Szerző: Bodnár Ádám

2014. augusztus 12. 10:41:00

Azonos teljesítmény, fele akkora fogyasztás

Az Intel hagyományosan az őszi Intel Developer Forumon részletezi új fejlesztéseit, a vállalat az első Broadwell-alapú processzornak, a Core M-nek a bemutatására egy önálló webcaston kerített sort. A gyártástechnológia és a mikroarchitektúra főbb részletei már nyilvánosak, de pár kulcsfontosságú infót még titokban tartott a cég.

HIRDETÉS

A PC-s processzorok piacán az Intel legnagyobb ellenfele már régóta nem az AMD, amely néhány ballépésnek köszönhetően mára "leküzdötte magát" 10 százalék körüli piaci részesedésre, hanem az egyre potensebb ARM-alapú chipek, amelyek a tableteken és immár Chromebookokon keresztül a PC-eladásokba harapnak bele. Az Intelnél ezért a fő tervezési irányelv az energiatakarékosság, a Core M processzor feladata, hogy passzív hűtéssel hozzon Core-szintű teljesítményt a vékony és könnyű noteszek és tabletek számára.

A tavaly őszi IDF-en a vállalat már bemutatta első Broadwell generációs processzorát működés közben, azonban sem a gyártástechnológiáról, sem az architektúráról nem beszélt a cég érdemben - talán már sejtették az Intelnél, hogy a 14 nanométeres csíkszélességű gyártási eljárás tömegtermelésbe vezetése keményebb dió lesz a vártnál és végül a Broadwell jelentős késését fogja okozni.

A 14 nanométeres eljárás

A tegnapi webcaston elhangzott információk szerint végre megfelelő kihozatalt produkál az eljárás, így a Core M processzorok gyártása egy ideje már zajlik és az Intel szállítja is ezeket a chipeket a PC-gyártó partnereinek, hogy az ünnepi szezonra boltokba kerülhessenek a rájuk épülő konfigurációk. Időarányosan a 14 nanométeres technológia még nem érte el a 22 nanométeres eljárás érettségét, ami a kihozatalt illeti, de az Intel váltig állítja, javul a tendencia és hamarosan ugyanolyan selejtaránnyal tudja a 14 nanométeres chipeket gyártani mint a 22 nanométereseket.

A gyártástechnológiai fejlesztések adnak lehetőséget az Intel számára elsősorban, hogy teljesítményben vagy éppen energiahatékonyságban felvegye a versenyt a konkurenciával. A Core M esetében is nagyon sokat számít, hogy 14 nanométeres eljáráson készül, amely második generációs FinFET (3D, Intel-terminológiában Tri-Gate) tranzisztorokat tartalmaz. A tegnapi webcaston elmondottak alapján az eljárás nem csak energiahatékonyságban előrelépés, hanem tranzisztorsűrűség terén is, így végeredményben a legyártott eszközök nem csak kevesebbet fogyasztanak hanem kisebbek is.

A P1272 technológia második generációs FinFET tranzisztorokra épül. A háromkapus tranzisztor alkotóelemei nem rétegszerűen helyezkednek el mint ahogy az korábban bevett volt, hanem háromdimenziós struktúrát alkotnak. A forrás (source) és a nyelő (drain) a szubsztrátból kiemelkedő vezetéken kap helyet, amelyet három oldalán érintve (tri-gate) satuszerűen fog közre a kapuelektróda (gate). A vállalat szerint a háromkapus felépítés lehetővé teszi, hogy a lehető legtöbb áram folyjon át a csatornán amikor a tranzisztor bekapcsolt állapotban van, és a legkevesebb, amikor ki van kapcsolva, illetve hogy a leggyorsabb legyen az átmenet a ki- és bekapcsolt állapotok között.

Az új tranzisztorok kevesebb, de magasabb "uszonyt" tartalmaznak, amelyek sűrűbben helyezkednek el, így végeredményben a legyártott áramkörök kisebbek, miközben a tranzisztor karakterisztikája (kapcsolási sebesség, nyitófeszültség) kedvező irányba változik. Az Intel arra büszke elsősorban, hogy a 14 nanométeres csíkszélességű technológiája (kódnevén P1272) alacsonyabb tranzisztorköltséget is hoz a 22 nanométeres eljáráshoz képest - a mára első számú riválissá előlépett TSMC 20 nanométeres eljárása például becslések szerint 24 százalékkal magasabb költségű mint a 28 nanométeres, a 16 nanométeres csíkszélesség pedig további 5 százalékos költségnövekedést hoz majd.

Majdnem ugyanaz a CPU, de erősebb és takarékosabb GPU

A Broadwell nagy újdonsága az új gyártástechnológia lesz, ennek megfelelően a mikroarchitektúrához alig nyúltak az Intel mérnökei. A vállalat által tegnap közzétett információk szerint néhány apró módosítás történt csak a CPU-magokban, a tervezők finomhangoltak kicsit az utasításütemezőn és megnövelték a pufferek méretét, hogy a végrehajtóegységek kihasználtságát javítsák, emellett egyes lebegőpontos műveletek futásidejét is csökkentették. A végeredmény egy mérsékelt, 5 százalékos növekedés IPC (instruction per clock) terén, ez hasonló a Sandy Bridge-Ivy Bridge váltáshoz.

