In 2006 bevrijdde de Core 2 Duo Intel uit de impasse van de Pentium 4. De desktop-CPU overtrof alle verwachtingen en heeft tot op de dag van vandaag invloed. We blikken 20 jaar terug.
Hoe de Core 2 Duo Intel weer op de rails zette
Op 26 juli 2006 begon Intel met de verkoop van de Core 2 Duo-processors. Na de mislukking van de Pentium 4-serie, die zeer veel energie opslokte en te lage kloksnelheden haalde, en door het succes van de Athlon 64 X2 van AMD, stond Intel onder enorme druk om te reageren. Terugkijkend wordt duidelijk hoe een noodgreep de basis vormde voor alle volgende Core-generaties tot aan de huidige Intel-CPU’s toe.
We belichten ook de voorgeschiedenis: hoe een energiezuinig mobiel ontwerp de chipfabrikant redde, welke enorme prestatiesprong de Core 2 Duo teweegbracht en hoe het stond met de efficiëntie. Daarnaast gaan we in op de belangrijkste verschillen en vooral de verbeteringen ten opzichte van het Netburst-ontwerp van de Pentium 4.
De processors uit de Core 2 Duo-serie brachten veel vernieuwingen in de kernarchitectuur, legden meer nadruk op het energiezuinig gebruik en introduceerden CPU-slaapstanden zoals C-States bij desktopprocessors.
Intel onder druk
Halverwege de jaren 2000 zat Intel in een lastige situatie. Met de Netburst-architectuur van de Pentium 4-processors had de processorfabrikant zich vanaf 2001 op een doodlopend pad begeven. De oorspronkelijk geplande kloksnelheden van maximaal 10 GHz waren technisch niet haalbaar en Intel had zich in een hoek gemanoeuvreerd op het gebied van warmteafvoer, zoals we in 2006 ook in c’t schreven.
AMD boekte met de Athlon 64-processors vanaf 2003 het ene succes na het andere. De processors haalden met een lagere kloksnelheid dezelfde prestaties en werkten daardoor zuiniger. De CPU’s vestigden de 64-bit instructiesetarchitectuur AMD64 of x86-64 bij desktopprocessors, waardoor Intel korte tijd later gedwongen was deze met tegenzin in de Pentium 4 van de Prescott-generatie in te bouwen. De eigen 64-bit architectuur IA-64 van de Itanium-CPU’s kon zich vanwege een gebrek aan compatibiliteit met x86 niet doorzetten.
Bovendien had AMD met de Athlon 64 X2 het modernere dual-core-ontwerp in het assortiment. Intel had weliswaar net iets eerder de Pentium D uitgebracht, maar Intel plaatste daarbij slechts twee afzonderlijke halfgeleiderchips in één behuizing. De gegevens tussen de kernen liepen daarom eerst via de omweg van de Front Side Bus naar de chipset, wat de latentie enorm verlengde. AMD plaatste bij de Athlon 64 X2 de twee kernen daarentegen op dezelfde chip, waardoor ze aanzienlijk sneller met elkaar konden communiceren.
Om zich uit deze lastige situatie te bevrijden, moest Intel snel iets ondernemen. Het ontwikkelen van een volledig nieuwe architectuur duurt ongeveer vijf tot zes jaar en was daarom geen optie. Gelukkig had het Israëlische ontwikkelteam van Intel de Pentium III inmiddels via de Pentium M verder ontwikkeld tot de efficiënte mobiele CPU Core Duo Yonah. Deze zou uiteindelijk als basis dienen voor de nieuwe desktopprocessors.
Prestatiekoning
Het resultaat was de Core 2 Duo Conroe, die twintig jaar geleden, op 26 juli 2006, het levenslicht zag. In de benchmarkvergelijking in c’t destijds lieten alle drie de geteste CPU’s – de Core 2 Extreme X6800, Core 2 Duo E6700 en E6600 – de voorganger Pentium D940 in alle benchmarks ver achter zich. In de rendering-benchmark Cinebench 9.5 behaalde de Core 2 Extreme X6800, ondanks een lagere kloksnelheid en hetzelfde aantal kernen, met 910 punten bijna het dubbele rekenvermogen van de Pentium D 940 (504 punten).
