Architektura Intel Silvermont: konec nadvlády ARM?

Intel už si dělá dlouho zálusk na mobilní segment, kde zatím vládne ARM. Již brzy však přijdou zařízení s architekturou Silvermont, která ARMu pořádně zatopí.

Nedávno oznámený příchod nové architektury Intel Silvermont pro mobilní telefony a tablety bohužel zatím neznamená i uvedení jednotlivých jader nebo zařízení. Na to si počkáme nejspíš až do zářijové konference IDF. Z informací, které Intel o této nové architektuře, nástupci Atomu, přinesl, je ale zřejmé, že půjde o revoluci, a ne jen evoluci. Intel si uvědomuje, že je v mobilním segmentu velký potenciál, ale zároveň nehodlá vyrábět procesory ARM. Značně proto urychlil vývoj Atomu tak, aby se postupně srovnal krok s výrobními technologiemi u klasických procesorů.

 
Oproti předchozí generaci bude mít Silvermont 3× vyšší výkon a 5× nižší spotřebu
 

Velký skok kupředu

Zatímco v letech 2008 až 2010 vládnula u Atomu 45nm architektura Bonnell (3–4 roky), od roku 2011 doposud 32nm Saltwell (2 roky), letošní 22nm Silvermont má mít své nástupce již každý rok. Další v pořadí je v roce 2014 rovnou 14nm Airmont. Nové Atomy tak již budou vycházet ve stejném „Tick-Tock“ režimu, kdy se jednou za dva roky zcela změní architektura a v polovině dvouletého cyklu dojde k přechodu na pokročilejší výrobní proces. Skok oproti předchozí architektuře Saltwell je skutečně obrovský. Došlo totiž nejen k přechodu na pokročilejší 22nm výrobní proces, ale také ke kompletnímu přepracování mikroarchitektury. Není tedy divu, že se Intel chlubí, že má Silvermont oproti Saltwellu třikrát vyšší výkon a pětkrát nižší příkon.

Klepněte pro větší obrázek
Že se Intel v oblasti mobilních čipů skutečně snaží, je vidět ze zvyšování rychlosti vývoje. Od architektury Silvermont už se budou i mobilní čipy držet filozofie „Tick-Tock“

Intel má se Silvermontem velké plány. Nová architektura je značně škálovatelná a modulární – podporuje například jedno až osm jader, které jsou součástí maximálně čtyř modulů. To umožňuje nasazení do mikroserverů (procesory Avoton), do síťových prvků (Rangeley), do tabletů, levných a konvertibilních notebooků (Baytrail) nebo do mobilních telefonů (Merrifield). Intel tuto variabilitu označuje vlastním heslem „Od miliwattů k teraflopsům“. Nové Atomy sice přijdou o HyperThreading, ale budou mít režim Turbo, který se stará o přetaktování nejen samotných procesorových jader, ale také integrovaného grafického čipu.

Klepněte pro větší obrázek
Nových SoC mobilních čipů s architekturou Silvermont (například čip Baytrail) a zařízeních, které je budou využívat, se dočkáme nejdříve ve třetím čtvrtletí tohoto roku. Baytrail přitom bude v tabletech a v konvertibilních či levných noteboocích.
Klepněte pro větší obrázek
Funkce Turbo značně zefektivní vytížení procesoru, hlavně však bude záviset nejen na možnostech napájení a požadavcích na výkon, ale také podle TDP jako u Ivy Bridge

Značný nárůst výkonu

Už s předchozí architekturou Saltwell přešel Intel u Atomu na SoC (System-on-Chip), kdy je vše (procesor, grafické jádro i čipset) na jediném čipu, což pomáhá ušetřit jak místo, tak energii. Díky tomu už dnes potkáme Intel procesory jak v některých pasivně chlazených tabletech, tak i v mobilních telefonech, kde si vůbec nevedou špatně. Poprvé v historii Atomu však Intel přechází u Silvermontu z prováděcího enginu In-Order na efektivnější Out-of-Order, který používají i ostatní procesory od Intelu. Procesor tak již nevykonává instrukce v pořadí, v jakém jsou v původním programu, ale řídí se dostupností vstupních dat. Dokáže tak zabránit nečinnosti – namísto čekání na načtení dat zpracovává jiné instrukce, které je možné spustit hned.

Další změnou v architektuře jsou nové instrukční sady IA-64 převzaté z procesorů Core. Jde především o SSE4.1, SSE4.2 a POPCNT z Westmere a 64b ISA + Core z Core 2. Znamená to mimo jiné i to, že již budou procesory 64b. Zároveň byly Silvermontu implementovány nové virtualizační (VT-x2) a bezpečností (AES-NI z Westmere) technologie. Procesor také podporuje paměti LPDDR3-1066 v dvoukanálovém provedení s propustností až 17 GB/s, takže je značně zvýšena propustnost pamětí. Došlo také ke snížení odezev a zvýšení propustnosti vyrovnávacích pamětí, implementaci přesnějších prediktorů větvení a hlavně k větší modularitě.

