Ezzel csap oda az ARM-nak az Intel

Az Atom architektúrát elindító Bonnell magok tervezése valamikor 2003 vagy 2004 folyamán kezdődött, a radikálisan új processzorokat az akkor divatos a Mobile Internet Device termékkategóriához tervezte a chipgyártó. A MID-ek és UMPC-k korszaka sosem jött el, helyette a netbookokban kapott helyet az új processzor és ért el mérsékelt piaci sikereket. A Bonnell azonban az évek folyamán nem sokat változott, a rendszerlapka integrációja nőtt, csökkent a csíkszélesség, megjelent a kétmagos kialakítás, az Atom lelkét jelentő mag azonban gyakorlatilag ugyanaz, aminek 2004-ben megálmodták az Intel mérnökei.

Azóta persze sok minden történt a mobiltechnológiában, az ARM processzorok az alacsony fogyasztás mellett egyre nagyobb teljesítményt mutatnak fel. Az okostelefonok és tabletek pedig olyan új, az Intel számára értelmesen megcélozható piaccá nőttek, ehhez azonban az eddig ismert Atom már messze nem elegendő. Fogyasztásban már sikerült a négymagos Cortex-A9-es processzorok szintjét elérni, de teljesítményben eltűnt az Intel előnye.

Modern SOC, kiberhírszerzés és fenntartható IT védelem (x) Gyere el meetupunkra november 18-án, ahol valós használati eseteken keresztül mutatjuk be az IT-biztonság legújabb trendjeit.

Az Intel már néhány éve dolgozik egy valóban ütős, a kezdetektől az okostelefonok formátumát megcélzó processzoron, ez lesz az év végén, jövő év elején megjelenő Silvermont. A processzormag köré különböző rendszerlapkák épülnek majd, a tabletek és az okostelefonok eltérő igényeinek megfelelően. A fejlesztés azonban ezúttal nem áll le öt évre, az új Atomok is éves frissítési ciklusra állnak át, a nagyobb testvérek, a Core sorozat mintájára. Ennek megfelelően a Silvermontot keskenyebb, 14 nanométeres csíkszélességgel követi az Airmont 2014 végén, majd 2015 végén érkezik ugyanezen a csíkszélességen új architektúra. Az útvonalterv alapján leszögezhető, hogy végre az Intel is véresen komolyan veszi ezt a szegmenst, az első nagy dobás pedig a most bemutatkozó Silvermont lesz.

Alacsony fogyasztásra optimalizált gyártás

A Silvermont első nagy újdonsága a 22 nanométeres gyártástechnológia módosított változata. Ez ugyanazokat a háromkapus FinFET tranzisztorokat használja, mint a tavaly megjelent Ivy Bridge, azonban az elmúlt szinte másfél évben az Intel sokat dolgozott a eljárás új, alacsony fogyasztásra optimalizált változatán. A félvezetőgyártók a teljesítmény-fogyasztás tengelyen több eljárást is kidolgoznak, a TSMC például négy standard gyártástechnológiát is kínál 28 nanométeren a partnereknek.

Ahogy a HWSW korábban beszámolt róla, a P1271 névre keresztelt eljárás a P1270-es kiterjesztett változata, így egy gyárban mindkét eljárás használható, ráadásul a kihozatalt javító tapasztalatok is átvihetőek a két technológia között. Az egyedi gyártástechnológia elkészítésére a szivárgási áram minimalizálása érdekében volt szükség. szivárgás a félvezetők lezárt átmenetén létrejövő jelenség, amely szabad elektronok és lyukak kombinációjából származik, a tápfeszültséggel fordítottan arányos és egy kisebb csíkszélességű gyártástechnológia bevezetésénél többszörösére is nőhet. "Ha szivárgásról van szó, a 30 pikoamperes nagyságrend elérése körül egyre több szivárgási forrással kell megbirkózni" - magyarázta az Intel képviselője. Szivárog a kapuoxid, szivárgás lép fel a forrás és a nyelő között, illetve a nyelő és a szubsztrát között is, ezeknek a kezeléséhez pedig a gyártástechnológiát kell némileg módosítani.

Az Intel szerint az új eljárás mintegy 25-35 százalékos fogyasztáscsökkenést képes felmutatni a saját 32 nanométeres gyártáshoz képest, vagy ugyanolyan fogyasztás mellett jelentős órajelnövekedés érhető el, ami a teljesítményben is közvetlenül jelentkezik.

