De skylake-details van Intel laten zien hoe computing is veranderd

Op zijn Intel Developer Forum deze week heeft de processorfabrikant eerst details bekendgemaakt over de interne werking van zijn Skylake microarchitectuur, die wordt verkocht als de Core-processors van de zesde generatie.

Skylake begint net uit te rollen - de ontgrendelde "K" -versies gericht op overklokkers werden een paar weken geleden aangekondigd op Gamescon, maar de hoofdlancering van het brede scala aan chips lijkt nu gepland voor 1 september. Als gevolg hiervan heeft Intel heeft de details van welke specifieke onderdelen het zal onthullen niet openbaar besproken, anders dan te suggereren dat het een zeer breed scala aan producten zal zijn.

Dat was inderdaad het grootste punt dat Julius Mandelblat, senior hoofdingenieur en de Skylake-leider, probeerde te maken bij het beschrijven van de architectuur op het forum. Hij merkte op dat toen het team vijf jaar geleden aan het project begon te werken, het plan was om een ​​traditionele clientarchitectuur te maken, variërend van wat toen "dunne en lichte" notebooks tot desktops werden genoemd, een bereik van ongeveer 3x in stroomvereisten. Toen kwam de push voor ultrabooks, die nog dunner waren, nog voor notebooks en tablets met een lager vermogen. Het eindproduct moet een bereik van 20X ondersteunen, beginnend bij 4, 5 watt (voor de M-serie, gebruikt in notebooks zonder ventilator, tablets en 2-in-1's) tot 91 watt in de basisconfiguratie van de top K desktop producten.

Om in nieuwe vormfactoren te komen was een grote focus op energie-efficiëntie vereist, zei Mandelblat. Dus de uiteindelijke System-on-chip (SoC) zou 40 tot 60 procent minder energie kunnen gebruiken voor zaken als videoweergave en vergaderen, evenals idle power, en ook de IO-chipset uitbreiden om de nieuwe apparaten te ondersteunen - met name een afbeelding toevoegen enkele processor.

Eén ding dat Mandelblat in de opmerkingen na de presentatie duidelijk maakte, was dat de nadruk lag op prestaties per watt, niet op ruwe prestaties. Toen ik hem vroeg naar de relatief kleine prestatieverhoging die is gemeld voor de Skylake K-serie in vergelijking met eerdere Haswell-series, zei senior cassettemarktmanager Patrick Casselman dat we vandaag geen oordeel moeten vellen. "Wacht tot je de mobiele producten ziet, " zei hij, suggererend dat we daar veel betere prestaties zullen zien. Na de presentatie zei Mandelblat dat om een ​​grote prestatieverbetering op desktoponderdelen te krijgen, de focus daarop zou moeten zijn gericht, met een verscheidenheid aan systeemwijzigingen die nodig zijn, en constateert dat er nu geen enkel knelpunt is, maar eerder evenwichtige prestaties.

Het is logisch dat Intel zich richt op het maken van onderdelen voor een zeer breed scala aan apparaten in plaats van op pure desktopprestaties, maar het is een grote verandering van waar het ontwerp van de microprocessor nog niet zo lang geleden op was gericht.

In de presentatie heeft Mandelblat het ontwerp van de microarchitectuur in meer detail doorgenomen, met een basisschema van de veranderingen in de architectuur (bovenaan deze post getoond), maar merkte op dat niet elk onderdeel op Skylake al deze functies heeft. De grootste veranderingen waren een verbeterde ringverbinding tussen de CPU-kernen, een geïntegreerde beeldsignaalprocessor (ISP) voor camera-ondersteuning, verbeterde grafische weergave, enkele nieuwe beveiligingsfuncties en meer focus op het toestaan ​​van overklokken.

Voor de traditionele x86 CPU-cores (die hij IA-cores noemde), zei Mandelblat dat een van de grote veranderingen "configureerbaarheid" was met verschillende kernconfiguraties voor servers in vergelijking met clients, omdat veel serverfuncties niet ten goede komen aan de client. Aan de clientzijde bevatten de cores een verbeterde front-end met verbeterde branchevoorspelling, diepere out-of-order buffers, verbeterde uitvoeringseenheden en een verbeterd geheugensubsysteem waarmee de cores meer bandbreedte krijgen uit geheugencaches.

Een ding dat opviel, was verhoogde stroomoptimalisatie, met meer mogelijkheden om delen van de processor af te sluiten wanneer ze niet worden gebruikt - met name de AVX-extensies - en een speciale focus op het afspelen van video en multimedia met veel minder stroom. Hij zei dat het energieverbruik bij inactiviteit aanzienlijk was verbeterd.

Buiten de cores bevat het product nieuwe cache- en geheugenoplossingen. Hij merkte op dat sinds de ringarchitectuur enkele jaren geleden werd geïntroduceerd, een grote verandering is dat meer van de bandbreedte nu wordt verbruikt door dingen buiten de kernen, met name het grafische subsysteem. Dit heeft een nieuwe ingebedde DRAM-cachearchitectuur (meestal gebruikt in de versies met Iris Pro-afbeeldingen) die nu kan worden gebruikt als geheugencache. De architectuur is nu zo ontworpen dat zaken als display- en beeldsignaalverwerking een consistentere servicekwaliteit kunnen bieden.

