Amd та Intel відкривають графічний фронт у процесорі

У ряді останніх оголошень Intel та AMD оприлюднили кілька важливих змін в архітектурі своїх процесорів x86, які обіцяють трансформувати спосіб використання процесорів x86 протягом наступних кількох років.

Минулого тижня AMD оголосила про нову архітектуру пам’яті, спрямовану на зближення обчислень CPU та GPU. Intel розкрила новий акцент на поліпшенні своїх позицій у більш традиційній графіці ПК. Вчора Intel анонсувала абсолютно нову версію мікроархітектури для своєї серії процесорів Atom, яка повинна зробити ці мікросхеми набагато потужнішими та, можливо, закрити розрив між Atom та більшою лінійкою процесорів компанії Core.

Нова архітектура пам'яті AMD

Оголошення AMD про те, що він називає неоднорідним рівномірним доступом до пам’яті (hUMA), не стало великою несподіванкою, оскільки компанія вже давно говорить про архітектуру гетерогенних систем (HSA).

Концепція досить проста. Навіть у мікросхемі, що має як процесор, так і графічну обробку (GPU) на одній матриці, як і в прискорених процесорах AMD (APU), пам'ять, що використовується процесором і графікою, залишилася в окремих пулах. Хоча фізично однакова пам'ять, ЦП та GPU використовують різні вказівники на пам'ять. Щоб використовувати графічний процесор для обчислень, програма повинна скопіювати дані з частини пам'яті, що використовується процесором, до частини, що використовується графікою, зробити обчислення та скопіювати їх знову. На все це потрібен час. З справжньою єдиною системою пам'яті, що включає графіку, це не буде необхідним.

AMD просуває це як частину фонду HSA, який включає ARM, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, MediaTek та Imagination. Зокрема, у цьому підході використовується програмне забезпечення, відоме як HSAIL, та набір інтерфейсів для прискорених HSA програм.

На цьому тижні AMD детально розказав, як у своїй архітектурі hUMA процесор та графічний процесор можуть динамічно розподіляти пам'ять з усього простору пам'яті та використовувати це разом з тією ж схемою віртуальної адреси. Пам'ять буде двосторонньо узгодженою, тому будь-яке оновлення пам'яті, здійснене процесором або графічним процесором, буде переглянуте іншими елементами обробки. Тепер GPU буде підтримувати пам'ять, що обробляється з віртуальними сторінками, тому вона може працювати з більшими наборами даних (спосіб роботи процесорів на даний момент). Ідея полягає в тому, що процесор і GPU можуть працювати разом ефективніше. AMD заявив, що розробники зможуть писати програми, прискорені HSA, використовуючи стандартні мови програмування, такі як Python, C ++ та Java.

AMD не єдина компанія, яка вважає неоднорідні обчислення важливими, а HSA Foundation також має своїх конкурентів. Nvidia була великим прихильником того, що вона використовувала для виклику GP-GPU, просуваючи свої CUDA API та обіцяючи, що майбутня версія її графічних процесорів підтримуватиме єдину пам'ять. Деякі з великих програмних платформ мають свої альтернативи: розширення DirectCompute від Microsoft до DirectX для обчислень GP-GPU та API Renderscript від Google для неоднорідних обчислень. Мабуть, найголовніше, що група Khronos, галузевий консорціум, просуває стандарт OpenCL.

Велике питання полягатиме в тому, який із цих стандартів залучатиме розробників. Першим процесором AMD, який підтримує hUMA, буде його процесор Kaveri, який планується поставити до кінця 2013 року (хоча, швидше за все, не в системах до початку наступного року). AMD також пропонує APU для PlayStation 4, і, як відомо, постачають APU для Xbox наступного покоління. Здається, що інші члени Фонду HSA також можуть використовувати архітектуру hUMA, хоча ніхто ще не оголосив про такі проекти. Разом цього може бути достатньо для створення критичної маси для розробників та для інструментів, і якщо так, це може виявитися дуже важливим.

Intel зменшує графіку для Haswell

Наприкінці минулого тижня Intel розкрила більше деталей щодо свого процесора Core 4-го покоління, 22-нм-продукту, відомого як Haswell. Раніше Intel розкрила ряд нових функцій для Haswell, включаючи нові інструкції AVX2 для роботи з більшими цілими векторами та плавлені вказівки з множинним додаванням (FMA) для плаваючої точки. Ці речі, які кінцеві користувачі, швидше за все, не побачать, за винятком покращення продуктивності в досить спеціалізованих робочих навантаженнях.

Що найцікавіше у новому анонсі - це фокус на графіці, область, де конкуренти AMD та Nvidia, безумовно, мали лідируючу роль.

Але Intel робить деякі великі кроки з процесорами Haswell. Intel давно заявив, що додасть більше графіки до матриці для деяких моделей Haswell, включаючи версію високого класу, відому як GT3. Ефективно це лише додаткові одиниці графічних інструкцій, що перевищують кількість поточних процесорів Ivy Bridge. Сама по собі це велика зміна, враховуючи, що Intel у своїх продуктах зазвичай виділяє більше місця для процесорного процесору, тоді як конкуруючі APU від AMD виділяють більше графіки для графіки.

