Intel Silvermont – architektura pro nové Atomy
10. 7. 2013 07:00 Rubrika: Technologie Autor: Jakub Pavlis
Intel se pomalu chystá uvést do prodeje novou generaci procesorů Atom, které budou postaveny na architektuře Silvermont a vyráběné 22nm technologií. Vede ho k tomu především touha prosadit se na poli trhu s tablety a chytrými telefony, ale dosah architektury má být mnohem větší, sahá od integrovaných zařízení pro průmysl přes Ultrabooky až po jednoduché servery. Co všechno nám hodlá nabídnout?
Intel sice pevně a dlouhodobě kraluje sektoru procesorů pro počítače, ať už desktopy, nebo notebooky, odkud vytlačil prakticky veškerou konkurenci, stačí vzpomenout na PowerPC od IBM ve starších Applech nebo situaci AMD, které těží zejména z grafické divize a prodejů procesorů do malých a přenosných zařízení (třeba přenosných herních konzolí). Největším konkurentem, na kterého tentokrát Intel míří, je ale architektura ARM Cortex A15. A hlavní problémy? Intel pod značkou Atom nabízí (na své poměry) přerostlé procesory s vysokou spotřebou, zastaralou architekturou a nízkým výkonem. Nutnost změny je jasná.
Také se ukazuje, že doba honby za dalším a dalším výkonem je, minimálně na nějakou dobu, za námi. Běžní uživatelé nedokáží využít a „spotřebovat“ tolik výkonu, dokonce i ve hrách, jako nejtypičtějším zástupci nejnáročnějšího software, si pohodlně vystačíte s procesory střední třídy, pokud máte vhodnou grafickou kartu. Zato lidé chtějí „normální“ výkon, na jaký jsou zvyklí klidně i z generaci nebo dvě starých počítačů, všude s sebou. Chytré telefony, 7'' a 11'' tablety zaznamenávají vysoké nárůsty prodejů a Intel u toho prakticky není. Proto přichází Silvermont a má na žebříčky firemních priorit hodně vysoké postavení. Zatímco ostatní procesory už vycházejí systémem tick-tock, Atom byl trochu popelka. Zato teď startuje rovnou s přenesením na nejpokročilejší 22nm výrobní proces, v němž je Intel nejlepší na světě, a přitom dostává i přepracovanou architekturu. A teď dojde i na tick-tock režim, tedy každé dva roky aktualizovaná architektura a v mezidobě postup na nový výrobní proces. Samotný Silvermont by měl vlastně vydržet jen asi rok, pak bude následovat Airmont s oním tick – tedy převedením na 14nm výrobu.
O vysoké prioritě také svědčí fakt, že celá architektura Silvermont má své podskupiny – pro tablety a Ultrabooky Baytrail, pro telefony Merrifield, pro microservery Avoton a pro síťové prvky a další embedded systémy Rangeley. S variantou Baytrail se navíc možná počítá (Intel to dosud nepotvrdil, ale v zákulisí se o tom mluví více méně otevřeně) i pro „počítačové“ low-end modely Celeron a Pentium, zatímco jádra Core by se už nemusela tolik osekávat a byla by opravdu jen pro procesory s označením Core.
Architektura je proto od počátku navržena jako modulární, samotné SoC čipy mohou mít od jednoho (u Rangeley) a dvou (základní blok pro Baytrail) po osm (v Ultraboocích či serverech) jader a i uvnitř nich lze spoustu věcí vynechat nebo trvale vypnout (například totálně jednoduchý čip Rangeley pro síťový router). Na rozdíl od starších Atomů ty nové nebudou podporovat technologii Hyper-Threading, tedy virtuální počítání dvou programových vláken najednou, ale to by mělo být dostatečně ošetřeno prostým fyzickým počtem jader (do chytrých telefonů se už dnes méně než dvoujádrové procesory dávají jen výjimečně). Zato přibude technologie Turbo Boost, takže bude možné, pokud to podmínky chlazení připustí, přetaktovávat procesor. A ostatně pokud by na tom zákazníkům záleželo, Hyper-Threading je pro Intel zvládlou technologií, kterou není tak obtížné do budoucích aktualizací Atomu zapracovat.
