「ADX」および英語版にある「Multi-Precision Add-Carry Instruction Extensions」という表現のどちらも、インテルの公式資料等には見られないようである）

一般的な実行ストール（読み出しポート、ライトバック競合、バイパス・レイテンシー、パーシャル・ストール）の削減。

XSAVE/XRSTORE 命令のパフォーマンスの向上、および新しいXSAVEOPT 命令の追加。

物理レジスタファイルの採用により、ユニット間のデータ移動&コピーを不要とし電力効率を改善。

メモリ操作の改善

メモリロードポートが2つに拡張され、ロード帯域幅が256ビットに倍増。

バッファ増加によって、より多くのインフライトのロードおよびストアを同時に実行する。

データプリフェッチの改善。

コア間のインターコネクトをL3キャッシュ内に設けたリングバスとし、コア間の帯域幅の確保、電力効率の改善とともにコア数の増加に柔軟に対応する。

第2世代インテル ターボ・ブースト・テクノロジー

CPUだけでなくGPUを含めた全てのコアに対してもターボ・ブーストが有効になり、発熱に余裕があればTDP枠を超え、よりダイナミックにクロックが上昇する。

Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャは、4μOPs/クロックのデコード・リタイア、6つの命令発行ポートという命令レベルの並列度はNehalemマイクロアーキテクチャから変化していない。しかしながら、アウト・オブ・オーダー実行の機構が完全に再設計されている。

Pentium Proに端を発するP6マイクロアーキテクチャは、Nehalemに至るまでリオーダ・バッファとリザベーション・ステーションを用いたTomasuloのアルゴリズムに近い方式でアウト・オブ・オーダー実行を行っていた。この方式ではデータがレジスタファイル、リオーダ・バッファ、リザベーション・ステーションの3ヶ所に保持されるため、命令のデコード後(RFとROBからRS)、実行後(演算器からROBとRS)、リタイア時(ROBからRF)といったタイミングで逐一必要な場所へのデータの移動が発生する。一方Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャでは、データの格納場所が物理レジスタファイルに一元化され、リオーダ・バッファとリザベーション・ステーションはレジスタファイルへの参照のみを保持し、データは保持しない (データを保持しないリザベーション・ステーションは、単にスケジューラと呼ばれるのが普通である)。このため、データの移動に伴うエネルギー消費が削減され、プロセッサの消費電力の低減に貢献している。

この物理レジスタファイルによるアウト・オブ・オーダー実行とデコード済み命令キャッシュの搭載は、Pentium 4のNetBurstマイクロアーキテクチャで既に行われたものである。これらはCoreマイクロアーキテクチャには反映されなかったが、Sandy Bridgeマイクロアーキテクチャで同時に復活したことになる。

製品ラインナップ (32nmプロセスルール)

プロセッサー・ナンバーの末尾にアルファベットが付いている製品があり、それぞれの意味は、

• KはオーバークロックができるようにTurbo Boost動作時の倍率のロックが解除されている。なお、ビジネス向け機能のTXT、vPro、SIPPや仮想化技術のVT-dに非対応。
• Sは省電力モデル。
• Tは超省電力モデルで、このモデル向けにMini-ITX規格対応のマザーボードもリリースされる見込み。
• Mはモバイル向けデュアルコアモデルで、数字の末尾が0は通常電圧版、9は低電圧版、7は超低電圧版。
• XM・QMはモバイル向けクアッドコアモデルで、XMは内部倍率のロックが解除されている。

バリエーション

出典は、

デスクトップ

太字が Intel HD Graphics 3000 (12 EU) で、それ以外が Intel HD Graphics 2000 (6 EU) 。Pentium と Celeron に関しては Intel HD Graphics 2000 と機能は同等だが名称が Intel HD Graphics となっている。

サーバ／ワークステーション

太字が Intel Graphics HD 3000 (12 EU) で、それ以外は GPU を搭載していれば (1260Lのみ) HD 2000 (6 EU)。

モバイル

• Core i5-2515E と Core i7-2715QE プロセッサは ECC メモリと PCI express ポート分岐をサポートしている。
• Celeron と Pentium 以外の全てのモバイルプロセッサが Intel Graphics HD 3000 (12 EU)を使用している。

後継

後継は、22nmにシュリンクした Ivy BridgeマイクロアーキテクチャおよびHaswellマイクロアーキテクチャ。

脚注

関連項目

• P6
• Core 2
• Nehalem
• Ivy Bridge
• Haswell
• Broadwell
• Skylake