Ook de toenmalige concurrentie van de AMD Athlon 64 moest zich gewonnen geven tegen de Core 2 Duo-CPU’s. Zelfs het topmodel van AMD, de Athlon 64 FX 62, kon de Core 2 Duo E6600 niet verslaan. De Core 2-processors domineerden niet alleen bij toepassingen zoals de Office-benchmark Sysmark 2004SE, maar ook bij 3D-games zoals Doom 3, Quake 4 en Splinter Cell CT.
In tegenstelling tot de huidige CPU’s hing de prestatie deels af van de gebruikte chipset, omdat de geheugencontroller nog niet in de processor zat, maar in de zogenaamde Northbridge op het moederbord. Naast Intel boden ook Nvidia, SiS en VIA chipsets aan die met Core 2 compatibel waren.
Kampioen in efficiëntie
Ook op het gebied van efficiëntie zetten de Core 2 Duo-chips dankzij de 65-nanometerproductietechnologie nieuwe maatstaven. Wat betreft de CPU-prestaties per watt presteerden ze met 4,3 tot 5,3 Cinebench-punten per watt een stuk beter dan de Athlon 64 (3,0 tot 3,4 CB/W) en al helemaal vergeleken met de Pentium D 940 (2,5 CB/W). Bij CPU-belasting verbruikten ze met 155 tot 171 watt voor het totale systeem aanzienlijk minder dan hun energieverslindende voorganger, die bij dezelfde belasting 200 watt verbruikte. Bovendien presteerden de Core 2 Duo’s aanzienlijk beter dan de Athlon 64 X2-CPU’s van AMD, die 210 tot 250 watt verbruikten.
Het energieverbruik in idle destijds is verbijsterend als je het met de huidige situatie vergelijkt: alle geteste systemen, of ze nu met een AMD- of Intel-processor waren uitgerust, verbruikten bij inactiviteit minstens 100 watt. Wat dat betreft is er de afgelopen 20 jaar dankzij energiebesparingsmechanismen en verbeterde productietechnieken veel veranderd.
Mini-pc’s met moderne mobiele processors redden het met twee tot zes watt. Computers met processors in een socket verbruiken, afhankelijk van het gebruikte moederbord, tussen de 8 en 35 watt wanneer Windows in de ruststand staat. Maar ook hiervoor hebben de Core 2 Duo-processors de basis voor latere generaties gelegd, omdat zij als eerste desktopprocessors konden overschakelen naar diepere slaapstanden (CPU C-states).
Marktaandelen
Om marktaandeel van AMD terug te winnen, vertrouwde Intel niet alleen op de hogere prestaties en efficiëntie, maar lanceerde het ook een prijsoffensief: bij de marktintroductie kostte de goedkoopste Core 2 Duo E6300 in de detailhandel ongeveer 185 euro. Als reactie daarop zag AMD zich genoodzaakt de prijzen van de Athlon 64-versies met slechts één kern met ruim 50 procent te verlagen. Voor Intels topmodel, de Core 2 Extreme X6800, die met 2,93 GHz bijna de grens van 3 GHz bereikte, moest ongeveer 1000 euro worden neergeteld. Tegelijkertijd verlaagde Intel de prijzen van de Pentium D en Pentium 4 drastisch, waardoor deze terugvielen naar het eerdere prijsniveau van de goedkope Celeron-processors.
Een andere reden voor het succes van de Core 2 Duo-processors was dat Intel het bestaande LGA775-platform van de voorgangers aanhield. De nieuwe CPU’s werkten op moederborden die al een tijd lang verkrijgbaar waren, mits ze waren uitgerust met een chipset uit de 945-serie die een jaar eerder was geïntroduceerd. Ook moesten de fabrikanten van de moederborden de voor Core 2 noodzakelijke aanpassingen aan de stroomvoorziening hebben doorgevoerd.
