27

Intela zmagania z Haswellem

Oficjalna premiera najnowszej linii procesorów Intela nastąpi już w najbliższych dniach. Poznamy wtedy szczegóły wszystkich nadchodzących układów, które na razie objęte są embargiem informacyjnym. Rodzina Haswell jest najczęściej reklamowana jako pierwsza w historii firmy, mająca w tak dużym stopniu połączyć wzrost wydajności ze spadkiem zapotrzebowania na energię. Jednak krzemowy materiał, służący do lat do produkcji […]

Oficjalna premiera najnowszej linii procesorów Intela nastąpi już w najbliższych dniach. Poznamy wtedy szczegóły wszystkich nadchodzących układów, które na razie objęte są embargiem informacyjnym. Rodzina Haswell jest najczęściej reklamowana jako pierwsza w historii firmy, mająca w tak dużym stopniu połączyć wzrost wydajności ze spadkiem zapotrzebowania na energię. Jednak krzemowy materiał, służący do lat do produkcji procesorów ma swoje ograniczenia i coraz mocniej zaczyna o nich przypominać. Jak inżynierowie Intela chcą tym razem przesunąć dalej granice wydajności?

Sprawę ograniczeń jakie fizyka stawia producentom coraz to nowych generacji chipów poruszałem już kilkukrotnie na łamach Antyweb.pl. Największym problemem współczesnej technologii jest potrzeba ciągłego wzrostu wydajności, który od czasu popularyzacji inteligentnych telefonów nierozerwalnie łączyć się musi z postępującą miniaturyzacją. Słowem: ma być szybko, ale żeby jeszcze mieściło się w kieszeni.

Jak na razie Intel jest jedyna firmą, która produkuję swoje chipy w procesie technologicznym 22 nm, a w planach na następną generację procesorów chce ona zejść jeszcze o 8 nm niżej. Wszyscy pozostali producenci włącznie z Samsungiem, Qualcommem i AMD jak na razie wykonują swoje jednostki obliczeniowe w 28 nm.

Powyższe wielkości dotyczą jednak tylko masowego klienta, który już teraz może nabyć konkretne urządzenia. Jeszcze dalej idą producenci, jeśli chodzi technologiczne dema kawałków krzemu.

intel5nm

Już na początku tego milenium firmom takim jak IBM czy NEC udało zjechać zdecydowanie niżej. Zaprezentowały one tranzystory o wielkościach odpowiednio 6 i 5 nm. Natomiast w zeszłym roku grupie Australijskich naukowców udało się zadziwić świat, wykonując jedno-atomowy tranzystor.

Powód postępującego zmniejszania procesu produkcyjnego jest jasny. Im mniejsze są elementy, tym więcej można ich upchnąć na ograniczonej przestrzeni i tym mniej zużywają energii. Ale zaraz… Przecież w tym roku Intel nie zdecydował się na zejście do 14 nm, a Haswell jest reklamowany jako „ekstra-amazing-oszczędny układ”. Jak więc inżynierom z Santa Clara udało się tego dokonać?

Każdy użytkownik jakiegokolwiek komputera, smartfona czy tabletu, wie że może on znajdować się w dwóch elementarnych stanach i nie mam tu na myśli włączenia i wyłączenia. Chodzi mi bowiem o czas kiedy aktywnie i w niemal 100 % wykorzystujemy jego możliwości, np. podczas grania, a także o czas spędzany na mniej wymagających dla jednostki obliczeniowej czynnościach jak np. przeglądanie Internetu.

Aby do maksimum dostosować ilość pobieranej przez procesor energii, Intel opracował nowe rozwiązania w kwestii przełączania części tranzystorów (niekiedy większości) w stan „stand by”, z którego mogą być one oczywiście w każdej chwili wybudzone. Wg szacunków, ma to wydłużyć czas pracy na baterii od 2 do 3 razy w porównaniu z Ivy Bridge.FIVR

Kolejną zapowiadaną nowością ma być system FIVR (Fully Integrated Voltage Regulator), który jest wyrazem ogólnych tendencji w branży zmierzających do montowania w jednym chipie jak największej ilości układów, które kiedyś stanowiły odrębną część. Tym razem intelowscy inżynierowie postanowili zakończyć czas odseparowania modułu regulującego napięcie, obniżającego napięcie docierające z płyty głównej. Pozwoli to na jeszcze lepsze dostosowywanie ilości pobieranej energii do wymaganych zastosowań, zwłaszcza że będzie dotyczyło nie tylko CPU, ale też zintegrowanego układu graficznego, podsystemu I/O i kontrolera pamięci. Rozwiązanie to zaoszczędzi też miejsce, gdyż FIVR wykorzystuje tylko 2 % miejsca, które normalnie zajmuje odrębny układ.

Sprzętowym usprawnieniem z innej beczki ma być za to, model zarządzania energią „Power Optimizer”, który ma 20-krotnie obniżyć zapotrzebowanie na energię w stanie spoczynku.

Zmianę przeszły także same tranzystory. Generalnie charakteryzują je trzy parametry: ilość przewodzenia prądu w stanie aktywnym i pasywnym, a także szybkość przełączania się pomiędzy powyższymi stanami. Tym razem inżynierowie postanowili zmniejszyć upływność prądu elektrycznego, który przepływa przez tranzystory, czyli po prostu zmniejszyć straty energii na tych elementach. Przy tym, elementem, który nie mógł ulec pogorszeniu było taktowanie zegara (przełączanie pomiędzy stanami).

3d

Normalnie, redukcja upływności prądu powoduje zmniejszenie wydajności i wzrost wymaganego do działania napięcia. Tym razem obyło się jednak bez strat na tych polach dzieli ulepszeniu trójwymiarowych  tranzystorów, które były główną nowością architektury Ivy Bridge. Zostały one wtedy ochrzczone mianem trójbramkowych ze względu na to, że inaczej niż w „płaskich” tranzystorach, bramka kontroluje przepływ prądu nie tylko z góry, ale również i z boków. To właśnie to rozwiązanie pozwoliło dwa lata temu na znaczący skok wydajnościowy względem Sandy Bridge.

Podsumowując, jak w każdej kolejnej generacji swojego sprzętu, Intel stara się zwiększyć wydajność swoich procesorów, jednak w tym roku istotną kwestią dla korporacji z Santa Clara było także zmniejszenie ilości pobieranej energii. Udało się to nawet bez zmniejszania wielkości procesu technologicznego, za co firma była poddawana krytyce (także w komentarzach pod wcześniejszymi moimi artykułami).

Środek ciężkości branży nowych technologii przenosi się coraz bardziej w kierunku urządzeń przenośnych, a tam jak wiadomo króluje niepodzielnie architektura ARM, której główną zaletą jest połączenie zadowalającej wydajności ze stosunkowo niskim zużyciem energii. Skoro więc branża PC topnieje w oczach, to naturalnym jest, że skoro Intel odpuścił zupełnie nowe konsole, to jego uwaga przenosi się teraz w kierunku smartfonów i tabletów.

Czy jednak nie jest na to już zbyt późno? Nawet firma z tak ogromnym zapleczem technologicznym i finansowym musi liczyć się z tym, że może nie poradzić sobie na rynku zdominowanym przede wszystkim przez Qualcomma i Samsunga. A może Haswell będzie pierwszą linią, która zdobędzie popularność nie tylko na pecetach? Wątpliwości rozwieją najbliższe miesiące.

Foto 1, 2, 3