"Dit project ging veel over stroom", zei Mandelblat, waarbij hij opmerkte dat de microarchitectuur stroomoptimalisatie in elk blok en elke onderlinge verbinding omvatte. De schermresolutie kan bijvoorbeeld met 60 procent toenemen met slechts 20 procent meer vermogen, waardoor een beter gebruik van schermen met een hoge resolutie mogelijk wordt. Als je stroom bespaart in een deel van de dobbelsteen, kun je het gebruiken in een ander. Dit zou een bijzonder prestatieverschil maken in ontwerpen zonder ventilator, waarbij minder vermogen in delen van de chip die niet worden gebruikt, meer vermogen door de CPU of grafische kernen mogelijk maakt.

Een van de grootste veranderingen is de opname van een beeldsignaalprocessor en ondersteuning voor camera's rechtstreeks in de SoC zelf, in plaats van te vertrouwen op een afzonderlijke ISP-chip. Hoewel dit gebruikelijk is in een aantal mobiele processors, is dit de eerste keer dat Intel de integratie heeft gemaakt. Dit is noodzakelijk voor kleinere vormfactoren, zei Mandelblat, omdat het een extra cameraprocessor elimineert, resulteert in een vermindering van de materiaallijst en betere energieoptimalisatie mogelijk maakt omdat het systeem het naast de andere functies kan beheren.

Skylake kan maximaal vier camera's ondersteunen - twee tegelijkertijd - waardoor camera's met een eigen gezicht en wereldgerichte camera's met sensoren tot 13 MP mogelijk zijn. Het kan functies ondersteunen zoals 1080p-video met 60 frames per seconde of 2160 (4K) video met 30 frames per seconde, evenals een smile-sluiter, burst-opname, HDR en het opnemen van foto's met volledige resolutie tijdens video-opname. Dat zou goed moeten zijn voor de tabletmarkt, maar merk op dat de geavanceerde mobiele processors nu camera's met nog hogere resolutie kunnen ondersteunen.

Andere wijzigingen zijn een aantal beveiligingsverbeteringen. De belangrijkste hiervan zijn Software Guard Extensions (SGX), een set instructies voor een toepassing om een ​​vertrouwde uitvoeringsomgeving te starten die bekend staat als een enclave. Hierdoor kan de toepassing een geheim (code of gegevens) bewaren voor de rest van de processor, waardoor veel op hardware gebaseerde aanvallen worden voorkomen. De architectuur heeft ook een functie genaamd Memory Protection Extensions (MPX), die de geheugengrens test voordat toegang wordt verkregen, waardoor de toegang binnen het geheugen valt dat is toegewezen voor het proces, waardoor een van de meest voorkomende aanvallen wordt geëlimineerd.

Andere wijzigingen zijn meer energie-efficiëntie in de chipset en ondersteuning voor PCI Express 3.0, meer IO-focus (vooral voor mobiele versies) en meer snelle IO. Er is ook verbeterde audio en een geïntegreerde sensorhub.

De chip is ontworpen om overklokken mogelijk te maken, zoals te zien in de K-versies, en ondersteunt tot 83 stappen in stappen van 100 MHz, met een theoretisch maximum van 8, 3 GHz (en al enkele demonstraties op 7 GHz met koeling met vloeibare stikstof).

Een afzonderlijke presentatie over Skylake-graphics door David Blythe, Intel fellow en directeur van grafische architectuur, besprak wat Intel zijn grafische Gen9-subsysteem noemt.

Hij vertelde over hoe de afgelopen zes jaar van Core-ontwerpen de grafische prestaties dramatisch zijn toegenomen van ondersteuning van maximaal 10 uitvoeringseenheden (EU's) met 43 gigaflops van prestaties op de originele Core-ontwerpen tot 48 uitvoeringseenheden en 768 gigaflops op de hoogste einde van de Broadwell-chips. Met Skylake, zei hij, duurt het nog een sprong, die tot 72 EU's en 1152 gigaflops toestaat. (Opmerking Intel biedt meestal een verscheidenheid aan versies met verschillende hoeveelheden grafische afbeeldingen.) Hij zei dat de algehele grafische prestaties in die periode meer dan 100 keer zijn gestegen, op basis van 3DMark-resultaten.

Naast alleen maar meer EU's, zijn er verbeteringen in de verschillende manieren waarop ze worden gebruikt, afzonderlijk en als "plakjes" - stelt 24 EU's in. Er zullen verschillende versies zijn met verschillende aantallen EU's. In het bijzonder zal GT2 één schijf gebruiken (en dus 24 EU's), GT3 zal twee schijven (48EU's) gebruiken en de nieuwe GT4 zal er drie gebruiken (72 EU's). Blythe zei dat er grote doorvoerstijgingen per plak waren, evenals meer plakjes aan de bovenkant, met de mogelijkheid om te verkleinen op de onderkant.

Skylake ondersteunt ook nieuwere API's, waaronder Microsoft DirectX 12, Open CL 2.0 en Open GL 4.4. Het heeft ook verbeterde mediamogelijkheden, met ondersteuning voor HEVC-, VP8- en MJPEG-video, een nieuwe quick sync-videomodus voor realtime toepassingen met laag vermogen zoals videoconferenties en nieuwe RAW-beeldvormingsmogelijkheden.