Але нещодавно Intel показала ще один варіант, який він називає графікою GT3e, яка додає другий штамп із 128 МБ вбудованої DRAM в пакет, що містить штамб Haswell, і призначений для прискорення графічної продуктивності. Минулого тижня Intel оголосила, що швидкісні версії графіки GT3 тепер будуть називатися Iris, а версії з вбудованою DRAM називатимуться Iris Pro, оскільки Intel сподівається отримати певну перевагу в брендінгу нових рівнів графіки.

Зокрема, лінія Haswell буде сегментована за версіями з невеликою кількістю графіки (GT1) під назвою HD Graphics; з графікою GT2 (що еквівалентно високому класу лінії Ivy Bridge) під назвою HD Graphics 4200 до 4600, залежно від швидкості; з графікою GT3, але працює на 15 Вт під назвою HD Graphics 5000; ці частини з графікою GT3, яка працює на 28 Вт і вище, тепер будуть називатися Intel Iris Graphics 5100; а також тих, хто має графіку GT3e та вбудовану графіку під назвою Iris Pro 5200. (Intel ніколи не був одним із найменувань простоти.)

Номери деталей Intel залишаються складними, але зауважте, що номер деталі, який починається з 4, позначає Haswell, а той, який починається з 3, означає Ivy Bridge. Компанія використовує MQ для позначення стандартних деталей ноутбуків GT3, а HQ для позначення деталей, які мають вбудовану DRAM.

У рамках анонсу Intel поділилася характеристиками нових деталей, демонструючи значні покращення продуктивності порівняно з існуючими процесорами компанії. Intel показала цифри, що пропонують продуктивність Ultrabook в 1, 5 рази більше попереднього покоління при приблизно однаковому енергоспоживанні (і вдвічі більше, ніж чіп з більшою потужністю, орієнтований на трохи більші ноутбуки, ті, що мають екрани з 14-дюймовим і більшим), вдвічі більше графіки продуктивність на традиційних ноутбуках і майже втричі перевищує продуктивність на настільних системах.

Intel каже, що нова графіка Iris та Iris Pro порівнянна з дискретними графічними процесорами, і це велика справа. (Як завжди, я беру всі номери продуктивності із зерном солі, поки я не можу фактично протестувати продукти.) Я впевнений, що все ще будуть набагато більш високопродуктивні дискретні настільні графічні частини від AMD та Nvidia для ігор та програм для робочих станцій, але зазвичай ці частини використовують багато енергії. У повнорозмірних ноутбуках, де енергоконверт набагато менший, графіки на матриці важливіші, але все ще існує великий ринок дискретної графіки. Начебто Intel орієнтується на цей ринок. Ультрабуки та інші тонкі ноутбуки зазвичай не вимагають потужності для роботи з дискретною графікою, тому вдосконалена графіка на матриці, безумовно, вітається.

Нова мікроархітектура Atom від Intel

Однак багато в чому найбільше оголошення від Intel розглядало його архітектуру малої потужності, яка призначена замінити архітектуру, що використовується в сучасній архітектурі Atom компанії. Сім'я Atom здебільшого відома тим, що використовується в мобільних пристроях, таких як планшети та меншою мірою в декількох смартфонах. Нова архітектура, відома як Сільвермонт, також спрямована на різноманітний центр обробки даних та вбудовані ринки.

Архітектура являє собою велику зміну. Замість механізму виконання замовлення, який використовувався в попередніх версіях архітектури Atom, включаючи архітектуру Saltwell, що використовується в сучасних 32nm-версіях Atom фірми, Silvermont додає двигун виконання поза замовленням, як це використовується в процесорах Core і Xeon Intel . Це має суттєво покращити обробку однопотокових програм. Він пропонує нову системну архітектуру тканини, розроблену для масштабування до восьми ядер (швидше за все для таких додатків, як мікросервери). Нарешті, до нього додаються нові вказівки (зробити їх нарівні з тими, що використовуються у Westmere-версії процесорів Core), та нові технології безпеки та віртуалізації.

Нова архітектура має модульну конструкцію, що базується на модулях, що містять два ядра, 1 Мб спільного кешу L2 (дуже низька затримка, висока пропускна здатність) та спеціалізований інтерфейс «точка-точка» для тканини SoC. Зауважимо, це замінює концепцію багатопотокової роботи, яку Intel активно просуває, і насправді це схоже на модульний підхід AMD, який використовується в його нинішніх настільних та серверних мікросхемах. (Однак Intel вийшла зі шляху, щоб пояснити, що це не одне і те ж; модулі AMD ділять більше речей, включаючи плаваючу крапку.) Модулі можна комбінувати, включаючи до восьми ядер.