Architectuurverbeteringen
Maar hoe kwam die enorme prestatiesprong tot stand? In c’t identificeerden we destijds in een uitgebreide architectuuranalyse daar verschillende redenen voor. De meest ingrijpende stap was de radicaal kortere pipeline. Bij de Pentium 4 Prescott met Netburst-architectuur duurde het 41 klokcycli om een instructie volledig te verwerken, terwijl Core 2 een korte pipeline met slechts 14 fasen gebruikt. Lange pipelines maken hoge kloksnelheden mogelijk, maar de prestaties nemen aanzienlijk af bij een foutieve sprongvoorspelling. In de praktijk bereikten de Netburst-CPU’s vanwege hoge lekstromen nooit de oorspronkelijk voor hen geplande kloksnelheden.
Terwijl de Pentium 4 x86-instructies via een enkele decoder ophaalde, was de Core 2-architectuur volledig viervoudig scalair ontworpen. Bij sommige vooraf gedecodeerde instructies kon hij deze door middel van de nieuw geïntroduceerde MacroOp-Fusion samenvoegen tot één enkele micro-operatie (μOP). Hierdoor verwerkte de kern in het ideale geval vijf x86-instructies tegelijkertijd in één klokcyclus.
Ook het aantal uitvoeringseenheden nam toe. Bovendien waren de SSE-vectoreenheden nu volledig 128-bit, terwijl de Pentium 4 deze tijdrovend in twee stappen van 64 bit opsplitste en sequentieel verwerkte. De Advanced Vector Extensions (AVX) bestonden in 2006 nog niet. De eerste generatie verscheen pas vijf jaar later met de Sandy Bridge-chips Core i-2000.
De twee kernen van de Core 2 Duo konden ook veel sneller gegevens uitwisselen dan de Pentium D. In plaats van de omweg via de Front Side Bus beschikten ze over een gezamenlijk gebruikte Level 2-cache. Met de Core i-processors vanaf 2008 kregen de kernen weer elk een eigen L2-cache, omdat Intel de CPU’s toen voorzag van een grotere gedeelde Level 3-cache.
Decennia aan doorontwikkeling
Een half jaar na de dualcore-processors volgde in januari 2007 de Core 2 Quad Kentsfield met vier kernen, waarbij Intel echter slechts twee dualcore-dies op één drager plaatste. Tegelijkertijd verscheen de Core 2 Duo E4000 Allendale. Dit waren goedkopere varianten met een langzamere Front Side Bus en minder L2-cache.
Vanaf november 2007 bracht Intel de vernieuwde Core 2-chips op de markt, met een die-shrink van 65 naar 45 nanometer. De Core 2 Duo E7000 en E8000 Wolfdale en de Core 2 Quad Q9000 bereikten hogere kloksnelheden tot 3,33 GHz en waren aanzienlijk zuiniger dan de eerste generatie.
Dankzij het grote succes van de Core 2-processors heeft Intel deze architectuur de afgelopen 20 jaar als basis kunnen gebruiken voor alle daaropvolgende kernontwerpen. Momenteel zijn dat de performance-kernen Lion Cove en Cougar Cove van de Core Ultra 200 Arrow Lake- en Core Ultra 300 Panther Lake-series.
In vergelijking met de Core 2-kernen beschikken ze over veel grotere, nieuw ontworpen caches, meer decoder-eenheden, een micro-op-cache voor al gedecodeerde instructies en veel meer uitvoereenheden. De tabel in het artikel geeft een overzicht van de verdere ontwikkeling door de jaren heen.
Momenteel bevindt Intel zich opnieuw in een moeilijke fase. Dit keer ligt het niet aan een problematische architectuur, maar vooral aan de vertragingen en problemen met de eigen productietechnologie sinds het midden van de jaren 2010. Door de gelijktijdige opkomst van marktleider TSMC betreden naast AMD nieuwe concurrenten zoals Apple, Qualcomm en binnenkort ook Nvidia de felbevochten markt van desktop- en mobiele processors.
Begin 2027 staat met Intel Nova Lake de volgende CPU-generatie bij Intel op het programma, waarvan de prestatiegerichte kernarchitectuur Coyote Cove hoogstwaarschijnlijk een directe doorontwikkeling is van de huidige Cougar Cove-kernen, en daarmee ook van Core 2.
Vergelijking van enkele Intel-processors
(Christian Hirsch en Daniel Dupré)
Praat mee