Amd a intel otevírají grafickou frontu v bitvě procesoru

V řadě nedávných oznámení Intel a AMD samostatně odhalily několik důležitých změn v architekturách svých procesorů x86, které slibují transformaci způsobu, jakým budou procesory x86 používány v příštích několika letech.

Minulý týden společnost AMD oznámila novou architekturu paměti zaměřenou na přibližování procesorů CPU a GPU. Intel odhalil nový důraz na zlepšení své pozice v tradičnější počítačové grafice. Včera společnost Intel oznámila zcela novou verzi mikroarchitektury pro své procesory řady Atom, která by měla tyto čipy mnohem silnější a potenciálně překonat mezeru mezi Atomem a běžnější základní skupinou procesorů společnosti Core.

Nová paměťová architektura AMD

Oznámení AMD o tom, co nazývá heterogenní Uniform Memory Access (hUMA), nebylo velkým překvapením, protože společnost již dlouho mluví o Heterogenous Systems Architecture (HSA).

Koncept je docela jednoduchý. I v čipu, který má procesor i grafické zpracování (GPU) na stejné matrici, jako v jednotkách zrychleného zpracování AMD (APU), zůstala paměť použitá CPU a grafikou v samostatných fondech. Zatímco existuje fyzicky stejná paměť, CPU a GPU používají různé ukazatele na paměť. Aby bylo možné použít GPU pro výpočet, musí program zkopírovat data z části paměti používané procesorem do části používané grafikou, provést výpočet a znovu jej zkopírovat zpět. To vše vyžaduje čas. U skutečného systému sjednocené paměti, který obsahuje grafiku, to nebude nutné.

AMD to prosazuje jako součást nadace HSA, která zahrnuje ARM, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, MediaTek a Imagination. Tento přístup používá zejména runtime software známý jako HSAIL a sadu rozhraní pro aplikace urychlené HSA.

Tento týden AMD podrobně popsal, jak ve své architektuře hUMA mohou CPU a GPU dynamicky alokovat paměť z celého paměťového prostoru a použít ji společně se stejným schématem virtuálního adresování. Paměť bude obousměrná koherentní, takže jakékoli aktualizace paměti provedené CPU nebo GPU budou vidět ostatní procesní prvky. GPU bude nyní podporovat stránkovací paměť s virtuálními stránkami, takže bude moci pracovat s většími datovými sadami (tak, jak v současné době fungují CPU). Myšlenka je taková, že CPU a GPU mohou spolupracovat efektivněji. AMD řekl, že vývojáři budou moci psát aplikace urychlené HSA pomocí standardních programovacích jazyků, jako jsou Python, C ++ a Java.

AMD není jedinou společností, která považuje heterogenní výpočetní techniku ​​za důležitou a nadace HSA má také své konkurenty. Společnost Nvidia byla velkým zastáncem toho, co nazývala GP-GPU, tlačila své API CUDA a slibovala, že budoucí verze grafických procesorů bude podporovat sjednocenou paměť. Několik velkých softwarových platforem má své vlastní alternativy: Microsoft DirectCompute rozšíření DirectX pro GP-GPU výpočetní techniku ​​a Google Renderscript API pro heterogenní výpočetní techniku. Snad nejdůležitější je, že Khronos Group, průmyslové konsorcium, podporuje standard OpenCL.

Velkou otázkou bude, který z těchto standardů zaujme vývojáře. Prvním procesorem AMD podporujícím hUMA bude jeho procesor Kaveri, který by měl být dodán do konce roku 2013 (ale pravděpodobně v systémech až začátkem příštího roku). AMD také poskytuje APU pro PlayStation 4 a je všeobecně známo, že dodává APU pro Xbox nové generace. Zdá se pravděpodobné, že ostatní členové nadace HSA by mohli také používat architekturu hUMA, ačkoli žádný z nich zatím takové návrhy neoznámil. Spolu by to stačilo k vytvoření kritického množství pro vývojáře a nástroje, a pokud ano, mohlo by to být velmi důležité.

