La evolución de procesadores Intel a través de su historia

Hasta llegar a los actuales Rocket Lake-S hemos visto como los procesadores basados en la ISA x86 han ido evolucionando, os explicamos cual ha sido esa evolución generación tras generación.

Los procesadores de Intel nos llevan acompañando en nuestros PC desde el primer modelo que salió al mercado y la empresa que fundo en su día Gordon Moore sigue creando nuevas CPU, cada vez más rápidas y eficientes. Es por ello que hemos decidido hacer un viaje rápido a toda la historia de las CPU de Intel.

Érase una vez un PC con un Intel 8088

El primer PC fue vendido por IBM con el procesador 8088, el cual era una versión recortada del 8086 de Intel que solo difería por el hecho de disponer de un bus de solo 8 bits. El procesador no se ideo originalmente para el PC, ya que cuando Intel lo creo no existía el PC como tal sino como una evolución del Intel 8080 sin compatibilidad hacía atrás con este ,pero desde el que era fácil portar los programas.

Se trata de una CPU de 16 bits con la particularidad de tener un redireccionamiento de hasta 20 bits, lo que permitía tener hasta 1 MB de memoria en total, algo que en 1981 era una barbaridad.

El Intel 80286, el mayor salto en CPU de los x86

A principios de los 80 el procesador por antonomasia en cuanto a potencia era el Motorola 68K, el cual termino en varias estaciones de trabajo así como los ordenadores Apple Macintosh, Commodore Amiga, Atari ST y multitud de otros sistemas. Dado el enorme éxito del IBM PC y la gran cantidad de software desde Intel idearon un nuevo procesador de 16 bit que estreno el IBM PC AT en 1984, aunque Intel termino el diseño en 1982.

El 80286 fue el salto en IPC más grande que se ha hecho en la historia de las CPU de Intel, consiguiendo un rendimiento de más del doble por ciclo de reloj respecto al 8086 y al 8088. Sus buses fueron mejorados y dejaron de estar multiplexados, la captación de instrucciones desde memoria se aceleró, se crearon varios búferes dentro del procesador y las capacidades de las instrucciones de salto mejoraron.

La primera CPU x86 de 32 bits, el Intel 80386

Un problema que tenía el PC es que no podía ejecutar sistemas operativos complejos, el motivo era que no tenía modos que permitiesen al sistema operativo funcionar de manera aislada. Estos fueron añadidos en el 80386 y gracias a este procesador pudimos tener sistemas operativos mucho más complejos que el MS-DOS, haciendo posible que cosas como Windows 3 en adelante y Linux fueran posibles en un PC.

Fue además el primer procesador x86 de 32 bits y lo hizo extendiendo la longitud de los diferentes registros, manteniendo la compatibilidad hacía atrás. Fue además la primera CPU con un pipeline segmentado, el cual fue de tres etapas. Sin duda uno de los procesadores más importantes de la historia de la informática.

El 80386 no fue licenciado a AMD, quienes tuvieron que hacer ingeniería inversa y lanzar un clon aproximado del 80386, el am386 que funcionaba a mayores velocidades de reloj y consumía menos por utilizar un nodo de fabricación más avanzado que el del 80386 original.

Integrando la FPU en la CPU con el 80486

La unidad de coma flotante, antes conocida como co-procesador matemático, se solía vender como un componente parte, pero a partir del 80486 en Intel decidieron integrarlo en la CPU. Pero los cambios sobre la base del 80386 no se limitaron ahí, sino que además casi duplicaron el IPC, siendo el salto al 80486 el segundo salto más grande en la historia de los procesadores de Intel.

Otras de las mejoras que incluyo este procesador fue la inclusión por primera vez de la caché de primer nivel, dividida desde entonces entre datos e instrucciones, así como mejoras en la interfaz con la memoria y en el pipelining, que aumento de 3 a 5 ciclos.

Como ocurrió con el am386, AMD volvió a hacer ingeniería inversa, de nuevo superando el diseño de Intel. Eso sí, de nuevo con la ventaja de un nodo de fabricación más nuevo y eficiente.

Intel Pentium, la primera CPU superescalar para PC

El Intel Pentium fue el primer procesador superescalar bajo ISA x86, el cual trajo consigo la capacidad de ejecutar 2 instrucciones en paralelo y al mismo tiempo. Gracias a ello el IPC desde el 80486 mejoro un 40% en el proceso.