Щодо споживання енергії, Intel каже, що нова архітектура дозволяє ширший динамічний діапазон потужності, а також дозволяє кожному ядру свій власний незалежний режим управління частотою та потужністю, тим самим дозволяючи кожному руху вгору та вниз знижувати продуктивність та потужність. (На відміну від мобільних процесорів, це більше нагадує те, що Qualcomm використовує зі своїми ядрами Krait, ніж більш стандартну комбінацію ARM big.LITTLE.) Він також розроблений з покращеним управлінням енергією та швидшим входом і виходом з режимів очікування, особливо важливими особливостями. на ринку мобільних телефонів.

Компанія заявляє, що вона може краще регулювати потужність між ядром процесора та іншими елементами, такими як графіка, що дозволяє більш досконалою реалізацією режиму серійного захисту.

В цілому, Intel каже, що нова архітектура та перехід на 22-нм процес FinFet SoC фірми повинні дозволяти чіпам, які пропонують до трьох разів більшу продуктивність або в п’ять разів меншу потужність, ніж поточні мікросхеми Atom. Взагалі Intel зазначає, що його "ефективний" двоядерний може перевершити неефективний чотириядерний процесор при обмеженні потужності. (Знову, як завжди, я зачекаю, коли продукти оцінять це.)

Як і поточна лінія Atom, архітектура Silvermont, ймовірно, буде використовуватися в різних процесорах, починаючи від тих, що спрямовані на мобільні пристрої, і до великих систем. Сюди слід віднести Avoton, орієнтований на мікросервери, Rangely, спрямований на мережеві пристрої, Merrifield, спрямований на смартфони, та Bay Trail, спрямований на планшети та кабріолети. Серед них найбільше очікувана 22nm Bay Trail платформа, для якої Intel очікує, що вчасно з'явиться на ринку планшети, які будуть доступні до сезону відпусток, і незабаром з’явиться більше деталей.

В цілому архітектура Сільвермонта звучить як великий крок від існуючої архітектури Atom, і я особливо заінтригований, щоб побачити, як насправді працює Bay Trail, заснований на цій архітектурі. На сьогоднішній день існував помітний розрив у продуктивності між низьким рівнем сімейства Core та високоякісними Atoms, але ця архітектура виглядає так, що могла б справді закрити прогалину.

Висновок: Графіка та потужність визначають конкуренцію

Кожен основний процесор, який ви бачите сьогодні - чи чіп Intel чи AMD, націлений на настільні ПК або ноутбуки, чи чіп на основі ARM, орієнтований на смартфони та планшети - має декілька ядер процесора, як правило, декілька ядер GPU (крім серверних мікросхем) та всілякі інша спеціалізована логіка для таких речей, як обробка зображень, кодування та декодування відео та обробка шифрування.

Оскільки процес мікросхема стає меншим, на одній мікросхемі може бути включено більше транзисторів. Але які функції інтегрувати (і як їх інтегрувати) залишаються ключовим диференціатором серед постачальників чіпів, як і конкретна конструкція та мікроархітектура самих чіпів.

Ці повідомлення показують компроміси, які здійснюють Intel та AMD, і це має мати величезні наслідки для обчислень протягом наступних кількох років.

Що стосується настільних ПК та ноутбуків, Intel виглядає так, ніби він не тільки намагається наздогнати AMD із вбудованою графічною продуктивністю, додавши більше одиниць виконання, але й намагається рухатись вперед за допомогою таких функцій, як вбудована DRAM, користуючись перевагою своєї технологічної технології вести. AMD також не буде сидіти на місці зі своєю графікою, тому він повинен зробити цікавий збіг. Тим часом AMD наполегливо наполягає на кращій інтеграції функцій графіки та процесора, що може призвести до нового способу програмування; це займає більше часу, але може виявитись надзвичайно важливим.

Тому битва між AMD Kaveri та Intel Haswell може бути цікавішою, ніж конкуренція Intel-AMD останніх кількох років. Haswell, безумовно, буде першим. (Я очікую побачити системи цього літа, порівняно з початком наступного року для Kaveri.) Знову ж таки, це в основному для настільних комп'ютерів та ноутбуків. Користувачі, які користуються геймерами та робочими станціями, все одно, безперечно, захочуть поєднати чип із дискретними графічними рішеннями від AMD чи Nvidia.

Для планшетів та потенційно зрештою телефонів підхід архітектури неоднорідних систем, який AMD та інші наполягають, може виявитися ще важливішим, хоча знову ж таки знадобиться деякий час, щоб побачити, чи справді цим застосуванням користуються програми. Нова архітектура Intel повинна зробити її більш конкурентоспроможною в цьому просторі. Це дійсно схоже на великий крок вперед, але його конкуренти також будуть рухатися.

Мені трохи цікаво, чи такі речі, як платформа Bay Trail для Atom на базі Сільвермонта, насправді працює досить швидко, так що вона починає з'являтися в більш масових ноутбуках низького класу або навіть на настільних комп'ютерах. Вже сьогоднішні планшети, що базуються на Atom, працюють з Windows досить добре, і завдяки вдосконаленням це може бути достатньо для багатьох основних користувачів, навіть якщо він відстає від продуктивності Haswell або Kaveri (або поточний Sandy Bridge від Intel та поточний Рікмонд AMD для цього матерія).

Це повинно створити захоплюючу конкуренцію на майбутній рік.