Intel Broadwell – czego można spodziewać się po Intel Core 5. generacji?

W tym roku Intel nie musiał spieszyć się z premierą procesorów Intel Core 5. generacji. Praktyczny brak konkurencji sprawił, że gigant mógł skupić się na dopracowaniu nowego, 14-nm procesu litograficznego i architektury Broadwell. Teraz, gdy masowa produkcja nowych chipów już ruszyła, gigant ujawnił szczegóły na temat nowych procesorów Intel Core M. Zobaczmy zatem, jakie nowości trafią na sklepowe półki pod koniec bieżącego roku?

Webinarium, które odbyło się kilka dni temu, było swoistą manifestacją siły i przewagi technologicznej Intela. W praktyce okazuje się, że gigant z Santa Clara jest, na dobrą sprawę, co najmniej rok przed najbliższą konkurencją. Podczas gdy inni producenci układów scalonych utknęli na wprowadzaniu 1. generacji tranzystorów 3-D Tri-Gate (FinFET), Intel rozpoczął już na masową skalę produkcję układów wykorzystujących 2. generację tej technologii. A jakie korzyści z tego tytułu odniosą użytkownicy, którzy zdecydują się na zakup 14-nm procesorów opartych na architekturze Broadwell? Już wyjaśniam.

Nowa generacja tranzystorów 3-D Tri-Gate różni się od poprzedniej wymiarami poszczególnych elementów tranzystorów oraz połączeń między nimi. Tak zwane żeberka są teraz wyższe (42 nm vs 34 nm) i węższe, a odstępy między nimi są mniejsze (42 nm vs 60 nm). W rezultacie udało się po raz kolejny zredukować straty energii w stanie nieaktywnym, jednocześnie poprawiając przepustowość i szybkość reakcji (10-15% szybsze przełączanie), mimo węższego kanału przewodzenia. W praktyce nowe procesory będą jeszcze bardziej efektywne energetycznie i będą mogły pracować z wysokimi częstotliwościami przy niższym napięciu (o ok. 10%). Jak wysokimi? To się jeszcze okaże.

Naturalnie na tym jeszcze nie koniec. Nowy wymiar technologiczny pozwolił na zmniejszenie wielkości układów i ograniczenie ilości wydzielanego ciepła. W rezultacie procesory Intel Core M (Broadwell-Y) mają nawet o połowę niższy współczynnik TDP w stosunku do chipów Haswell-Y o zbliżonej (a nawet nieco niższej!) wydajności. Jednocześnie mają o 50% mniejszą powierzchnię i są o 30% cieńsze, a w stanie bezczynności potrzebują aż o 60% mniej energii. W praktyce jeszcze w tym roku prawdopodobnie ujrzymy pierwsze, pasywnie chłodzone konstrukcje z chipami Intel Core M, które będą miały mniej niż 9 mm grubości!

Dodatkowo płyty główne dla nowej serii procesorów będą mogły być nawet o 25% mniejsze. Dzięki temu będzie możliwe tworzenie jeszcze bardziej kompaktowych urządzeń - komputerów klasy mini-PC, laptopów i tabletów. Naturalnie aby wszystko poprawnie pracowało w ciasnych, pozbawionych aktywnego chłodzenia obudowach, Intel postawił na optymalne, centralne zarządzanie procesami przekładającymi się na pobór energii i generowane ciepło. Praktycznie każdy element systemu, nawet moduły WLAN/WWAN, pamięć RAM i ekran, ma być kontrolowany w ramach frameworka Intela do dynamicznego zarządzania energią i wydzielaniem ciepła.

Optymalny bilans energetyczny procesorów Intel Core 5. generacji pomoże utrzymać 2. generacja zintegrowanego kontrolera napięcia (FIVR) oraz zaawansowany tryb Turbo Boost, który będzie miał trzy stany energetyczne. Pierwszy z nich, PL1, to limit poboru energii/wydzielanego ciepła, który system może bez problemu znieść w dłuższej perspektywie, bez niepożądanych efektów (np. przegrzewania się). Pomiar tego czynnika odbywa się w kolejnych minutach pracy układu. Stan PL2 to krótkoterminowy ogranicznik trybu Turbo Boost, używany podczas krótkotrwałych, kilkusekundowych, wzrostów taktowania (np. w trakcie ładowania aplikacji).

