Tiger Lake odhaleno: architektura a novinky. Výkon zlepší hlavně takty, IPC stouplo málo

9

Intel konečně odhalil detaily nových procesorů založených na procesu 10nm SuperFin. Přinesou PCIe 4.0, pamětiLPDDR5, přehrávání AV1 a hlavně vysoké frekvence, takže jednovláknový výkon by mohl výrazně předstihnout vše, co tu bylo dosud.

Včera Intel odhalil technologické novinky napříč svými procesory, připravovanými grafikami, výrobními procesy i dalšími produkty z tzv. Intel Architecture Day 2020. Už jsme zde probírali odhalení výkonných grafik Intel Xe HPG, které už budou obsahovat jednotky akcelerující ray tracing a konkurovat tak výkonným GeForce a Radeonům. Ale Intel zejména odhalil architekturu a další vnitřnosti nových 10nm+ procesorů Tiger Lake, alias Core 11. generace.

Předchozí
Následující

Nové jádro Willow Cove: nové cache, IPC nakonec nenaroste dramaticky

Procesory Tiger Lake v jejich současné formě jsou čtyřjádrové procesory pro notebooky, které se budou vyrábět klasicky v provedení BGA pájeném na desku. Integrována jsou v nich CPU jádra s novou architekturou, současně také GPU s 96 EUP768 shadery nové architektury Xe LP (této architektuře, určené i pro samostatné karty, se budeme věnovat samostatně) a rovněž nová konektivita a výbava.

Tiger Lake obsahuje jádra s kódovým označením Willow Cove. Jsou odlišná od jádra Ice Lake, které bylo první výrazně inovovanou architekturou Intelu od Skylake a loni (2019) přineslo zhruba o 18 % vyšší IPC – tedy cca o 18 % vyšší výkon na 1 MHz frekvence.

Willow Cove je oproti Sunny Cove nová architektura, ale změny jsou dílčí a značná část je podobná či stejná. Kvůli tomuto nemá nakonec Tiger Lake/Willow Cove proti Ice Lake/Sunny Cove nějak brutálně zvýšené IPC, jak možná někdo čekal. Nárůst bude tentokrát nižší (bližší „tickům“, pro pamětníky), další velký skok nastane až za rok s architekturou Golden Cove v procesorech Alder Lake.

Hlavní zdroj výkonu: opět vysoké frekvence

Jádro Willow Cove bude mít i tak podle Intelu o 10–20 % vyšší výkon, než Sunny Cove, ale nebude to díky takto vysokému IPC, naopak většinu rozdílu bude dělat vyšší frekvence, kterou zajistil nový vylepšený výrobní proces 10SF (10nm SuperFin). I ten byl odhalen včera a čím je tak speciální, jsme popisovali v tomto článku:

Tip: 10nm proces Intelu zpět ve hře. Technologie SuperFin masivně zlepší takty, problémy pryč?

Galerie: Intel Architecture Day 2020: vylepšený 10nm proces SuperFin (10SF)

Proces 10SF díky předělané struktuře tranzistorů a dalších elementů přináší velká zlepšení dosažitelné frekvence (výkonu) a do značné míry zdá se odčiní neduhy, které v tomto první verze 10nm procesu měla. Zatímco Ice Lake končilo frekvencí někde u 4,0 GHz, Tiger Lake by mohlo spět (byť třeba ne nutně úplně dospět) až skoro ke 5,0 GHz.

Jádro bude při stejném napětí dosahovat vyšší frekvence, ale současně umožní zvednout napětí výš a posunout takt ještě o to dál. Zde je to názorně na grafu.

10nm proces SuperFin zvýší frekvence ze zhruba 3,9 až 4,1 GHz až k 5,0 GHz Zdroj: Intel

Vyšší napětí by samozřejmě ovšem také vedlo k určitému navýšení spotřeby. Je možné, že na nejvyšších jednojádrových boostech bude příkon Tiger Laku poměrně vysoký, ovšem to může být i u 14nm CPU nebo u Ryzenů od konkurence. Intel mimochodem uvádí, že Tiger Lake je navrženo pro spotřeby v rozsahu od 10 W do 65 W.

Intel Tiger Lake: vylepšený výrobní proces 10nm SuperFin Zdroj: Intel

Backend a frontend jádra vesměs beze změn

Intel zřejmě zachoval prakticky beze změn (tedy až na to, že jsou nyní použité tranzistory na bázi SuperFinu) většinu jádra. Willow Cove by tedy mělo mít stejné počty výpočetních jednotek (ALU, SIMD/FPU, load/store) jako Sunny Cove, stejně jako jeho prefetchery a prediktory větvení. Ani hloubky out-of-order front se asi neměnily.

Cache: zvětšení L2 o 150 %, L3 o polovinu

Ovšem výkon (IPC) může zvýšit paměťový subsystém a cache, kde změny nastaly. Zejména jsou to mezipaměti CPU. Intel nyní potvrdil, co již dříve prosáklo: Tiger Lake (Willow Cove) má výrazně větší L2 a L3 cache.

Největším upgradem je asi zvětšení L2 cache, která je jako vždy privátní pro každé jádro. Zatímco Skylake obsahovalo 256 KB na jádro a Ice Lake (Sunny Cove) 512 KB, zde už má jádro 1,25 MB. Je možné, že její latence kvůli tomu trochu stoupla proti 12 cyklům u Skylake a 13 cyklům u Sunny Cove. Intel ale přesný počet cyklů nesdělil.

