'Nehalem' ist der Name der den Intel Core i7 Prozessoren zu Grunde liegenden Architektur. Diese unterscheidet sich in einigen Punkten von der vorherigen Generation, der Core Mikroarchitektur, die die Basis für die bisherigen Core und Core 2 CPUs (Penryn) bildete.

DDR2 ist tot
Wie einst der LGA775 Sockel DDR2-Speicher und PCI Express auf die Mainboards brachte, geizt die Wachablösung auch nicht mit neuen Features. So bekennt sich der Core i7 nur zum DDR3-Speicher. Günstigere DDR2-Riegel werden nicht mehr unterstützt, weil der Speichercontroller nun wie beim Erzrivalen AMD (seit Athlon 64) in der CPU integriert ist. Durch die auf diese Weise verkürzten Ansprechzeiten zum Speicher verspricht man sich einen Leistungsschub.

Ende des FSB
Intels Äquivalent zu AMDs HyperTransport 3.0 ist QuickPath-Interconnect, kurz QPI genannt. Die Bandbreite des QPI ist jedoch vom CPU-Typ abhängig, so dass die teure Extreme Edition auf 6,4 Gigatransfers in der Sekunde kommt, während den beiden günstigeren Varianten nur 4,8 GT/s schaffen. Damit schickt Intel den lange bewährten Front Side Bus (FSB) in Rente und ersetzt diesen durch ein serielles Punkt-zu-Punkt-Interface, das von nun an für Verbindung zwischen Prozessor und Chipsatz verantwortlich ist.

Echter Quadcore mit Hyper-Threading
Anders als bisherige Quad-Core-CPUs wie z.B. der hier mitgetestete Core 2 Quad Q9300 sind die Core i7 Prozessoren erstmals nativ gefertigt, d.h. nicht einfach aus zwei Dual-Core-CPUs zusammengesetzt. Alle Kerne greifen auf einen gemeinsamen Level-3 Cache mit einer Größe von 8 MByte zu. Intels (und AMDs) Ingenieure sind der Ansicht, dass ein geteilter Cache auf zweiter Ebene (L2-Cache) für eine native Quad-Core-Architektur nicht geeignet ist. Nun hat jeder Kern einen eigens für ihn reservierten L2-Cache mit nur 256 KByte, welcher im Gegensatz zum Penryn jedoch nur eine Latenz von 10 anstatt 15 Zyklen aufweist.
Nach Abschaffung von Hyper-Threading für die Core-Architekur erbt der Core i7 diese Technologie nun wieder. Prompt zeigt der Taskmanager beachtliche acht Kerne auf. Speziell angepasste Software, die von Multi-Core-Support einen Nutzen ziehen kann, soll dadurch nochmals beschleunigt werden.

SSE 4.2
Wie jede neue Architektur bringt auch Nehalem neue Befehle zu der bereits schon langen Liste der SSE-Anweisungen. Mit Penryn wurde SSE 4.1 eingeführt und nun kommen mit der Version 4.2 sieben weitere Anweisungen dazu. Ein wichtiges Ziel ist, die Verarbeitung von XML-Dateien zu beschleunigen. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass es in der Regel mehrere Jahre dauert, bis die breite Software-Front von den neuen Anweisungen profitiert. Die Erweiterung ist zwar ein Schritt in die richtige Richtung, aber zunächst profitieren davon nur wenige Spezialanwendungen.

Energieeffizienz und Turbo-Modus
Bisher waren Quad-Core-CPUs durch den potentiell schlechteren Übertaktungserfolg immer langsamer als ihre Geschwister mit zwei Kernen und gleichem Takt. Dies möchte Nehalem mit Hilfe des Turbo-Modus ändern, der früher einmal unter Burn-in-Modus oder Foxton bekannt war. Ein integriertes Mikrosteuergerät namens "Power Control Unit" (PCU) überwacht permanent die Temperatur und den Verbrauch jedes einzelnen Kernes. Gleichzeitig verfügen die Kerne über neue Aktivitätsstati, welche bisherige Leckströme weitestgehend verhindern sollen. Dank dieser Methode sinkt der Verbrauch pro nicht genutztem Kern auf praktisch Null. Den Effekt des eingesparten Energieverbrauchs nutzt Intel aus, indem der Turbo-Modus für eine Erhöhung der Taktfrequenz der gerade verwendeten Kerne innerhalb der thermischen Grenzen sorgt. Dies war bislang schon möglich, aber jetzt legt Intel nochmal eine Schippe drauf. Die zahlreichen thermischen Sicherungen verhindern eine Überhitzung der CPU, so dass diese bei zu hohen Temperaturen herunter getaktet wird ('Throttling').

Ein kleines Dual-Core-Beispiel, um das zu verdeutlichen: Nutzt eine Anwendung nur einen Kern aus, liefen bisher zwei Kerne mit gleicher Taktfrequenz weiter und ein Kern stand unter Last. Bei Nehalem wird hier jedoch ein Kern ganz abgeschaltet und der andere Kern übertaktet. Nun läuft die Anwendung trotz der fehlenden Multi-Core-Programmierung dennoch flüssiger.

Parallel dazu lässt sich dieses Prinzip auf mehrere Kerne übertragen. Die Anwendung nutzt nur zwei von vier Kernen. Nehalem schaltet zwei seiner Kerne ab und übertaktet die ausgelasteten anderen Kerne, um einen Leistungsschub zu erzeugen.