Integrovaný grafický čip bude vycházet z předposlední firemní generace, tedy Intel HD 4000 známý z procesorů Ivy Bridge. Zřejmě dojde k nějakým menším úpravám, hovoří se o osekání na 4 nebo 6 výpočetních jednotek (plnohodnotné HD 4000 jich má 12), ale od počátku je toto grafické řešení dosti úsporné, zejména ve variantě z ULV procesorů, a přitom zůstává jak podpora přehrávání HD filmů, tak DirectX 11 a přijatelný výkon pro méně náročné a optimalizované hry (hry pro telefony a tablety s ARM procesory zvládne hravě).
Hlavním technologickým krokem vpřed od starých Atomů k moderním procesorům typu Core je zavedení výpočtů Out-of-Order, tedy vykonávání načtených instrukcí v pipeline jádra procesoru mimo nutné pořadí. Jinými slovy CPU může vykonávat instrukce, které mohou být vykonány dříve než ostatní, které čekají na data. Fronta instrukcí se tedy nezastavuje, ale ty, které čekají na data, se odloží a když jsou jejich data připraveny, pokračují zpátky do fronty a zpracují se. Celkové výsledky se pak znovu synchronizují a pošlou dál (typicky do cache procesoru). Out-of-Order výpočty sice zvyšují plochu jádra a vyžadují více tranzistorů než In-Order architektury (jako ARM Cortex8 nebo starší Intel Atom Bonnell), a to znamená obecně vyšší spotřebu, ale dost výrazně zvyšují výkon, který je u mobilních aplikací stále potřebnější. Nejvýraznější to ostatně je u jednovláknových aplikací. Miniaturizace a technologické postupy (jako právě Tri-Gate tranzistory) odsunují problém spotřeby do pozadí, byl to tedy logický krok. Ostatně Intel není první, i novější ARM procesory jsou z velké části Out-of-Order zařízení.
Další výhodou je možnost zavedení moderních instrukčních setu, které opět napomáhají efektivitě a výkonu, jde především o SSE 4.1 a 4.2, POPCNT a AES-NI (pro šifrování). Obecně je celá architektura připravena i pro přechod na 64bitové zpracování, ale to zatím v podpoře není, na rozdíl od standardních notebooků a desktopů mobilní segment na problémy vyplývající ze 32bitového zpracování prozatím nenaráží.
Pracovní frekvence nových procesorů na bázi Baytrailu se očekávají na úrovní kolem 2 GHz s tím, že další navýšení bude umožněnou již zmiňovaným Turbo Boost módem, který je podporován už na hardwarové úrovni, v čemž je Silvermont mezi současnými mobilními řešeními unikátní a nejpokročilejší.
Co se týká vyrovnávacích pamětí, Intel skládá vždy dvě jádra do pracovního bloku. Každé jádro má 32kB datové paměti a 24 kB instrukční na 1. úrovni (L1), L2 cache má 1 MB sdílený pro obě jádra v základním bloku. AMD u své konkurenční architektury Jaguar používá rovnou čtyřjádrové bloky. Intel nejspíše očekává o něco větší výkon jednotlivých jader, takže i „dvoujádro“ bude mít dostatečný výkon a bude konkurenceschopné v levnějších cenových hladinách.
Silvermont by se měl uplatnit „v obou světech“, tedy jak na Windows 8, tak na Androidu, přičemž především na zařízeních s druhým jmenovaným operačním systémem bude jistě patřit k výkonové špičce. O výkonu dosud neozkoušených procesorů lze samozřejmě pouze spekulovat, ale Intel počítá s navýšením řádově o desítky procent v jednovláknových a o násobky ve dvouvláknových aplikacích ve srovnání s předchozí generací Atomu (Saltwell), přitom spotřeba by při takovémto nárůstu výkonu měla zůstat zhruba stejná, v některých případech (idle režimy apod.) snad dokonce i menší. Obecně Intel (jistě optimisticky) odhaduje svůj celkový náskok oprati nejmodernějšímu ARM řešení A15 na nějakých 60%, což už stojí za zamyšlení, ovšem nejdůležitější pro výrobce bude v nejobvyklejších aplikacích spotřeba, u které tak velké rozdíly jako u výkonu nebudou.
Zatím je příliš brzy na konečné zhodnocení, zejména když na trhu se výrobky se Silvermontem objeví nejdříve před Vánoci, některé spíše až v prvním čtvrtletí (nebo pololetí) příštího roku. Ale je na co se těšit.