Ostatni stan, PL3, jest monitorowany co milisekundy, aby zapobiec uszkodzeniu akumulatora w związku z nagłym wzrostem poboru mocy. Nowy algorytm działania Turbo Boost współgra z pozostałymi mechanizmami zarządzania energią, które pozwalają na współdzielenie TDP pomiędzy wszystkimi elementami SoC. W praktyce chipy Intel Core M będą lepiej zarządzać energią i, w zależności od sytuacji, dobierać optymalny tryb pracy. W praktyce Broadwelle mają serwować najlepszą w danej chwili wydajność, bez uszczerbku dla kondycji baterii i niezawodności oraz responsywności systemu. Krótko mówiąc, Intel po raz kolejny pokazuje, jak wiele da się zrobić i, po prostu, to robi.

Tradycyjnie już kolejna mikroarchitektura przynosi zmiany na lepsze. W procesorach Intel Core 5. generacji wzrósł współczynnik IPC (ang. Instructions Per Clock) o ponad 5% w porównaniu do dostępnych układów Haswell. Usprawniono predykcję adresów dla rozgałęzień i skoków, powiększono bufory TLB dla cache 2. poziomu (teraz 1,5k wpisów, a więc o 50% więcej) i wydzielono dedykowany TLB dla 1-GB stron (16 wpisów), powiększono planistę dla instrukcji wykonywanych poza kolejnością. Zredukowano liczbę cykli zegarowych potrzebnych na realizację m.in. operacji mnożenia liczb zmiennoprzecinkowych czy Gather dla wektorów. Przyspieszono wykonywanie instrukcji kryptograficznych i usprawniono wirtualizację, redukując m.in. czasy RTT (ang. round time trip).

Na warsztat trafiły też zintegrowane układy graficzne. Liczba jednostek obliczeniowych w nowych IGP została zwiększona o 20% (24 EU/192 SPU), a przepustowość samplerów wzrosła o połowę, a silnika wideo 2-krotnie. Poprawiła się wydajność w obliczeniach geometrycznych oraz wypełniania pikselami. Nowa architektura GPU ma być jeszcze lepiej skalowalna, a zmniejszenie wydzielania ciepła w związku z przejściem na 14-nm proces litograficzny, które pozwoliło na wypracowanie większego bufora termicznego, co umożliwi lepsze wykorzystanie potencjału jednostek. Nowe GPU będą bez zająknięcia obsługiwały multimedia w rozdzielczościach 4K i UHD (@30 FPS).

Nie zabraknie wsparcia dla najnowszych wersji API DirectX 11.2 i OpenGL 4.3 oraz OpenCL 1.2 i 2.0. Kolejna osłona technologii Quick Sync Video, która umożliwia błyskawiczne konwertowanie multimediów do różnych formatów, zaoferuje jeszcze lepszą wydajność i wyższą jakość plików wynikowych. Naturalnie IGP będą jeszcze bardziej energooszczędne, co pozytywnie przełoży się na długość pracy na zasilaniu akumulatorowym.

Pierwsze urządzenia z procesorami Intel Core M trafią do sprzedaży w sezonie świątecznym, a na szerszą dostępność konstrukcji w nie wyposażonych trzeba będzie poczekać jeszcze kilka miesięcy. Czy to długo? Biorąc pod uwagę fakt, że AMD dopiero za 2-3 lata zamierza wypuścić na rynek konsumencki procesory wykonane w 14-nm litografii, oparte na nowej architekturze, śmiem twierdzić, że nie. Intel na chwilę obecną wyprzedza swojego głównego konkurenta o dobrych kilka lat, górując nad nim praktycznie w każdym segmencie cenowym i każdej kategorii. A teraz jednostki niebieskich będą jeszcze szybsze i bardziej energooszczędne.