Turbo a až osm jader

K systémovému agentu jdou přidávat další moduly, což umožní široké rozmezí konfigurací s jedním až osmi jádry. Každý modul obsahuje dvě procesorová jádra a až 1 MB L2 cache s velmi nízkými latencemi a vysokým přenosovými rychlostmi. Každé jádro má přitom svůj takt a správu napájení. S tím souvisí funkce Turbo, kdy je na základě požadavků na výkon, podle zahřívání (TDP) a přísunu proudu stanovena frekvence každého jádra. Prostředky jsou sdíleny nejen mezi jednotlivými jádry, ale také mezi všemi jádry a integrovanou grafikou. Čip se tak může lépe přizpůsobit situacím, kdy je jedna část vytížená minimálně, zatímco na druhou jsou ze strany aplikace kladeny vyšší nároky. Jde tedy o obdobu Turbo Boost 2 pro automatické přetaktovávání procesorů i grafiky, což znáte z procesorů Ivy Bridge. Díky tomu jsou prostředky využívány mnohem efektivněji a operace dokončeny rychleji.

K tomu všemu se přidal nejnovější 22nm výrobní proces, který Intel nasadil poprvé před rokem u Ivy Bridge. Už samo zmenšení tranzistorů a zvýšení jejich počtu na centimetr čtvereční značně zvýšilo výkon na watt energie. U 22nm výrobního procesu však Intel nasadil nové 3D Tri-gate tranzistory, které mají oproti klasickým planárním menší únik elektrické energie v provozu a zároveň i menší propustnost při vypnutém stavu. Výsledkem je mnohem menší vyzařování tepla a další úspora energie. Už za rok bychom se přitom měli dočkat 14nm výrobní technologie u nástupce Silvermontu – architektury Airmont.

Efektivita je u Silvermontu zvyšována na všech frontách. Dalšího významného snížení příkonu ale bylo dosaženo také vylepšením správce napájení a mnohem dynamičtější změnou napájení v provozním stavu. Každé procesorové jádro má plně aktivní stav C0 (vytížení), stále aktivní C1/C2 (připraveno k práci) a pak C6, kdy je vypnuté, L1 cache vyprázdněna a jádro nespotřebovává žádnou energii. Nad jádrem je však ještě správa napájení celého modulu s jednotlivými jádry a L2 cache. Ta přidává ještě mezistav částečného vyprázdnění L2 cache, který ještě více šetří energii a ze kterého se přitom dokáže procesor prakticky okamžitě probudit k činnosti.

Klepněte pro větší obrázek
Procesory Silvermont mají vylepšené stavy C6 s uchováváním stavu vyrovnávací paměti L2 (rychlejší probuzení) a díky 3D tranzistorům mají při nízkých napětích značný příkon

Vlastní grafika

Velkou změnou by u Silvermontu mělo projít i samotné grafické řešení. Grafický čip by měl nabídnout až třikrát vyšší výkon než u současných Atomů. Integrovaná grafika bude nově přímo od Intelu a bude vycházet ze současné generace, kterou mají čipy Ivy Bridge (Intel HD 4000). Samozřejmostí tak bude podpora DirectX 11, akcelerace HD filmů a relativně vysoký výkon. Čekejte však maximálně čtyři výpočetní bloky (EU) oproti až šestnácti právě na Ivy Bridge. Intel toho ke grafice mnoho neřekl, ale přechod k vlastnímu řešení na rozdíl od předchozího od Power VR je logický – právě díky tomu může sdílet prostředky grafiky s procesorovými jádry (Turbo). Otázkou už jen zůstávají grafické ovladače, se kterými měl Intel v minulosti problém.

Počkejme si na testy, ale podle slov Intelu by měl být nárůst výkonu a snížení spotřeby u Sirvermontu skutečně markantní. Výkon je v některých případech až pětkrát vyšší a spotřeba v klidu zase třikrát nižší. Dvoujádrový Silvermont by tak měl bez problémů porazit ve výkonu i spotřebě konkurenci v podobě čtyřjádrového SoC ARM řešení. Tento rok tedy Intel chystá velkou expanzi hlavně do světa tabletů, telefony budou spíše minoritní záležitostí. V příštím roce však můžeme čekat masivní nástupu procesorů Intel i do chytrých telefonů. Kdo by to byl před pár lety řekl.

Témata článku: Technologie, Intel, AR, ARM

28 komentářů

Nejnovější komentáře

  • DakuHonoo 11. 7. 2013 12:30:55
    nebol tento článok náhodou už vydaný? a k tomu ešte aj tu? pred štvrť...
  • neo.taa 10. 7. 2013 21:04:37
    To jsou PR fikce. Soudě podle toho, že nemůžou jít u 22nm hned do mobilů,...
  • Jakub Gilar 10. 7. 2013 20:43:50
    U těch tic-tock to asi nebude tak super až se dojde k 10nm...
Určitě si přečtěte