Años más tarde, Intel lanzo el Pentium MMX, el cual hacía un cambio en la FPU, ya que implementaba el SIMD sobre registro en la misma para acelerar así los incipientes programas multimedia de la época. Pero la vida de los Pentium MMX fue corta.

La arquitectura P6 de Intel

El Pentium Pro fue lanzado en 1995 y trajo consigo la ejecución fuera de orden y la ejecución especulativa. Aparte de aumentar la cantidad de etapas del pipeline de 5 a 14, lo que le permitió a Intel lanzar varias CPU con esta arquitectura.

El Pentium Pro fue la primera CPU en tener la caché L2 integrada en el procesador, hasta ese momento solía incluirse en la placa cerca del procesador.

El Pentium II se basó en el Pentium Pro, pero movió fuera la caché L2, aunque la dejo en el mismo encapsulado.

El Pentium III por otro lado incluyo las instrucciones SSE y con el tiempo acabo integrando de nuevo la caché L2 a dentro del procesador.

Desde la generación P6 de Intel que todos los procesadores de PC funcionan haciendo uso de la ejecución fuera de orden.

Pentium 4, el final de un camino para las CPU de intel

Para el Pentium 4, Intel creo una nueva arquitectura llamada Netburst, la cual siguió la tendencia de la época de añadir una gran cantidad de etapas para alcanzar una gran velocidad de reloj. Fue con este procesador que Intel se dio contra el techo de las velocidades de reloj y se descubrió que la carrera basada en esa métrica no tenía futuro, debido al alto consumo de los procesadores y la temperatura que tenían.

Fue por la experiencia del Pentium 4 que la métrica potencia por vatio paso a tener importancia y se empezaron a diseñar

 Intel Pentium M, una CPU pensada para portátiles

Los Pentium 4 eran tan calientes y tenían tanto consumo que eran inviables en un portátil, de ahí la creación de los primeros Intel Core, los cuales se basaban en la filosofía de los P6, pero con un pipeline más corto. Añadieron mejoras que luego adoptarían otros procesadores como la fusión de micro-ops, una pila dedicada al manejo de los registros y nuevas instrucciones SSE.

Intel monto la plataforma Centrino con ellos y gracias a sus especificaciones los portátiles empezaron a dejar de ser ordenadores de nicho de malas especificaciones a poder empezar a competir de tú a tú con los PC de sobremesa.

 Intel Core 2, el renacer de las CPU de Intel

Los Core 2 son uno de los hitos de la historia de Intel y un cambio de paradigma, ya que fueron las primeras CPU multinúcleo de Intel donde además adoptaron por primera vez la extensión de 64 bits de la ISA que AMD había planteado con anterioridad.

Consiguieron casi duplicar el IPC respecto al Pentium 4, mejoraron la ejecución fuera de orden, hicieron que la CPU fuese capaz de manejar más instrucciones en paralelo y añadieron por primera vez la Smart Cache en los procesadores de Intel.

La saga de las CPU Intel Core i3, i5 e i7

Pese a que los Intel Core 2 se podrían considerar los primeros Intel Core para escritorio, Intel empezó a utilizar las marcas Intel Core i3, i5 e i7 a partir de Nehalem, el cual fue una mejora sobre el diseño del Core 2. Ya que en Nehalem Intel adopto la idea de AMD de integrar el Northbridge dentro del procesador y con ello el controlador de memoria. Además de ello mejoraron la caché, la unidad de predicción de saltos y trajeron consigo de vuelta el Hyperthreading tras años estando ausente.

A partir de este punto los cambios en las CPU de Intel han sido bastante modestos en comparación con lo que hubo antes, poco a poco hay menos cosas que ir mejorando.

Sandy/Ivy Bridge: De nuevo Intel volvió a mejorar la unidad de predicción de saltos, aparte de esto mejoro elementos como la micro-op caché, las unidades de enteros y coma flotante y el rendimiento de ciertas instrucciones de captación de datos desde memoria.

Haswell/Broadwell: Intel volvió a ensanchar la cantidad de instrucciones que la CPU puede ejecutar por ciclo, aparte de aumentar el ancho de banda de las cachés internas del procesador y mejorar el controlador de memoria.

Generación SkyLake: Intel mejoro la cantidad de instrucciones que la CPU puede descodificar, pero no aumento la cantidad de instrucciones que puede ejecutar en paralelo. Los cambios respecto a generaciones anteriores son muy pequeñas.

Actual Generación: Es la del actual Rocket Lake-S y Tiger Lake, Después de años con mejoras leves en el IPC Intel ha decidido seguir el camino de AMD para no quedarse atrás.