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

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.