Video: Intel 14nm Microarchitecture (Listopad 2024)
Na fóru vývojářů společnosti Intel minulý týden řada inženýrů společnosti Intel odhalila mnoho dalších technických podrobností o procesoru Core M, celkové mikroarchitektuře Broadwell a procesu 14nm, který je základem tohoto procesu.
Hlavní inženýr a hlavní architekt CPU Srinivas Chennupaty vysvětlil, že ačkoli Broadwell je „klíštěm“ v kadenci „tick / tock“ společnosti Intel (což znamená, že se jedná především o procesní zmenšení na 14nm), byla Broadwellova mikroarchitektura rozšířena z architektury Haswell používané v současných 22nm produktech. Ačkoli většina prezentace byla ve verzi s nízkým výkonem Core M zaměřené na tablety, 2 v 1 a ultrabooky bez fanoušků, poznamenal, že tato architektura musí podporovat širokou škálu produktů od tabletů až po servery Xeon.
Obecně uvedl, že celá architektura byla navržena pro lepší dynamickou správu výkonu a teploty, se snížením volnoběhu System-on-Chip (SoC) a zvýšeným dynamickým provozním rozsahem, což umožňuje práci v širším rozsahu výkonu. To je důvod, proč verze Core M, která zmenšuje celkový výkon pouhých 4, 5 W, pracuje v systémech bez ventilátoru.
Část tohoto je způsobena vylepšeným řízením výkonu v samotném jádru, například způsobem, jakým se může přizpůsobit různým stavům napájení, takže může v případě potřeby získat „turbo boost“ bez přehřátí procesoru a má vylepšené plně integrované napětí regulátor (FIVR) navržený tak, aby měnil napětí způsobem, který monitoruje špičkovou spotřebu a poskytuje zlepšený výkon při nízkém příkonu. Nabízí také lepší monitorování celého řešení, včetně samostatného rozbočovače řadičů platformy (PCH) nebo čipové sady, takže PCH může dále snižovat výkon připojených funkcí, což umožňuje propojení přecházet do nízkoenergetických stavů například u jednotek SATA., PCI Express a USB. A má aktivní řízení teploty pokožky, takže samotný čip může sledovat jeho teplotu a podle toho přizpůsobovat využití energie.
Samotná mikroarchitektura může získat více výkonu než předchozí generace Haswellů se stejnou frekvencí, a to díky funkcím, jako je větší plánovač mimo pořadí, vylepšená predikce adresy a zlepšení ve výpočtu vektoru a plovoucí desetinné čárky.
Celkově řekl, že zatímco instrukce s jedním závitem na cyklus byly v této generaci jen o něco vyšší, to vše přispívá k tomu, že výkon s jedním závitem za posledních 7 let je o 50% vyšší při stejné rychlosti.
Mezi další změny patří nové pokyny pro kryptografii a zabezpečení, lepší monitorování a některá vylepšení rozšíření transakční paměti (známá jako TSX nebo transakční synchronizační rozšíření) a příkazy virtualizace (VT-x), které byly v předchozí generaci.
Čipová sada PCH, která doprovází jádro M, je známá jako PCH-LP a je ve skutečnosti vyráběna procesem 22nm. To bylo navrženo tak, aby spotřebovalo o 25% méně energie při volnoběhu a snížilo činný výkon asi o 20%. Zahrnuje také vylepšení v oblasti ukládání zvuku a PCI Express.
Celkově řekl, že změny umožňují dvojnásobné snížení výkonu, než byste očekávali od tradičního škálování procesů, spolu s vylepšenými instrukcemi na jedno vlákno za hodinu a výkon vektoru.
Podobná vylepšení byla uplatněna také v grafice, uvádí Sr. Principal Engineer a Graphics Architect Aditya Sreenivas. Zde opět bylo cílem zlepšení výkonu / wattu, jako je lepší dynamický výkon a charakteristiky úniku, optimalizace pro provoz při nízkém napětí; a vylepšení mikroarchitektury pro snížení dynamického výkonu. Poznamenal, že je navržen tak, aby fungoval také na 6 a 10 wattech, možná naznačující nové verze.