Vadonatúj architektúra

Az új Atom legnagyobb hozadéka azonban a korosodó architektúra teljes lecserélése. A Silvermont magok immár képesek soron kívüli végrehajtásra (out-of-order végrehajtás), ami önmagában mintegy 30 százalékos sebességnövekedést jelent. Az eredeti Atom in-order megközelítést használt, vagyis az egymást követő utasításokat szigorúan sorrendben hajtotta végre. Ez azt jelenti, hogy ha egy utasítás a többszáz ciklus távolságban lévő rendszermemóriából kér adatot, akkor a betöltés alatt a teljes processzormag áll. A modern processzorok ezt úgy küszöbölik ki, hogy az egymástól független utasításokat újrarendezik, így a betöltött adattal rendelkező utasítások nem várakoznak, a hatékonyság megnő.

A soron kívüli végrehajtás valamivel magasabb fogyasztással, de arányaban magasabb teljesítményhozadékkal jár, emiatt már a rendszerlapkák körében is általánosan elfogadott. Az Apple saját tervezésű Swift magjai és a Cortex-A15 már teljes OoO-architektúrát használ, a Cortex-A9 pedig bizonyos utasítások újrarendezésére képes.

Az architektúraváltás hagyományosan az elágazásbecslő algoritmus javuló pontosságát hozza, ez rendszeresen a fejlesztések egyik fő eleme. Nincs ez másként a Silvermont esetében sem, az igen elavult egység helyére egy minden tekintetben modern becslő került. Ráadásul a futószalag átdolgozásával a hibás becslések negatív hatása is számottevően csökkent (rövidebb az újrajárandó lépcsők száma), e két módosításnak betudhatóan a mag teljesítménye 5-10 százalékkal nőtt azonos órajel mellett.

Újabb, a modern architektúráktól kölcsönzött megoldás az integrált memóriavezérlő. A kései Atomok esetében ugyan a lapkára került a vezérlő, a processzor és az integrált északi híd között azonban továbbra is FSB-n folyt a kommunikáció, megnövelve a késleltetést és limitálva az átviteli sávszélességet. A Silvermont szakít ezzel a megoldással és a Core-sorozatban is használt in-die interconnect (IDI) adatbuszt használja. A csere előnye, hogy nem kell a magokat fix szorzóval futtatni az FSB-hez képest, így többféle modell is elérhető lesz, illetve a magok órajele is finomabb ugrásokkal változhat.

Vannak tartalékok

A Silvermont tervezésénél nem minden mérnöki döntést dobtak automatikusan a kukába. Az új Atom például ugyanúgy két utasítás széles, mint elődje, annak ellenére, hogy a szélesebb kialakítás további jelentős sebességnövekedést hozott volna. Emögött a döntés mögött két ok is sejthető: egyrészt a szélesebb kialakításhoz több tranzisztorra van szükség és magasabb fogyasztással jár, másrészt pedig a Silvermont így is elegendő teljesítménnyel rendelkezik a versenytársak megveréséhez, így ezt a lépést valamelyik későbbi generációra tolta ki az Intel. Összehasonlításképp a Cortex-A15 három utasítás széles végrehajtási útvonallal rendelkezik.

A fogyasztással magyarázható az is, hogy a Silvermont nem támogatja az Intel Hyper Threading technológiáját. A HT használatával a magok kihasználtsága növelhető meg egyes egységek megduplázásával. A HT-re a Bonnellnek nagy szüksége is volt az in-order architektúra miatt, a Silvermont esetében az Intel úgy érezte, hogy az OoO-végrehajtás mellett már nem kifizetődő a HT beépítése. Az Intel mérnökei szerint ma már mind fogyasztásban hasonló a HT és az OoO megvalósításának költsége, de míg előző csak többszálú végrehajtás esetén érezteti igazán a hatását, az OoO-felépítésből minden alkalmazás masszívan profitál.

A Bonnell-alapú Atomok az első Core 2-generációs processzorok utasításkészletével rendelkeztek. A Silvermont ebben a tekintetben is négy évnyi lépés előre, a 2006-os Conroe helyett már a 2010-es Westmere-rel mutat utasításkészlet-paritást, van SSE4, SSE4.1, SSE4.2, POPCNT és AES-NI is. A processzor alapból képes 64 bites üzemmódra, ezt a gyártó azonban egyes modellek esetében le fogja tiltani, ahogy azt eddig is tette. A támogatott technológiák listáján megjelenik az Intel VT-x2, amely fejlett hardveres virtualizációs képességeket tesz lehetővé.