L2 cache se také změnila z inkluzivní (tedy obsahující kopii všech dat v L1) na neinkluzivní. Toto by mělo o něco zlepšit výkon, ale také vyžaduje logiku navíc pro řešení koherence (synchronizace). Asociativita cache je jinak 20-cestná (512KB u Ice Lake je 8-way asociativní, totéž 512B L2 cache Zenu/Zenu 2).

Intel Tiger Lake: architektura CPU Willow Cove Zdroj: Intel

Také L3 se zvětšila. Předchozí procesory obsahovaly 2MB blok L3 cache pro každé jádro, což se pak v čipu spojuje dohromady (některé modely, například Core i5, to ale mohly mít ořezané třeba na 1,5 MB/jádro). U Tiger Lake Intel zvýšil kapacitu na 3 MB pro každý blok, takže čtyřjádro bude mít celkově už 12 MB L3 cache.

Asociativia byla ale snížena, zatímco dřívější cache s 2MB blokem byly 16-way, L3 cache s 3MB blokem je u Tiger Lake jen 12-way (místo 24-way). Rovněž L3 cache je jinak už neinkluzivní , zatímco dříve Intel používal inkluzivní cache (obsahovala kopie dat z L1 a L2). Latenci L3 cache Intel opět nesdělil.

Zlepšení IPC o 4–6 %?

Je možné, že v některých úlohách, která byly kapacitami cache limitované, toto povede k výrazným zlepšením výkonu. V průměru ale budou zisky mírné. Větší cache by podle AnandTech údajně měly přinášet „nízké jednociferné“ (1–3 %) zlepšení. Celkově i s dalšími vlivy by jádro Willow Cove mohlo mít IPC vyšší o „střední jednociferná procenta“, čímž se míní 4–6 %. V průměru by pak mohlo být IPC asi o 25 % lepší v porovnání s architekturou Skylake.

Intel Tiger Lake Zdroj: Intel

Paměti: LPDDR5 s propustností až 86,4 GB/s

Tiger Lake podporuje paměti DDR4-3200 (až 64 GB) a LPDDR4X-4266 (až 32 GB); ty by dávaly teoretickou propustnost 51,2, respektive 62,8 GB/s. Ovšem k tomu Tiger Lake poprvé umí už i paměti LPDDR5. Po konfliktních zprávách (chvíli se zdálo, že LPDDR5 bude, pak že nebude) se tedy tato nová technologie potvrdila.

Čtyřjádrové Tiger Lake-U bude podporovat LPDDR5-5400, což při 128bitovém řadiči (z desktopového pohledu dvoukanálovém, ale u LPDDR to znamená čtyři 32bitové kanály) dává teoretickou propustnost už 86,4 GB/s. Integrovanému GPU by to mělo hodně chutnat. Jak často budou notebooky s Tiger Lake LPDDR5 používat, ale není jasné. Tyto paměti jsou údajně dost drahé, takže častější možná ze začátku bude klasická LPDDR4X (nebo DDR4).

Dvojnásobná kapacita interní sběrnice

Ovšem nejen paměťová propustnost bude vyšší. Také v rámci čipu bude zesílena propustnost interní sběrnice ringbus, která propojuje jádra (přesněji jejich bloky L3 cache), systém agent, paměťový řadič, integrované GPU a northbridge. Je stále použitá obousměrná prstencová sběrnice, ale místo použití jedné byla zdvojnásobená (dvojitý ringbus), takže lze přednést 2× 32 bajtů za jeden cyklus duplexně. Tam, kde byly propustnost limitující, se tedy může zvýšit výkon.

10nm procesory Intel Tiger lake odhalení architektury schema
Schéma procesoru Intel Tiger Lake (Zdroj: Intel)

Total Memory Encryption

Tiger Lake dále také podporuje kompletní šifrování paměti RAM nazvané Total Memory Encryption (TME). To je pro běžící software transparentní, ale znemožňuje tzv. cold attack, kdy se po vypnutí vytáhne modul RAM z notebooku a přečtou se z něj data. Jde o obdobu šifrování RAM, které poskytují procesory AMD Ryzen Pro a Epyc.

Control-Flow Enforcement Technology

Pro zvýšení bezpečnosti má Tiger Lake i další novinku, Control-Flow Enforcement Technology. Jde o ochranu před tzv. Return-oriented a Jump-oriented útoky. Tiger Lake používá stínové stacky (Shadow Stacks) a kontrolování paměťových stránek pro ochranu před útoky týkajícími se návratové adresy.

Proti útokům spočívajícím v nesprávných cílech skoků a volání je přidaná technologie Indirect Branch Tracking. Ale ta nebude fungovat automaticky, využije ji jen nově zkompilovaný software, jelikož vyžaduje použití nových instrukcí. Tyto novinky pomohou ochránit běžící operační systém před některými zranitelnostmi a ztíží práci hackerům.

Článek pokračuje na další straně informacemi o výbavě a konektivitě procesorů Tiger Lake.

Galerie: Odhalení procesorů Intel Tiger Lake: detaily, technologie, architektura

Předchozí
Následující

9 KOMENTÁŘE

  1. Ja som veľmi zvedavý na performance hybridné procesory Alder Lake, ktoré v sebe budú kombinovať vysoko výkonné veľké jadrá s architekturou Golden Cove a vysoko účinné malé jadrá Gracemont s hardwarovým schedulerom, kedy bude môcť procesor využiť napr. všetkých 16 jadier (8 + 8) resp. inú kombináciu pri iných modeloch atď.