Többet változott a GPU. A grafikus vezérlő az Ivy Bridge-ben bemutatkozott, majd a Haswellben továbbfejlesztett Gen7 architektúra újabb továbbfejlesztésével jött létre. Az új GPU képességeit tekintve papíron felzárkózott a konkurenciához, a Broadwell így már támogatja a DX11.2 és OpenGL 4.3, valamint OpenCL 2.0 szabványokat . Teljesítményben is van előrelépés, legalábbis a Core M tekintetében, az ugyanis 2x10 helyett 3x8 grafikus VE-t tartalmaz. Az Intel mérnökei emellett megnövelték a cache méreteket és finomhangolták az architektúrát, amelynek az eredménye - feladattól függően - 20-50 százalékos teljesítményemelkedés lett. A videofeldolgozó áramkörök megbirkóznak a 4K videókkal és hardveresen támogatott a H.265 kódolás is.

A grafikus egység legnagyobb dobása azonban nem ez, hanem a Duty Cycle Control nevű energiatakarékos technológia. Az Intel mérnökei igyekeztek tovább csökkenteni a GPU üresjárati fogyasztását, és arra jutottak, ennek leghatékonyabb módja már nem a feszültség és órajel csökkentése, mivel egy határon túl annak a hozadéka egészen kicsi. A Duty Cycle Control révén viszont lekapcsolható a teljes GPU, akár idejének 87,5 százalékára - mivel a display controller elválik a GPU-tól, a felhasználó ebből semmit sem vesz észre és a módszer az OS és az alkalmazások számára is transzparens. Az eredmény: mintegy 60 százalékkal alacsonyabb fogyasztás tétlen állapotban, ami hosszabb akkumulátoros üzemidőt jelent. Egyelőre nem tudni, ez a képesség az összes Broadwell-alapú chipben benne lesz-e, vagy csak a Core M-ben.

Azonos teljesítmény, fele TDP-vel?

A Core M (kódnevén Broadwell-Y) kapcsán az Intel nem győzi hangsúlyozni, a fejlesztés célja egy olyan processzor megalkotása volt, amely hozza a Core-szintű teljesítményt, de passzív hűtés mellett. A Core M-ről a vállalat nem mást állít, mint hogy egy korábbi generációs chiphez képest kétszeres javulást jelent teljesítmény/fogyasztás terén, azaz azonos számítási teljesítményt fele akkora TDP mellett biztosít. Mivel a piacra kerülő chipváltozatok pontos adatai egyelőre nem nyilvánosak, pontosan nem lehet tudni, milyen teljesítmény mellett mekkora fogyasztásról, illetve TDP-ről is van szó.

Az alacsony TDP a chiptervezők egyik Szent Grálja, és ez különösen igaz a vékony és könnyű noteszek, illetve tabletek esetén. A TDP (Thermal Design Power) ugyanis azt a teljesítményt mutatja meg, amihez a gép hűtését méretezni kell. Lehet, hogy a processzor soha nem is fogyaszt ennyit, vagy csak szélsőséges esetben, de a házat, a bordákat, a ventilátort és a többi alkatrészt fel kell készíteni ekkora disszipációra. Másképp fogalmazva: hiába fogyaszt egy processzor az üzemidejének jelentős részében csupán pár wattot, ha a TDP-je magas, akkor vastag bordát és nagy ventilátort kell hozzá társítani és a gépben a légcsatornákat is ehhez kell méretezni.

Az alacsony TDP teszi lehetővé a gyártók számára, hogy passzív hűtéssel lássák el a Core M processzorokat és rendkívül vékony gépekbe építsék be őket. Az Intel a Computexen már bemutatott egy Llama Mountain kódnevű koncepciót, amely 12 hüvelykes kijelzővel rendelkezik, csupán 670 grammot nyom és 7,2 milliméter vastag csupán, vagyis vékonyabb mint az iPad Air. A gépben Core M processzor működik természetesen - a gépen Windows 8.1 operációs rendszer fut. Ehhez nem csak a fogyasztást, hanem a fizikai méreteket is csökkenteni kellett, a Core M modul fele akkora alapterületű és harmadával vékonyabb mint az elődje.

Annak érdekében, hogy a TDP a lehető legalacsonyabb lehessen, az Intel a Turbo Booston is módosított kicsit. A vállalat mobil processzorainál régóta bevett módszer a "végezz a feladattal gyorsan, hogy aludni mehess", a Core M-et ennek jegyében egy új (PL3) teljesítményfokozattal látták el. Ez a fokozat adja a legnagyobb számítási teljesítményt, de a legnagyobb fogyasztást is értelemszerűen, így a processzor csak néhány ezredmásodpercnyi időre gyorsulhat fel ennyire.

Amiről az Intel nem beszélt

Amiről az Intel nem beszélt eddig: a piacra kerülő gépekben pontosan milyen Core M processzorok lesznek, mekkora lesz ezek órajele, feszültsége, magszáma, cache-e, támogatják-e a Hyper-Threadinget? Nem ismert ezek pontos fogyasztása és ára sem - a válaszokért valószínűleg a szeptember elején zajló Intel Developer Forumig várni kell. Feltehetően ekkora derül ki majd az is, 2015 elején milyen Broadwell-alapú egyéb processzorok jönnek (Core i-család), és hogy ezek mikor debütálnak.

a címlapról