Samotná skutečná grafická architektura vypadá podobně jako předchozí verze, ale verze GT2 použitá v implementaci Core M se zvýšila z 20 na 24 prováděcích jednotek, uspořádaných jako tři „podzábory“, každá s 8 EU. (V další přednášce uvedl inženýr společnosti Intel zaměřený na výpočetní architekturu příklady verzí grafiky s 12 a 48 EU, což navrhuje budoucí verze.)
Jedním důležitým rozdílem je, že tato verze podporuje Direct X 11.2 a je připravena DX12 a podporuje Open GL 4.3 a Open CL 2.0. To by mělo znamenat, že téměř všechny hry a aplikace by zde měly pracovat s grafikou, i když ne nutně stejnou rychlostí, jakou byste viděli na samostatném grafickém čipu. Tyto změny by však v některých případech mohly ve srovnání s předchozími sériemi Haswell-Y v některých případech vést ke zlepšení grafického výkonu o 40%.
Další velkou změnou je podpora sdílené virtuální paměti (SVM) v OpenCL, která umožňuje jak výpočetní, tak CPU i GPU komponenty. Zdá se, že to je v podstatě stejný koncept jako Heterogenní systémová architektura (HSA), jak tlačil AMD a další.
Nová architektura má také několik vylepšení v mediálních funkcích, uvádí Intel Fellow a Chief Media Architect Hong Jiang. Řekl, že čip umožňuje, aby věci jako Intel Quick Sync video a video transkódování byly „2x rychlejší“ než předchozí verze, se zlepšenou kvalitou. Kromě toho má nyní podporu pro dekódování VP8 a AVC, VC-1, MPEG2 a MVC pro video; Dekódování JPEG a Motion JPEG pro videokonference a digitální fotografie; a GPU-akcelerované HEVC dekódování a kódování až 4K 30fps. Kromě povolení 4K videa by tyto změny měly umožnit o 25% delší přehrávání videa v plném HD.
14nm Process Tech
Přestože společnost Intel dříve poskytla řadu informací o 14nm procesní technologii, Mark Bohr, Intel Senior Fellow, Logic Technology Development, prošel novým procesem a sdílel více informací.
"Alespoň pro Intel, Mooreův zákon pokračuje, " řekl a ukázal snímek, který ukazuje, že Intel průměruje 0, 7x škálování tranzistorů každé generace po celá léta a že to i nadále dělá. (Všimněte si, že pokud by se škálovaly v obou dimenzích, dostali byste nový tranzistor, který by měl asi 50% velikost tranzistoru předchozí generace, což Mooreův zákon technicky předpovídá.)
Mluvil o tom, jak se jednalo o druhou generaci Intelu v tranzistorech „Tri-Gate“ po zavedení 22nm (Intel používá termín „Tri-Gate“ k pokrytí tranzistorů, kde je kanál zvýšen nad substrát, jako je ploutev, a ovládání obaluje se kolem všech tří stran, což je struktura, kterou většina odvětví označuje jako tranzistory „FinFET“). Poznamenal, že vzdálenost mezi ploutvemi se při přechodu na nový proces zmenšila ze 60 nm na 42 nm; výška ploutví se ve skutečnosti zvýšila z 34 nm na 42 nm. (Na snímku nahoře je „dielektrikum o vysoké k“ žluté; kovová elektroda brány v modré barvě, která používá design s vysokou k / kovovou bránou, kterou společnost Intel používá od svého uzlu 45 nm.)
Na 14nm generaci řekl, že nejmenší kritickou dimenzí byla šířka Tri-gate ploutve, která byla asi 8 nm, zatímco jiné kritické rozměry se pohybovaly od 10nm do 42nm (pro vzdálenost mezi středem rozteče žeber ke středu dalšího hřiště ploutví). Poznamenal, že tranzistory jsou často vyráběny s více ploutvemi, a snížení počtu ploutví na tranzistor má za následek zlepšenou hustotu a nižší kapacitu.
