Video: Intel 14nm Microarchitecture (Septembra 2024)
Na fóre Intel Developer Forum minulý týždeň niekoľko inžinierov spoločnosti Intel odhalilo oveľa viac technických podrobností o procesore Core M, celkovej mikroarchitektúre Broadwell a 14nm procese, z ktorého vychádza.
Hlavný inžinier a šéf architektúry Srinivas Chennupaty vysvetlil, že aj keď je Broadwell „kliešťom“ v kadencii „kliešť / hrot“ spoločnosti Intel (čo znamená, že ide predovšetkým o procesný pokles na 14nm), bola Broadwellova mikroarchitektúra rozšírená z architektúry Haswell. používané v súčasných 22nm výrobkoch. Hoci väčšina prezentácie bola vo verzii Core M s nízkym výkonom, ktorá bola zameraná na ultrabooky typu tablet, 2 v 1 a bez ventilátorov, poznamenal, že táto architektúra musí podporovať širokú škálu produktov od tabletov až po servery Xeon.
Celkovo povedala, že celá architektúra je navrhnutá pre lepšiu dynamickú správu výkonu a teploty, so znížením voľnobežného výkonu systému So-Chip (SoC) a zvýšeným dynamickým prevádzkovým rozsahom, čo jej umožňuje pracovať v širšom rozsahu výkonu, To je dôvod, prečo verzia Core M, ktorá zmenšuje celkový výkon iba 4, 5 W, pracuje v systémoch bez ventilátora.
Časť tohto je spôsobená vylepšenou správou výkonu v samotnom jadre, ako napríklad spôsobom, ako sa môže prispôsobiť rôznym stavom energie, takže môže v prípade potreby získať „turbo boost“ bez prehriatia procesora a má vylepšené plne integrované napätie. regulátor (FIVR) navrhnutý tak, aby menil napätie spôsobom, ktorý monitoruje špičkovú spotrebu a poskytuje zlepšený výkon pri nízkom príkone. Ponúka tiež lepšie monitorovanie celého riešenia vrátane samostatného hubu radiča platformy (PCH) alebo čipovej sady, takže PCH môže ďalej znižovať výkon pripojených funkcií, čo umožňuje prepojeniam prejsť do nízkoenergetických stavov, ako sú napríklad disky SATA., PCI Express a USB. Má aktívne riadenie teploty pokožky, takže samotný čip môže monitorovať svoju teplotu a podľa toho upravovať spotrebu energie.
Samotná mikroarchitektúra môže mať pri rovnakej frekvencii vyšší výkon ako predchádzajúca generácia Haswellu, a to vďaka funkciám, ako je väčší plánovač mimo poradia, vylepšená predikcia adresy a zlepšenie vo výpočte vektorov a pohyblivej rádovej čiarky.
Celkovo povedal, že zatiaľ čo pokyny s jedným vláknom za cyklus boli v tejto generácii iba trochu vyššie, toto všetko dodáva, že výkon s jedným vláknom za posledných 7 rokov je až o 50% rovnakou rýchlosťou.
Medzi ďalšie zmeny patria nové pokyny pre kryptografiu a bezpečnosť, lepšie monitorovanie a niektoré vylepšenia rozšírení transakčnej pamäte (známe ako TSX alebo rozšírenie transakčných synchronizácií) a príkazy virtualizácie (VT-x), ktoré boli v predchádzajúcej generácii.
Čipová sada PCH, ktorá sprevádza jadro M, je známa ako PCH-LP a v skutočnosti sa vyrába procesom 22nm. Bol navrhnutý tak, aby pri voľnobehu spotreboval asi o 25% menej energie a aby sa aktívny výkon znížil asi o 20%. Zahŕňa tiež vylepšenia v oblasti ukladania zvuku a PCI Express.
Celkovo povedal, že zmeny umožňujú dvojnásobné zníženie výkonu, ako by ste očakávali od tradičného škálovania procesov, spolu s vylepšenými inštrukciami na jedno vlákno za hodinu a vektorovým výkonom.
Podobné vylepšenia sa uplatnili aj v grafike, uviedla hlavná inžinierka a architektka grafiky Aditya Sreenivas. Aj v tomto prípade bolo cieľom zlepšenie výkonu / wattu, ako napríklad lepšie dynamické charakteristiky výkonu a úniku, optimalizácia pre prevádzku s nízkym napätím; a vylepšenia mikroarchitektúry na zníženie dynamického výkonu. Poznamenal, že je navrhnutý tak, aby pracoval aj pri 6 a 10 wattoch, pravdepodobne naznačujúci nové verzie.
