Архітектура Intel Silvermont змінить новий Atom поточний розклад сил
Архітектура Intel Silvermont: чи змінить новий Atom поточний розклад сил?
Intel Silvermont Чи зможе нова архітектура перетворити процесори Atom із "Попелюшки" на "Принцесу"?
Перший процесор Atom, хоч і послужив основним поштовхом у розвитку сегмента нетбуків, був дещо суперечливий. Перші чіпи Atom на архітектурі Silverthorne являли собою компактні одноядерні CPU, що споживали менше 1 Вт, але їм був потрібний чіпсет, з яким загальна витрата енергії наближалася до 5 Вт. Просунуті версії серії Diamondville ще більше збільшили енергоспоживання. В результаті ми побачили протиприродний союз процесора Atom та чіпсету 945GC, який споживав понад 22 Вт. Не дивно, що ми не публікували багато приємних відгуків про Atom (останнього разу ми звернули увагу на настільний ПК на базі Atom у статтіIntel Atom D510 і NM10 Express: тести нової платформи Pine Trailу 2009 році).
Що ж, подробиці нової архітектури, нині відомої як Intel Silvermont, стали відомі в ході презентації Intel на початку травня. Якщо процесори Atom на архітектуріIntel Silvermont втілять все те, що обіцяла Intel, то нам навіть не потрібні тести, на кшталт тих, що ми робили в огляді"ARM проти x86: секрет ефективності процесорів Atom", щоб констатувати перевагу щодо ефективності SoC Intel щодо конкурентів на ARM.
Якщо ви спостерігали за еволюцією сімейства Atom, то повинні знати, що Intel не змінювала кардинальним чином свою архітектуруминулі п'ять років. Так, вона перейшла з 45-нм на 32-нм техпроцес. Але сама архітектура була колишньою – 32-нм ядро з кодовим ім'ям Saltwell засноване на оригінальному дизайні Bonnell і, як і раніше, експлуатує принцип із послідовним виконанням команд, явно роблячи ставку на низьку витрату енергії за рахунок продуктивності.
З приходомIntel Silvermont все змінюється. Тепер бачимо позачергове виконання команд (out-of-order), доповнене переходом на 22-нм техпроцес. Перед нами явно не чергова вселяюча надія спроба Intel із застереженням "зустрінемось знову через 5 років". Intel спрямовує значні ресурси, щоб досягти комерційного успіху Atom, обіцяючи щорічне оновлення архітектури (першим таким оновленням стане архітектура Airmont на базі 14-нм техпроцесу, покликана закріпити технологічну перевагу Intel).
Intel Silvermont Нова архітектура
Повторимося, що Intel Silvermont заснований на позачерговому виконанні команд, і одне це має далекосяжні наслідки з точки зору продуктивності щодо Saltwell (нагадаємо, що саме Saltwell в даний момент конкурує з іншими однокристальними системами, доступними на ринку). Intel, однак, як і раніше, спирається на принцип об'єднання певних інструкцій в єдину внутрішню інструкцію-мікрооперацію (micro-op). Цей підхід збільшує ефективність обробки відповідних команд x86.
Обчислювальний конвеєр 32-нм процесора Saltwell має довжину 16 ступенів, а так як даний процесор має in-order дизайн, мікрооперації повинні пройти весь цикл конвеєра, навіть якщо не потребують ступені доступу до кешу. В результаті гілка з помилкою передбачення переходу марно витрачає 13циклів. УIntel Silvermont операції можуть обходити щаблі доступу до кешу і виконуватися відразу, якщо кеш не задіяний. Помилкове передбачення, отже, "витрачає" лише 10 циклів.
Кожне ядро Intel Silvermont отримало ряд внутрішніх оптимізацій: від кращого передбачення переходу до перероблених обчислювальних блоків і більшого кешу. Багато зусиль пішло на виявлення інструкцій, які повільно виконувалися на дизайні Intel Bonnell. УIntel Silvermont багато з них були змінені для зниження латентності та збільшення пропускної спроможності. Обчислення з плаваючою точкою скоротилися на кілька тактів, парні обчислення SIMD тепер виконуються за чотири такти замість дев'яти, одиночні SIMD виконуються помітно швидше. Враховуючи сказане вище, за словами Intel, кількість виконуваних інструкцій за такт збільшилася приблизно на 50%. Розглядаючи перехід відSandy BridgeдоIvy Bridge, мизвернули увагуна зростання числа інструкцій, що виконуються за такт, порівнюючи два процесори, що працюють на однаковій частоті. У випадкуIntel Silvermont, 50% прискорення архітектури красномовно вкаже на те, що Atom став значно швидшим.
Звичайно, зазвичай Atom зустрічається у багатоядерних конфігураціях. Коли сімейство Atom було вперше анонсовано, то це був одноядерний процесор. Незабаром Intel представила двоядерні CPU, які також проводилися за 45-нм техпроцесом. Коли настав час переходити на 32-нм техпроцес, на плаву залишилися лише двоядерні версії Atom. А оскільки компанія удосконалює техпроцес, актуальним стало подальше збільшення кількості ядер. ФактичноархітектураIntel Silvermont дозволяє масштабувати процесор до 8 фізичних ядер.
Тепер кеш L2 тісно інтегрований з ядрами, що забезпечує низьку латентність та високу пропускну здатність. Інженери Intel не хотіли, щоб кеш був загальним для більш ніж двох ядер. У зв'язку з цим було реалізовано модульний підхід. Кожна "цеглинка" нового процесора включає пару ядер із загальним кешем L2 розміром 1 Мбайт (попередні процесори Atom мали кеш L2 по 512 Кбайт на ядро). Окремі ядра, кеш L2 та інтерфейс між ядрами та кешем можуть отримувати живлення незалежно один від одного. Ядра в модулі можуть працювати з різною частотою, але за замовчуванням працюють симетрично.
