O projeto Banias

No caso do NetBurst o plano B era o Banias, uma plataforma de baixo consumo, que vinha sendo desenvolvida por engenheiros da unidade de Israel com base no projeto do Pentium III. A ideia era modernizar a arquitetura P6, produzindo um processador com um IPC mais alto (ou seja, mais instruções processadas por ciclo) e com um consumo elétrico mais baixo.

Inicialmente o objetivo era desenvolver uma nova plataforma de processadores para notebook (área na qual o Pentium 4 era especialmente problemático), mas a plataforma se revelou tão promissora que eventualmente foi adotada como a base para o desenvolvimento da próxima plataforma para desktops da Intel: a plataforma Core.

A versão original do Banias foi lançada em 2003, na forma da primeira versão do Pentium-M. Ela foi fabricada usando técnica de 0.13 micron, com 64 KB de cache L1 e 1 MB de cache L2 e em versões de até 1.6 GHz. O barramento com o chipset (o principal ponto fraco do Pentium III) foi substituído pelo mesmo barramento de 400 MHz utilizado do Pentium 4, reduzindo o gargalo na conexão com a memória.

O Banias recebeu ainda o reforço das instruções SSE2 e uma versão aprimorada do SpeedStep (usado anteriormente nas versões mobile do Pentium III e do Pentium 4), que gerencia dinamicamente o clock, tensão e componentes internos do processador, desativando os componentes que não estão em uso e reduzindo a frequência nos momentos de pouca atividade, reduzindo bastante o consumo do processador. Um Banias de 1.6 GHz usava 24 watts ao operar na frequência máxima, mas o consumo caía para pouco mais de 4 watts quando o processador estava ocioso, operando na frequência mínima.

O Banias mostrou ser um processador bastante promissor. Mesmo com o agressivo sistema de gerenciamento de energia (que causava uma pequena diminuição no desempenho, mesmo quando o processador operava na frequência máxima), o Banias era cerca de 50% mais rápido que um Pentium 4 Northwood do mesmo clock, rivalizando com as versões desktop do Athlon XP.

Em 2004 foi lançado o Pentium-M com core Dothan, equipado com 2 MB de cache L2, melhorias no circuito de branch prediction, um reforço nas unidades de execução de inteiros e melhoria no acesso aos registradores. Combinadas, estas melhorias resultaram num ganho real de cerca de 8% em relação a um Banias do mesmo clock. O Pentium M com core Dothan atingiu 2.0 GHz (Pentium M 755), com um consumo de apenas 21 watts, menos que o Banias de 1.5 GHz.

Aproveitando o baixo consumo do Dothan, a Intel desenvolveu o Yonah, um processador dual-core para notebooks, produzido usando uma técnica de 65 nm. O Yonah original passou a ser vendido sobre a marca “Core Duo”, enquanto uma versão de baixo custo, com um único core assumiu a marca “Core Solo”.

Assim como o Dothan, o Yonah era equipado com 2 MB de cache L2. Entretanto, em vez de ser dividido entre os dois cores (1 MB para cada um), o cache era compartilhado, permitindo que ambos os cores acessem os mesmos dados, evitando assim duplicação de informações e desperdício de espaço. Nos momentos em que o processador está parcialmente ocioso, o segundo core pode ser completamente desligado (para economizar energia), deixando o primeiro core com um cache de 2 MB inteiramente para si.

A desvantagem do cache compartilhado é que ele aumentou o tempo de latência: eram necessários 14 ciclos para acessar alguma informação no L2 do Yonah, contra 10 ciclos do Dothan. Apesar disso, o Yonah possuía dois núcleos, o que acabava compensando a diferença e proporcionando um bom ganho em relação ao Dothan. Outro pequeno ganho foi proporcionado pela inclusão das instruções SSE3.

O Yonah recebeu uma versão atualizada do sistema de gerenciamento de energia introduzido no Banias, que passou a ser capaz de desligar completamente componentes ociosos dentro do processador, mantendo apenas um dos cores ou mesmo apenas parte dos componentes de um dos cores ativos em momentos de pouca atividade. Graças a isso, o consumo médio de um Core Duo em tarefas leves, não era muito diferente de um Core Solo do mesmo clock, o que acabou juntando o melhor dos dois mundos.

Ao executar tarefas pesadas, um Core Duo de 2.0 GHz consumia 31 watts, contra 21 watts do Dothan do mesmo clock. Ou seja, mesmo com os dois cores ativos simultaneamente, o consumo aumentava menos de 50%, muito longe de dobrar, como seria de se esperar.

Percebendo o potencial da nova plataforma, o departamento de marketing da Intel passou a falar em “eficiência” em vez de frequências de clock mais altas. Os planos frustrados de lançar um processador de 10 GHz baseado no Pentium 4 foram varridos para debaixo do tapete e a meta passou a ser lançar processadores que executem mais processamento com menos energia, exacerbando os pontos fortes dos processadores Core Solo e Core Duo, baseados no core Yonah.

Este slide do IDF 2006 dá uma amostra do novo discurso. Ele mostra como a eficiência energética (o volume de eletricidade necessária para processar cada instrução) dos processadores vinha caindo desde o Pentium, atingindo seu nível mais baixo com o Pentium 4 Dual Core, até a introdução do Banias, Dothan e Yonah; uma posição pouco honrosa para o Pentium 4, que (segundo a própria Intel) precisava de 5 vezes mais eletricidade para fazer o mesmo trabalho:

Poucos meses depois, a Intel lançou o Core 2 Duo, abandonando rapidamente a produção do Pentium D e do Celeron D, que passaram a ser vendidos a preços extremamente baixos para desovar os estoques.