Samotná skutočná grafická architektúra vyzerá podobne ako predchádzajúca verzia, ale verzia GT2 použitá v implementácii Core M sa zvýšila z 20 na 24 vykonávacích jednotiek usporiadaných ako tri „podzložky“, z ktorých každá má 8 EÚ. (V ďalšom prednáške inžinier spoločnosti Intel zameraný na výpočtovú architektúru uviedol príklady verzií grafiky s 12 a 48 EÚ a navrhol budúce verzie.)
Jedným dôležitým rozdielom je, že táto verzia podporuje Direct X 11.2 a je pripravená na DX12 a podporuje Open GL 4.3 a Open CL 2.0. To by malo znamenať, že takmer všetky hry a aplikácie by tu mali pracovať s grafikou, aj keď nie nevyhnutne rovnakou rýchlosťou, akú by ste videli na samostatnom grafickom čipe. Celkovo by však tieto zmeny mohli v niektorých prípadoch viesť k 40% zlepšeniu grafického výkonu v porovnaní s predchádzajúcimi sériami Haswell-Y.
Ďalšou veľkou zmenou je podpora zdieľanej virtuálnej pamäte (SVM) v prostredí OpenCL, ktorá umožňuje použitie komponentov CPU aj GPU na výpočet. Zdá sa, že ide v podstate o rovnakú koncepciu ako Heterogénna systémová architektúra (HSA), ktorú presadzovali AMD a iní.
Podľa novej architektúry Intel Fellow a hlavného mediálneho architekta Hong Jianga má nová architektúra aj niektoré vylepšenia mediálnych funkcií. Čip povedal, že veci ako Intel Quick Sync video a video transkódovanie môžu byť „2x rýchlejšie“ ako predchádzajúca verzia so zlepšenou kvalitou. Okrem toho má teraz podporu pre dekódovanie VP8, ako aj pre AVC, VC-1, MPEG2 a MVC pre video; Dekódovanie JPEG a Motion JPEG pre videokonferencie a digitálne fotografie; a GPU - zrýchlené dekódovanie a kódovanie HEVC až 4K 30 snímok / s. Okrem povolenia 4K videa by tieto zmeny mali umožniť 25% dlhšie prehrávanie videa vo vysokom rozlíšení Full HD.
14nm Process Tech
Aj keď spoločnosť Intel už predtým poskytla veľa informácií o procesnej technológii 14nm, Mark Bohr, Intel Senior Fellow, vývoj logickej technológie, prešiel novým procesom a podelil sa o ďalšie informácie.
„Prinajmenšom pre spoločnosť Intel pokračuje Mooreov zákon, “ uviedol a uviedol, že ukazuje, že spoločnosť Intel vyrábala priemerne 0, 7-násobok mierky tranzistorov za každú generáciu a že tak pokračuje. (Všimnite si, že ak by sa škálovali v oboch dimenziách, dostali by ste nový tranzistor, ktorý by bol asi o 50% väčší ako tranzistor predchádzajúcej generácie, čo Mooreov zákon technicky predpovedá.)
Hovoril o tom, ako to bola druhá generácia spoločnosti Intel vo svojich tranzistoroch „Tri-Gate“ po zavedení 22nm (spoločnosť Intel používa výraz „Tri-Gate“ na zakrytie tranzistorov, na ktorých je kanál zdvihnutý nad substrát, ako je plutva, a kontroly obaluje sa okolo všetkých troch strán, čo je štruktúra, ktorú väčšina priemyslu označuje ako tranzistory „FinFET“). Poznamenal, že vzdialenosť medzi plutvami sa pri prechode na nový proces zmenšila zo 60 nm na 42 nm. výška plutiev sa skutočne zvýšila z 34 nm na 42 nm. (V diapozitíve hore je „dielektrikum s vysokým k“ žlté; elektróda kovového hradla v modrej farbe, ktorá používa technológiu high-k / metal-gate, ktorú spoločnosť Intel používa už od svojho 45nm uzla.)
Pri generácii 14nm uviedol, že najmenšou kritickou dimenziou je šírka trojuholníka, ktorý bol asi 8 nm, zatiaľ čo ostatné kritické rozmery boli v rozsahu od 10 nm do 42 nm (pre vzdialenosť medzi stredom výšky rebier k stredu) nasledujúceho rozstupu plutiev). Poznamenal, že tranzistory sa často vyrábajú z viacerých rebier, a zníženie počtu rebier na tranzistor vedie k zlepšenej hustote a nižšej kapacite.