Модулі пов'язані між собою реалізованим на самому чіпі інтерфейсом (in-die interface – >Інженери Intel глянули на архітектуру ядра, оптимізовану для однопоточної продуктивності поряд з його модульним підходом до масштабованості, і віддали перевагу технології Hyper-Threading. Включення даної технології могло привести Таким чином, компанія відмовилася від розгалуження потоків завдань, воліючи збільшити кількість фізичних ядер з метою підвищення продуктивності в багатопотокових додатках.
У той же час інженери Intel збільшили набір інструкцій, довівши його до рівня архітектури Westmere 2010 - тобто він на чотири роки випереджає набір інструкцій оригінального процесора Atom, заснований на архітектурі Merom. SSE4.1, SSE4.2 і POPCNT, що працює з цілими інструкціями, є частиною цього оновлення набору інструкцій, покликаного підвищити рівень продуктивності Atom. Також з'явилося прискорення шифрування AES-NI таSecure Key (що включає підтримку інструкції RDRAND та апаратний генератор випадкових чисел).
Intel Silvermont Управління живленням – ключ до успіху мобільної архітектури
Для керування тактовою частотою в 32-нм ядрі Saltwell використовувалися додаткові P-states – комбінації напруги живлення та тактової частоти, які вибираються залежно від доступного теплового запасу процесора. Цей підхід орієнтований досягнення максимальної частоти і реалізований лише на рівні драйвера ОС. УIntel Silvermontмеханізм управління частотою близький до Turbo Boost: частота регулюється на апаратному рівні відповідно до температури, напруги та рівня споживання енергії. У цьому випадку важливішим є не приріст продуктивності, який ви можете отримати в Boost-режимі, а можлива економія енергії, якщо надмірна продуктивність не потрібна.
На даний момент існують мобільні пристрої, які працюють на повній швидкості до тих пір, поки не настає перегрів, після чого різко скидають частоту відновлення температури. Таких стрибків достатньо, щоб негативно позначитися на рівні комфорту під час практичного використання пристрою. Intel стверджує, що Intel Silvermont відпрацьовуватиме такі ситуації витонченіше, плавно знижуючи тактову частоту і не допускаючи перегріву процесора.
Температурний "бюджет" SoC може бути розподілений між кількома ядрами чи іншими блоками на кристалі (включаючи сторонні модулі). Найімовірнішим таким блоком є вбудована графіка. Механізм контролю легко пояснити за допомогою наведеної вище ілюстрації: ядра можуть мати загальний бюджет із витрати енергії, а також запозичувати тепловий запас у вбудованої графіки (яка починає працювати назниженою частотою), але при цьому допускається різке підвищення продуктивності навіть при працюючій на повну потужність графіку, якщо температура чіпа це дозволяє. Intel стверджує, що ця концепція заснована на Turbo Boost, але має інші алгоритми та механізми реалізації керування живленням.
З іншого боку, Intel також включила безліч функцій управління живленням, знайомих за технологією P-states, з тією відмінністю, що ядра можуть переходити в режим енергозбереження C6 самостійно, чого раніше не могли. І, оскільки архітектураIntel Silvermontзаснована на модульному принципі, Intel представила додаткові рівні P-state, що дозволяє керуючому ПЗ здійснювати контроль вмісту кеша L2. На основі режиму "активного простою" S0ix, що вперше з'явився в платформі Moorsetown в 2010 році, ядро Intel Silvermontможе зберігати свій стан при переході в режим очікування. Це означає, що вихід зі стану очікування буде здійснюватися швидше, хоча Intel поки не пояснює, наскільки.
Intel Silvermont Збираємо все докупи
Грунтуючись на внутрішніх змінах архітектури ядра та модульному дизайні нового процесора, можна зробити висновок, що наступне покоління Atom зможе змінити наше уявлення про продуктивність процесорів даного сімейства. І це чудово. Але в рамках конкуренції з однокристальними системами на архітектурі ARM продуктивність є не головною проблемою Atom – все спирається на витрату енергії. Ми бачили, що 32-нм процесор Z2760 тримається на рівні Qualcomm та NV >
Не варто розглядати ці графіки як фінальне порівняння продуктивності: чіп Intel та "безіменний процесор з асиметричними ядрами", ймовірно, ніколи не виявлятьсяу тому самому місці на графіках з реальними даними. Однак підхід Intel зрозумілий. АрхітектураIntel Silvermontпокликана забезпечити дуже низьке споживання енергії та дуже високу продуктивність, використовуючи той самий симетричний дизайн, що реалізований у Saltwell. Але тут все значно краще: поєднуються в одне ціле 22-нм виробничий процес, удосконалення самого ядра, краща масштабованість та оптимізації, покликані забезпечити мінімальне споживання енергії.
Тим часом у разі асиметричного дизайну ми бачимо перехід між посередньою продуктивністю при виконанні завдань, що не потребують серйозних обчислювальних ресурсів, до посередньої ефективності залучення швидких ядер. Саме тут криється ключова перевага підходу Intel. Низька витрата енергії на максимальному завантаженні процесора і краща продуктивність щодо конкурентів при низькій витраті енергії – саме те, що може принестиIntel Silvermontуспіх, якщо прогнози Intel збудуться.
Чи змінить Silvermont розстановку сил?
У кожному графіку домінує одне й те саме послання. Ви можете порівнювати дані конкуруючі рішення при заданому рівні споживання енергії, і Intel Silvermont виявиться швидше з досить істотним відривом. Або можете загострити увагу на продуктивності - і в цьому випадку нова архітектура Intel буде попереду з точки зору споживання енергії, так само помітно випереджаючи конкурентів.