Intel zdvojnásobí grafiku pro Haswell

Koncem minulého týdne společnost Intel odhalila více podrobností o svém nadcházejícím 4. generačním jádrovém procesoru, 22nm produktu známém jako Haswell. Společnost Intel dříve zveřejnila řadu nových funkcí pro Haswell, včetně nových instrukcí AVX2 pro práci s většími celočíselnými vektory a instrukcí fúzovaného vícenásobného přidání (FMA) pro pohyblivou čárku. To jsou věci, které koncoví uživatelé pravděpodobně neuvidí, s výjimkou zlepšení výkonu v spíše specializované pracovní zátěži.

Nejzajímavější z tohoto nového oznámení je zaměření na grafiku, oblast, kde si konkurenti AMD a Nvidia jistě vedli.

Intel však podniká s procesory Haswell několik velkých kroků. Intel již dlouho řekl, že přidá k grafice další grafiku pro některé modely Haswell, včetně špičkové verze známé jako GT3. Ve skutečnosti se jedná pouze o další grafické instrukční jednotky nad částky v současných procesorech Ivy Bridge. Sama o sobě jde o velkou změnu vzhledem k tomu, že ve svých produktech Intel obvykle věnoval více prostoru pro procesory, zatímco konkurenční APU AMD věnovaly více prostoru pro grafiku.

Společnost Intel však nedávno předvedla další variantu, kterou nazývá grafikou GT3e, která přidává druhou kostku s 128 MB zabudovaného DRAM do balíčku, který obsahuje matrici Haswell, a je navržena tak, aby urychlila grafický výkon. Minulý týden společnost Intel oznámila, že vysokorychlostní verze grafiky GT3 se nyní budou nazývat Iris, a verze s vestavěným DRAM se budou nazývat Iris Pro, protože Intel doufá, že získá novou značkovou výhodu nových úrovní grafiky.

Linka Haswell bude zejména rozdělena do verzí s malým množstvím grafiky (GT1) nazvanou HD Graphics; s grafikou GT2 (ekvivalent k high-end lince Ivy Bridge) nazvanou HD Graphics 4200 až 4600, v závislosti na rychlosti; s grafikou GT3, ale běžící na 15 wattech s názvem HD Graphics 5000; tyto části s grafikou GT3 běžící na 28 wattech a více budou nyní nazvány Intel Iris Graphics 5100; a ty s grafikou GT3e a zabudovanou grafikou s názvem Iris Pro 5200. (Společnost Intel nikdy nebyla tak jednoduchá pro pojmenování).

Čísla dílů Intel zůstávají komplikovaná, ale všimněte si, že číslo součásti začínající na 4 označuje Haswell, zatímco číslo začínající na 3 označuje Ivy Bridge. Společnost používá MQ k označení standardních částí notebooků GT3 a HQ k označení částí, které mají zabudovaný DRAM.

V rámci tohoto oznámení společnost Intel sdílela čísla výkonu pro nové součásti, což ukazuje významné zlepšení výkonu ve srovnání se stávajícími procesory společnosti. Intel ukázal čísla naznačující výkon Ultrabook až 1, 5krát oproti předchozí generaci při zhruba stejné spotřebě energie (a dvojnásobný výkon s čipem s vyšším příkonem zaměřeným na mírně větší notebooky, notebooky se 14 a více obrazovkami), dvojnásobek grafiky výkon na tradičních notebookech a téměř trojnásobný výkon na stolních systémech.

