Video: Intel 14nm Microarchitecture (Studeni 2024)
Prošli tjedan na Intelovom forumu za programere brojni Intelovi inženjeri otkrili su mnogo više tehničkih detalja o Core M procesoru, cjelokupnoj mikroarhitekturi Broadwell-a i 14nm procesu koji je bio pod njim.
Glavni inženjer i glavni arhitekt CPU-a Srinivas Chennupaty objasnio je kako iako je Broadwell "krpelj" u Intelovoj kadenci "tick / tock" (što znači da je to prije svega proces smanjenja na 14 nm), a Broadwell mikroarhitektura proširena je iz Haswell arhitekture koji se koriste u trenutnim 22nm proizvodima. Iako je veći dio prezentacije bio o verziji Core M male snage usmjerene na tablete, 2 u 1 i neobavezne ultrabooks, primijetio je da ova arhitektura treba podržati širok spektar proizvoda od tableta do Xeon poslužitelja.
Općenito, rekao je da je cijela arhitektura dizajnirana za bolje dinamičko upravljanje napajanjem i toplinom, uz smanjenje snage u praznom hodu System-on-Chip (SoC) i povećanog dinamičkog raspona rada, što mu omogućava rad u širem rasponu snage, Zbog toga verzija Core M, koja se svodi na ukupnu snagu od samo 4, 5 vata, radi u sustavima bez ventilatora.
Dio toga je zahvaljujući poboljšanom upravljanju napajanjem u samoj jezgri, poput načina na koji se može prilagoditi različitim stanja napajanja tako da i dalje može dobiti "turbo pojačanje" kad je potrebno bez pregrijavanja procesora i ima poboljšani potpuno integrirani napon regulator (FIVR) dizajniran da mijenja napon na način koji nadzire vršnu potražnju i daje poboljšane performanse pri niskoj snazi. Također nudi bolje nadgledanje cijelog rješenja, uključujući zasebni koncentrator kontrolera platforme (PCH) ili čipset, tako da PCH zauzvrat može ugasiti snagu za povezane značajke, omogućujući vezama prelazak u stanje male snage za stvari poput SATA pogona, PCI Express i USB. I ima aktivno upravljanje temperaturom kože, pa sam čip može nadzirati njegovu temperaturu i u skladu s tim prilagoditi potrošnju energije.
Sama mikroarhitektura može dobiti iste performanse od prethodne Haswell generacije na istoj frekvenciji, zahvaljujući značajkama kao što su veći planer izvan narudžbe, poboljšano predviđanje adrese i poboljšanje vektorskog i plutajućeg izračuna.
Općenito, rekao je, iako su upute s jednim navojem po ciklusu u ovoj generaciji tek neznatno porasle, sve to nadovezuje se na to da performanse s jednim navojem tijekom posljednjih 7 godina porastu 50% istom brzinom.
Ostale promjene uključuju nove upute za kriptografiju i sigurnost, bolje nadgledanje i neka poboljšanja proširenja transakcijske memorije (poznate kao TSX ili Transactional Synchronization Extensions) i naredbe za virtualizaciju (VT-x) koje su bile u prethodnoj generaciji.
PCH-ov čipset koji prati Core M poznat je pod nazivom PCH-LP i zapravo se proizvodi 22nm procesom. Dizajnirano je tako da koristi oko 25% manje energije u praznom hodu i da smanji aktivnu snagu za oko 20%. Takođe uključuje poboljšanja u audio i PCI Express pohrani.
Sveukupno, rekao je, promjene omogućuju dvostruko smanjenje snage nego što biste očekivali od tradicionalnog skaliranja procesa, zajedno s poboljšanim instrukcijama s jednim nitima, po satu i vektorskim performansama.
Slična poboljšanja primijenjena su i na grafiku, prema seriji načelnik inženjera i grafički arhitekt Aditya Sreenivas. I ovdje su cilj bila poboljšanja performansi / vata kao što su bolje dinamičke snage i karakteristike istjecanja, optimizirajući za rad s nižim naponom; i poboljšanja mikroarhitekture radi smanjenja dinamičke snage. Napomenuo je kako je ovo dizajnirano da radi i sa 6 i 10 W, možda nagovještavajući nove verzije koje dolaze.