V tejto generácii povedal, že rozstup plutiev sa znížil o 0, 7x (zo 60 na 42 nm), rozteč brány o 0, 87x (od 90 do 70 nm) a rozstup prepojenia o 0, 65x (od 80 do 52 nm), čo viedlo k celkový priemer okolo historického priemeru 0, 7. Ďalším spôsobom, ako sa na to pozerať, povedal, bolo znásobiť rozteč brán a kovovú rozteč, a tam povedal, že Intel bol na 0, 53 pre logické škálovanie oblastí, čo povedal, že je lepšie ako normálne. (Okrem toho som sa tiež zaujímal o to, že snímky spoločnosti Bohr ukázali procesor Core M s 1, 9 miliardami tranzistorov v jeho veľkosti 82 mm2 v porovnaní s 1, 3 miliárd oficiálnych diagramov; spoločnosť Intel PR túto chybu potvrdila a uviedla, že 1, 3 miliardy je správny údaj.)
Keď sa Bohr pozrel na cenu za jeden tranzistor, súhlasil s tým, že náklady na vyrobený kremíkový plátok sa zvyšujú v dôsledku ďalších krokov maskovania - s niektorými vrstvami, ktoré teraz vyžadujú dvojité alebo dokonca trojité vzorovanie. Povedal však, že keďže uzol 14nm dosahuje lepšie výsledky ako normálne škálovanie oblasti, zachováva si normálne náklady na redukciu tranzistora.
Vskutku ukázal grafy naznačujúce, že spoločnosť Intel očakáva, že takéto zníženia budú pokračovať aj v budúcnosti. Ďalej tvrdil, že tieto zmeny tiež vedú k nižšiemu úniku a vyššiemu výkonu, a tým k zlepšeniu výkonu na watt, čo podľa neho zlepšuje na 1, 6 x za generáciu.
Poznamenal, že pri prechode z Haswell-Y na Core M by spoločnosť Intel mala matricu, ktorá by bola 0, 51x väčšia ako veľkosť predchádzajúceho čipu, ak by bol z hľadiska funkcie neutrálny; s ďalšími funkciami navrhnutými v, povedal, Core M dosiahol škálovanie oblasti matrice 0, 63x.
Bohr povedal, že 14nm je v súčasnosti v sériovej výrobe v Oregone a Arizone a malo by sa začať v Írsku začiatkom budúceho roka. Uviedol tiež, že zatiaľ čo spoločnosť Intel používala dve verzie tranzistorov - vysokonapäťové a ultravysoké - s nízkym únikom - teraz má spektrum funkcií od vysokovýkonného až po oveľa nižší koniec s rôznymi tranzistormi, prepojovacími zväzkami atď.
Zdá sa, že väčšina z toho je súčasťou posunu spoločnosti Intel do zlievárenského priestoru, kde vytvára čipy pre ďalšie spoločnosti. Sunit Rikhi, generálny riaditeľ zlievarenského podnikania, skutočne predstavil Bohra a neskôr predniesol svoju reč o všetkých možnostiach, ktoré spoločnosť Intel ponúka. (Aj keď má spoločnosť Intel vyspelú technológiu, nemá skúsenosti s výrobou čipov s nízkou spotrebou, aké majú konkurenti, ako sú TSMC a Samsung. Zdôrazňuje tak svoje vedúce postavenie vo výrobe 14nm.)
Ďalej prichádza 10nm, s tým, že Bohr povedal, že bol teraz v „fáze úplného vývoja“ a že jeho „denná práca“ pracovala na 7nm procese.
Povedal, že sa veľmi zaujíma o EUV (extrémna ultrafialová litografia) o jeho potenciál zlepšenia škálovania a zjednodušenia toku procesov, ale povedal, že jednoducho nie je pripravený z hľadiska spoľahlivosti a vyrobiteľnosti. Povedal, že ani 14nm, ani 10nm uzly nepoužívajú túto technológiu, hoci by sa mu to páčilo. Povedal, že spoločnosť Intel „na to nestávkuje“ 7nm a bez neho by na tomto uzle mohla vyrábať čipy, hoci povedal, že by bolo lepšie a jednoduchšie s EUV.
Bohr povedal, že prechod na 450 mm doštičky z normy 300 mm, ktorú dnes používa celé priemyselné odvetvie, pomôže znížiť náklady na tranzistory. Avšak, povedal, to stojí veľa vyvinúť kompletnú sadu nástrojov a úplne nový fab a bude záležať na niekoľkých veľkých spoločnostiach spolupracovať, aby to všetko urobiť. Povedal, že priemysel sa na tento čas celkom nezhodol, takže je už niekoľko rokov.
Celkovo povedal, že zatiaľ nevidel koniec škálovania a poznamenal, že vedci spoločnosti Intel skúmali rôzne riešenia v oblasti tranzistorov, modelovania, prepojenia a pamäte. Povedal, že v poslednom čase bolo veľa zaujímavých technických článkov o veciach, ako sú zariadenia III-V (používajúce rôzne polovodičové materiály) a T-FET (tranzistory s tunelovým poľom), a prichádza „vždy niečo zaujímavé“.