Intel říká, že nová grafika Iris a Iris Pro je srovnatelná s diskrétními grafickými jednotkami, což je velký problém. (Jako vždy beru všechna čísla výkonu se zrnkem soli, dokud nebudu moci produkty skutečně otestovat.) Jsem si jist, že budou stále ještě mnohem výkonnější diskrétní součásti stolní grafiky od společností AMD a Nvidia pro herní a pracovní stanice, ale tyto části obvykle používají hodně energie. V přenosných počítačích plné velikosti, kde je energetická obálka mnohem menší, je důležitější grafika na počítači, ale stále existuje velký trh pro diskrétní grafiku. Zdá se, že Intel cílí na tento trh. Ultrabooky a další tenké notebooky obvykle neměly požadavek na výkon pro provozování diskrétní grafiky, takže vylepšená grafika na vyžádání je určitě vítána.

Nová Atomová mikroarchitektura společnosti Intel

V mnoha ohledech však největší oznámení společnosti Intel považovalo nízkou energetickou architekturu, která má nahradit architekturu používanou v současné architektuře Atom společnosti. Rodina Atomů je známá především tím, že je používána v mobilních zařízeních, jako jsou tablety a v menší míře i několik chytrých telefonů. Nová architektura, známá jako Silvermont, je také zaměřena na řadu datových center a integrovaných trhů.

Architektura představuje velkou změnu. Místo spouštěcího enginu používaného v předchozích verzích architektury Atom, včetně architektury Saltwell používané ve stávajících 32nm Atomových verzích firmy, Silvermont přidává prováděcí motor mimo objednávku, jak se používá v procesorech Core a Xeon společnosti Intel.. To by mělo výrazně zlepšit zpracování aplikací s jedním vláknem. Nabízí novou architekturu systémové struktury navrženou tak, aby se škálovalo až na osm jader (s největší pravděpodobností pro aplikace, jako jsou mikroservery). Nakonec přidává nové pokyny (aby byly srovnatelné s těmi, které se používají ve verzi Core procesorů Westmere), a nové technologie zabezpečení a virtualizace.

Nová architektura má modulární design založený na modulech, které obsahují dvě jádra, 1 MB sdílené mezipaměti L2 (velmi nízká latence, velká šířka pásma) a vyhrazené rozhraní point-to-point k SoC tkanině. Všimněte si, že to nahrazuje koncept vícevláknového zpracování, který společnost Intel silně propaguje, a ve skutečnosti zní trochu jako modulární přístup AMD používaný v současných stolních a serverových čipech. (Intel však vyšel ze své cesty, aby vysvětlil, že to nebylo to samé; moduly AMD sdílejí více věcí včetně plovoucí desetinné čárky.) Moduly lze kombinovat tak, aby obsahovaly až osm jader.

Pokud jde o spotřebu energie, společnost Intel říká, že nová architektura umožňuje širší dynamický rozsah výkonu a umožňuje každému jádru svou vlastní nezávislou správu frekvence a výkonu, čímž umožňuje každému pohybovat se nahoru a dolů ve výkonu a čerpání energie. (Na rozdíl od mobilních procesorů je to spíš to, co Qualcomm používá se svými jádry Krait než standardní kombinace ARM big.LITTLE.) Je také navržen s vylepšenou správou napájení a rychlejším vstupem a výstupem z pohotovostních režimů, což jsou zvláště důležité funkce na mobilním trhu.

Společnost říká, že dokáže lépe upravit výkon mezi jádrem CPU a dalšími prvky, jako je grafika, což umožňuje sofistikovanější implementaci režimu burst.

Celkově společnost Intel říká, že nová architektura a přechod na proces firmy 22nm FinFet SoC by měl umožnit čipy, které nabízejí až třikrát vyšší výkon nebo pětkrát nižší výkon než současné čipy Atom. Obecně Intel uvedl, že jeho „efektivní“ dvoujádrový procesor může pod výkonovými omezeními překonat neefektivní současný čtyřjádrový procesor. (Znovu, jako vždy, počkám, až to produkty vyhodnotí.)