Sama stvarna grafička arhitektura izgleda slično kao i prethodna verzija, ali GT2 inačica koja se koristi u Core M implementaciji povećala se sa 20 na 24 Izvršne jedinice, organizirane kao tri "podsklopa", svaka s 8 EU. (U drugom govoru, Intelov inženjer koji se usredotočio na arhitekturu računanja dao je primjere verzija grafike s 12 i 48 EU-a, sugerirajući buduće verzije.)
Važna razlika je da ova verzija podržava Direct X 11.2 i da je spremna za DX12 i podržava Open GL 4.3 i Open CL 2.0. To bi trebalo značiti da gotovo sve igre i aplikacije ovdje trebaju raditi s grafikom, iako ne nužno istom brzinom koja bi se vidjela na diskretnom grafičkom čipu. No u cjelini, ove bi promjene u nekim slučajevima mogle objasniti 40-postotno poboljšanje grafičkih performansi, u usporedbi s prethodnom serijom Haswell-Y.
Još jedna velika promjena je podrška za zajedničku virtualnu memoriju (SVM) pod OpenCL-om, omogućujući i CPU i GPU komponente za računanje. Čini se da je to u osnovi isti koncept kao i arhitektura heterogenih sustava (HSA), koju su gurali AMD i drugi.
Nova arhitektura također ima određena poboljšanja u medijskim funkcijama, rekao je Intel Fellow i glavni medijski arhitekt Hong Jiang. Rekao je da čip omogućuje da stvari poput Intel Quick Sync video i transkodiranje videa budu "2x brže" od prethodne verzije, s poboljšanom kvalitetom. Pored toga, sada ima podršku za dekodiranje VP8 kao i AVC, VC-1, MPEG2 i MVC za video; JPEG i Motion JPEG dekodiranje za video konferencije i digitalnu fotografiju; i GPU-ubrzano HEVC dekodiranje i kodiranje do 4K 30fps. Osim omogućavanja 4K videa, ove bi promjene trebale omogućiti 25% dužu reprodukciju Full HD videozapisa.
14nm Process Tech
Iako je Intel ranije davao mnogo informacija o 14nm tehnologiji procesa, Mark Bohr, Intel stariji suradnik, razvoj logičke tehnologije, prošao je kroz novi proces i podijelio više informacija.
"Barem za Intel, Mooreov zakon se nastavlja", rekao je, pokazujući dijapozitiv koji pokazuje da Intel godinama prosječno mjeri 0, 7x skaliranje tranzistora svake generacije i da to i dalje radi. (Imajte na umu da, ako se skalira u obje dimenzije, dobili biste novi tranzistor koji je otprilike 50% veličine jednog u prethodnoj generaciji, što Mooreov zakon tehnički predviđa.)
Govorio je o tome kako je ovo bila Intelova druga generacija u svojim "Tri-Gate" tranzistorima, nakon uvođenja 22 nm (Intel koristi izraz "Tri-Gate" za pokrivanje tranzistora gdje se kanal podiže iznad supstrata, poput peraje, i upravljanja) omotava se na sve tri strane, strukturu koju većina industrije naziva tranzistore "FinFET"). Napomenuo je da se u prelazu na novi postupak udaljenost peraja smanjila od 60 nm do 42 nm; visina peraja se zapravo povećala sa 34 nm na 42 nm. (Na gornjem klizaču, „high-k dielectric“ je žutom bojom; metalna elektroda vrata u plavoj boji, s dizajnom high-k / metal-gate, koji Intel koristi od svog čvora 45nm.)
U generaciji od 14 nm rekao je da je najmanja kritična dimenzija bila širina peraje od tri vrata, koja je iznosila oko 8 nm, dok su se ostale kritične dimenzije kretale od 10 nm do 42 nm (za udaljenost između središta nagiba peraje do centra slijedećeg nagiba peraje). Napomenuo je da se tranzistori često izrađuju s više rebra, a smanjenje broja peraja po tranzistoru rezultira poboljšanom gustoćom i manjim kapacitetom.