Turbó és várható teljesítmény

A Silvermont-alapú lapkák órajeléről egyelőre nincs hivatalos adat, az Intel mérnökei azonban jellemzően 2-2,4 GHz-es várható sebességről beszélnek. Ez mintegy harmadával magasabb, mint az Atom jelenleg megszokott 1,6-2 GHz-es órajele. Az új Atom emellett mintegy 50 százalékkal több utasítást képes végrehajtani órajelenként, a kettő kombinációja mintegy 80-90 százalékos teljesítménynövekedést jelenthet - mindez az új eljárásnak köszönhetően azonos vagy hasonló fogyasztás mellett.

Az Intel azonban nem hagyta ki magok turbózásának ziccerét sem. Az elavult energiagazdálkodási sémát látványosan felújították és egy szintre hozták a Core-sorozat processzoraival. Ez azt jelenti, hogy a processzorra épített energiaszabályozó rendszer dinamikusan osztja ki a fogyasztási plafonig kihasználható hőkeretet a lapka a különböző egységek (processzormagok és GPU) között, így egyszálú végrehajtás esetén egy mag kap nagy fogyasztási keretet, játék futtatása esetén a GPU mehet gyorsabban, többszálú alkalmazás esetén pedig a magok osztoznak a hőkereten. A mechanizmus engedélyezi a hőkeret ideiglenes túllépését is, ha azt látja, hogy azzal a lapka hőmérséklete nem emelkedik meg aggasztó mértékben.

Intel lapkákban abszolút újdonság, hogy a Silvermont immár képes a különböző magokat különböző frekvencián futtatni. Eddig egy Intel processzor összes magja azonos órajelet kapott, a rendszer pusztán az egyes magok áramellátását szüntette meg, ha nem végeztek munkát. A Silvermont esetében a magok független órajelen dolgozhatnak, amit a modern mobil operációs rendszerek ki is használnak: egy mag dolgozhat alacsony frekvencián az operációs rendszer alacsony igényű szálait futtatva, a másik mag pedig járhat csúcson az előtérben lévő alkalmazásnak.

Az Intel saját tesztjei szerint a jelenlegi csúcs-Atomhoz, a Saltwellhez képest azonos fogyasztás mellett mintegy 2-2,5-szörös teljesítménynövekedést hoz a Silvermont, azonos teljesítmény mellett pedig kevesebb, mint negyedannyi áramot fogyaszt. A Core-sorozatú processzorokkal összehasonlítva a csúcs-Silvermont egy 1,2 GHz-es Penryn lapkával egyenrangú teljesítményben, bár annál jóval kevesebbet fogyaszt.

Modellkínálat

Az Intel egyelőre nem hozta nyilvánosságra, hogy milyen konfigurációkban lesznek elérhetőek a Silvermont-alapú rendszerlapkák. Azt tudni lehet, hogy egy oszthatatlan Silvermont modul két magot és az osztott másodszintű gyorsítótárat tartalmaz majd, ilyen modulból maximum 4 lehet egy lapkán, vagyis nyolcmagos lesz a legnagyobb SoC. A modulon a másodszintű gyorsítótár magonként duplájára, összesen egy megabájtra nőtt, késleltetése pedig számottevően csökkent.

A Silvermont különböző platformok részeként jelenik meg majd. Az okostelefonokat a Merrifield, a tableteket a Baytrail, a kommunikációs infrastruktúrát a Rangeley, a mikroszervereket pedig az Avoton rendszerlapkák célozzák, de lesz külön autókba fejlesztett (egyelőre névtelen) kiadás is. A Bay Trail még 2013-ban, az év vége felé lesz elérhető és párhuzamosan támogatja a Windows 8 és az Android futtatását is, a Merrifield-alapú okostelefonokra azonban 2014 elejéig várni kell majd.

A Bay Trail jelen állás szerint két Silvermont-modult (négy magot) párosít majd az Intel legutolsó, Gen 7 GPU-jával, a HD 4000-ben található 16 futószalag helyett azonban ne kell majd érni ennek negyedével. Ez azt is jelenti, hogy az Intel szakít a külső forrásból származó GPU-kkal és helyette már a legalsó osztályban is képes saját megoldását használni. Az új GPU hatalmas előnye, hogy végre nagyobb felbontású (akár FullHD) kijelzőt is képes lesz meghajtani az Intel lapka, nem korlátozódik 1366 x 768-ra, mint a jelenlegi tabletes Atom. A Merrifield GPU-járól egyelőre nincs adat, de valószínűleg az is a Gen 7 GPU valamilyen konfigurációját használja majd.