Stejně jako současná řada Atom se architektura Silvermont pravděpodobně použije v různých procesorech, od těch, které jsou zaměřeny na mobilní zařízení, až po větší systémy. Patří sem například Avoton zaměřený na mikroservery, Rangely zaměřený na síťová zařízení, Merrifield zaměřený na smartphony a Bay Trail zaměřený na tablety a konvertibilní telefony. Z těchto nejvíce očekávaných je 22nm platforma Bay Trail, kterou společnost Intel očekává, že bude mít na trhu včas, aby tablety byly dostupné během prázdnin, přičemž další podrobnosti budou brzy k dispozici.

Celkově zní architektura Silvermont jako velký krok z existující architektury Atom a obzvlášť mě zajímá, jak skutečně funguje Bay Trail, založená na této architektuře. K dnešnímu dni došlo k výrazné meze ve výkonu mezi spodním koncem rodiny Core a špičkovými atomy, ale tato architektura vypadá, že by mohla být mezera skutečně uzavřena.

Závěr: Grafika a Power Define Competition

Každý hlavní procesor, který dnes vidíte - ať už čip Intel nebo AMD zaměřený na stolní počítače nebo notebooky nebo čip založený na ARM zaměřený na chytré telefony a tablety - má více jader CPU, obvykle více jader GPU (kromě serverových čipů) a nejrůznější další specializovaná logika pro věci, jako je zpracování obrazu, kódování a dekódování videa a manipulace se šifrováním.

Jak se proces čipů zmenšuje, lze na jeden čip zahrnout více tranzistorů. Které funkce k integraci (a jak je integrovat) však zůstávají klíčovým rozlišovacím prvkem mezi výrobci čipů, stejně jako specifický design a mikroarchitektura samotných čipů.

Tato oznámení ukazují kompromisy, které Intel a AMD dělají, a ty by měly mít obrovské dopady na výpočetní techniku ​​v příštích několika letech.

Pokud jde o stolní počítače a notebooky, společnost Intel vypadá, jako by se nejen snažila dohnat AMD pomocí vestavěného grafického výkonu přidáním dalších prováděcích jednotek, ale také se snaží posunout vpřed pomocí funkcí, jako je zabudovaná jednotka DRAM, a využít výhody své procesní technologie. Vést. AMD také nebude sedět se svou grafikou, takže by to mělo zajistit zajímavý zápas. Mezitím se AMD snaží tvrdě integrovat grafiku a funkce CPU, což by mohlo vyústit v nový způsob programování; to trvá déle, ale ukázalo se, že je neuvěřitelně důležité.

Bitva mezi firmami AMD Kaveri a Intel's Haswell by proto mohla být zajímavější než konkurence Intel-AMD posledních několika let. Haswell určitě loď první. (Očekávám, že letos v létě uvidím systémy, oproti začátku příštího roku pro Kaveri.) Opět platí, že to je hlavně pro běžné stolní počítače a notebooky. Hráči a uživatelé pracovních stanic budou i nadále bezpochyby chtít spárovat jeden čip s diskrétními grafickými řešeními od AMD nebo Nvidia.

U tabletů a případně i telefonů by se přístup heterogenní architektury systémů, který AMD a další tlačí, mohl ukázat jako ještě důležitější, i když znovu to bude chvíli trvat, než aplikace zjistí, že to skutečně využívají. Nová architektura Intelu by měla zvýšit konkurenceschopnost v tomto prostoru. Vypadá to jako velký krok kupředu, ale jeho konkurenti se budou i nadále pohybovat.

Jsem trochu zvědavý, zda věci jako platforma Bay Trail se systémem Silvermont pro Atom skutečně běží dostatečně rychle, takže se začnou objevovat ve většině běžných nízko koncových notebooků nebo dokonce stolních počítačů. Již dnešní tablety založené na Atomu fungují Windows přiměřeně dobře as vylepšeními by to mohlo stačit pro mnoho běžných uživatelů, i když za tímto výkonem Haswell nebo Kaveri (nebo současný Intel Sandy Bridge a současný Richmond AMD) hmota).

V příštím roce by měla přispět k vzrušující soutěži.