U ovoj je generaciji, rekao je, visina peraja smanjena za.7x (sa 60 na 42 nm), nagib vrata za.87x (od 90 do 70 nm), a međuuspojni korak za.65x (od 80 do 52nm), što je dalo ukupni prosjek oko povijesnog.7x prosjeka. Još jedan način gledanja, rekao je, bio je umnožavanje tona vrata i metala, a tamo je rekao da je Intel na 0, 53 za skaliranje logičkog područja, što je rekao da je bolji od uobičajenog. (Osim toga, zanimalo me je i to što su na Borovim dijapozitivima prikazani Core M procesor s 1, 9 milijardi tranzistora u njegovoj veličini od 82 mm2, u usporedbi s 1, 3 milijarde službenih shema; Intel PR je priznao pogrešku i rekao da je 1, 3 milijarde ispravna figura.)
Gledajući cijenu po tranzistoru, Bohr se složio da se trošak po proizvedenoj silicijskoj pločici povećava zbog dodatnih koraka maskiranja - pri čemu neki slojevi sada zahtijevaju dvostruko, pa čak i trostruko oblikovanje. Ali rekao je da budući da 14nm čvor postiže bolje od uobičajenog skaliranja područja, zadržava normalnu cijenu po smanjenju tranzistora.
Doista, pokazao je grafikone koji pokazuju kako Intel očekuje da će se takva smanjenja nastaviti i u budućnosti. I nastavio je tvrditi da promjene rezultiraju i manjim istjecanjem i većim performansama, a time i poboljšanim performansama po vatu, za koje je rekao da se poboljšavaju kod 1, 6X po generaciji.
Primijetio je da bi Intel u prelasku s Haswell-Y na Core M imao matricu koja je bila 0, 51x veća od ranijeg čipa da nije bio karakterističan; s dodatnim značajkama dizajniranim u, rekao je, Core M postigao je skaliranje površine 0, 63x.
Bohr je rekao da je 14nm trenutno u proizvodnji u Oregonu i Arizoni, a započet će s radom u Irskoj početkom sljedeće godine. Također je rekao da, iako je Intel nekada imao dvije verzije tranzistora - one visokog napona i one s vrlo niskim propuštanjem - sada ima spektar značajki od velike snage do mnogo nižeg kraja s različitim tranzistorima, međusobno povezanim hrpama itd.
Čini se da je velik dio toga Intelov potisak u livarski prostor, gdje stvara čipove za druge tvrtke. Doista, Sunit Rikhi, generalni direktor livarske tvrtke, predstavio je Bohra i kasnije održao svoj vlastiti razgovor, pokazujući sve mogućnosti koje Intel nudi. (Iako Intel ima naprednu tehnologiju, nema iskustva sa pravljenjem čipova male snage koji imaju konkurenti poput TSMC-a i Samsung-a. Stoga naglašava svoju prednost u proizvodnji 14 nm.)
Slijedi 10 nm, a Bohr je rekao da je sada u "punoj fazi razvoja", te da je njegov "dnevni posao" radio na 7nm procesu.
Rekao je da ga jako zanima EUV (ekstremna ultraljubičasta litografija) za njegov potencijal u poboljšanom skaliranju i pojednostavljivanju protoka procesa, ali rekao je da jednostavno nije spreman u pogledu pouzdanosti i obradivosti. Rekao je da ni 14nm ni 10nm čvorovi ne koriste tu tehnologiju, mada bi to volio. Rekao je da Intel "ne kladi na to" 7 nm i može proizvoditi čipove na tom čvoru bez njega, iako je rekao da bi s EUV-om bilo bolje i lakše.
Bohr je rekao da će prelazak na rezance od 450 mm, od standarda 300 mm koji sada koristi cijela industrija, pomoći u smanjenju troškova po tranzistorima. Međutim, rekao je, puno je potrebno za izradu kompletnog skupa alata i potpuno nove fabrike, a ovisilo bi o tome da nekoliko velikih tvrtki surađuje kako bi sve to dovršilo. Rekao je da se industrija nije baš složila u pravo vrijeme za to, tako da je prošlo nekoliko godina.
Sve u svemu, rekao je da još nije vidio u skaliranju i napomenuo da Intelovi istraživači promatraju različita rješenja u tranzistorima, uzorkovanju, međusobnom povezivanju i memoriji. Rekao je da u posljednje vrijeme postoji niz zanimljivih tehničkih radova o stvarima kao što su uređaji III-V (koji koriste različite poluvodičke materijale) i T-FET (tranzisteri s efektom tunela s poljskim efektom), a "uvijek je dolazilo nešto zanimljivo".