V této generaci řekl, že rozteč ploutví se snížila o 0, 7x (ze 60 na 42 nm), rozteč brány o 0, 87x (od 90 do 70 nm) a rozteč propojení o 0, 65x (od 80 do 52nm), což dalo celkový průměr kolem historického.7x průměru. Dalším způsobem, jak se na to dívat, je znásobit rozteč brány a kovové rozteče, a tam řekl, že Intel byl na 0, 53 pro logické škálování oblastí, což řekl, že je lepší než obvykle. (Kromě toho jsem se také zajímal o to, že Bohrovy diapozitivy ukázaly procesor Core M s 1, 9 miliardami tranzistorů ve velikosti 82 mm2, ve srovnání s 1, 3 miliardami oficiálního diagramu; Intel PR uznal chybu a uvedl, že 1, 3 miliardy je správný údaj.)
Když se podíval na cenu za tranzistor, Bohr souhlasil s tím, že cena za vyrobený křemíkový plátek se zvyšuje díky dodatečným maskovacím krokům - s některými vrstvami, které nyní vyžadují dvojité nebo dokonce trojité vzorování. Řekl však, že vzhledem k tomu, že uzel 14nm dosahuje lepších výsledků, než je obvyklé škálování ploch, zachovává normální náklady na redukci tranzistoru.
Ve skutečnosti ukázal grafy naznačující, že společnost Intel očekává, že takováto snížení budou pokračovat i do budoucna. Dále tvrdil, že změny mají také za následek nižší úniky a vyšší výkon, a tím i lepší výkon na watt, což řekl, že se zlepšil na 1, 6 x na generaci.
Poznamenal, že při přechodu z Haswell-Y na Core M by Intel měl zemřít, která by byla 0, 51x větší než dřívější čip, pokud by to bylo rysově neutrální; s dalšími vlastnostmi navrženými v, řekl, Core M dosáhl měřítka oblasti zápustky 0, 63x.
Bohr uvedl, že 14nm je nyní v sériové výrobě v Oregonu a Arizoně a měl by být zahájen v Irsku začátkem příštího roku. Řekl také, že zatímco Intel používal dvě verze tranzistorů - vysokonapěťové a ultravysoké - svodové - nyní má spektrum funkcí od vysokého výkonu po mnohem nižší konec s různými tranzistory, propojovacími hromádkami atd.
Zdá se, že většina z toho je součástí Intelova vstupu do slévárenského prostoru, kde vytváří čipy pro jiné společnosti. Sunit Rikhi, generální ředitel slévárenského podnikání, představil Bohra a později promluvil o všech možnostech, které nabízí Intel. (Přestože společnost Intel má pokročilou technologii, nemá zkušenosti s výrobou čipů s nízkým výkonem, jaké mají konkurenti, jako jsou TSMC a Samsung. Zdůrazňuje tak své vedoucí postavení ve výrobě 14nm.)
Další přichází 10nm, s tím, že Bohr řekl, že je nyní ve „plné vývojové fázi“ a že jeho „denní práce“ pracuje na 7nm procesu.
Řekl, že se velmi zajímá o EUV (extrémní ultrafialová litografie) pro jeho potenciál ve zlepšování škálování a zjednodušení toku procesů, ale řekl, že prostě není připraven, pokud jde o spolehlivost a vyrobitelnost. Řekl, že ani 14nm, ani 10nm uzly tuto technologii nepoužívají, i když by si to přál. Řekl, že Intel na to „nesázel“ po dobu 7nm a mohl na tomto uzlu vyrábět čipy bez něj, i když řekl, že by bylo lepší a jednodušší s EUV.
Bohr řekl, že přechod na 450 mm oplatky ze standardu 300 mm, který nyní používá celé odvětví, by pomohl snížit náklady na tranzistory. Nicméně, on řekl, to stojí hodně vyvinout kompletní sadu nástrojů a zcela nový fab a bude záležet na několika velkých společnostech spolupracovat, aby se to všechno udělat. Řekl, že průmysl se na tento čas zcela neshodl, takže je to několik let pryč.
Celkově prohlásil, že ještě neviděl konec škálování, a poznamenal, že vědci Intel hledali různá řešení v tranzistorech, vzorování, propojení a paměti. Řekl, že v poslední době existuje řada zajímavých technických dokumentů o věcech, jako jsou zařízení III-V (používající různé polovodičové materiály) a T-FET (tranzistory s tunelovým polem) a přichází „vždy něco zajímavého“.
