Intel объяснила, почему делает процессоры 14 нм, пока AMD осваивает 5 нм
В 2021 г. почти все свои процессоры Intel выпустит с использованием старой 14-нанометровой топологии. Она не спешит с полным переходом на 10 нм, поскольку этот техпроцесс выкачивает из нее деньги, тогда как 14 нм уже давно окупился и приносит прибыль. Тем временем AMD уже работает над 5-нанометровыми чипами.
Все дело в деньгах
Глава компании Intel Роберт Свон (Robert Swan) официально подтвердил ее зависимость от морально устаревшего 14-нанометрового техпроцесса. Он заявил, что Intel будет делать ставку именно на него еще как минимум год. Тем временем, компания AMD, основной конкурент Intel в сегменте процессоров, начала подготовку к переходу на 5 нм.
В рамках квартальной отчетной конференции Intel Роберт Свон сообщил, компании напрямую выгоден 14-нанометровый техпроцесс, поскольку именно он позволяет компании сокращать свои расходы на производство чипов (Intel, в отличие от AMD, обладает своими фабриками). Свон подчеркнул, что оборудование по выпуску микросхем по 14-нанометровым нормам, давно окупилось, в отличие от 10 нм, на которые Intel пытается перейти с августа 2019 г.
От 10 нм один вред
Сообщив о минимальных расходах на производство чипов по 14-нанометровой технологии, Роберт Свон сделал 10 нм «главным злодеем». По его словам, новые производственные линии еще не окупили всех вложений.
Свон добавил, что операционная прибыль Intel сейчас напрямую зависит именно от 10 нм. Он заявил, что компания сейчас наращивает темпы перехода на новые нормы, что отрицательно сказывается на росте операционной прибыли.
Способность 14 нм приносить Intel деньги привела к тому, что большая часть процессоров, которые она намерена произвести в 2021 г., будет выпушена именно по этим нормам. Точные процентные соотношения Роберт Свон называть не стал.
Проблемы Intel с переходом на 10 нм в некотором роде повторяют трудности, с которыми компания столкнулась при развертывании 14-нанометрового производства. По ее планам, она должна была наладить массовый выпуск таких чипов еще в конце 2013 г. – начале 2014 г., но в итоге все пришлось сдвинуть на год вперед. Таким образом, Intel распространяет 14-нанометровые чипы с I квартала 2015 г.
Intel собирается ускориться
Несмотря на свою зависимость от 14 нанометров, Intel не оставляет попытки полного перехода на 10 нм. Как сообщал CNews, в начале октября 2020 г. она наконец-то запустила свой 10-нанометровый завод Fab 42 в Аризоне (США), на строительство которого ей потребовалось почти 10 лет.
Новая фабрика рассчитана на производство продуктов 10 нм второго и третьего поколений, самых актуальных для Intel на октябрь 2020 г. Ко второму поколению относятся процессоры линеек Ice Lake-U, Ice Lake-SP, Elkhart Lake и Snow Ridge, тогда как третье поколение – это Tiger Lake-U и Tiger Lake-H, дебютировавшие в сентябре 2020 г.
На отчетной конференции Роберт Свон, руководящий Intel с февраля 2019 г. не обошел вниманием проблемы компании с суперсовременным (для нее) 7-нанометровым техпроцессом. Еще в июле 2020 г. в компании официально признали, что ее новых чипов с нормами 7 нм не будет еще как минимум два-три года. Сразу за этим последовало увольнение главы ключевого технологического подразделения Intel Мерти Рендучинтала (Murthy Renduchintala) из компании, а 24 июля 2020 г. из-за задержки с новым техпроцессом стоимость акций Intel рухнула более чем на 10%
Говоря о проблемах с 7 нм, Роберт Свон заявил тогда, что проблема, мешающая его компании освоить новые нормы, уже найдена, и что специалисты Intel работают над его устранением. Теперь же Свон отрапортовал о ее устранении. «Мы все исправили и достигли чудесного прогресса» (we’ve deployed the fix and made wonderful progress), – сказал глава компании.
В чем конкретно заключалась проблема, и как Intel разобралась с ней, Свон не уточнил ни летом 2020 г., ни сейчас. Он также не стал устанавливать новые сроки релиза первых 7-нанометровых чипов, так что они по-прежнему ожидаются не раньше 2022 г., а то и в 2023 г.
Финансовое положение Intel
Обо всех нюансах с техпроцессами Роберт Свон рассказал на конференции, посвященной финансовому отчету Intel за III квартал 2020 г. Этот период для Intel завершился с 4-процентным падением выручки год к году – до $18,3 млрд. Норма прибыли сократилась на 5,7 процентных пунктов – до 53,1 %.
Операционная прибыль компании тоже сократилась, притом сразу на 22 %, упав до $5,1 млрд, тогда как чистая прибыль показала еще более стремительное падение в сравнении с III кварталом 2019 г. Она снизилась на 29%, оказавшись на уровне $4,3 млрд. чистая — на 29 % до $4,3 млрд.
Серверный сегмент бизнеса Intel показал 7-процентное падение выручки, как и ЦОД-направление, а сегмент интернета вещей – и вовсе 33-процентное. Обвал прибыли в сегменте твердотельной памяти за год составил 11 %, а продажа программируемых матриц принесла на 19 % меньше выручки. После публикации финансового отчета акции Intel упали на 10%.
Рост выручки по итогам III квартала 2020 г. продемонстрировали лишь два направления бизнеса Intel – сегмент клиентских продуктов (+1 %) и подразделение Mobileye (+2 %).
AMD все равно впереди
Даже отсутствие у Intel ее неназванного препятствия на пути к 7 нанометрам не позволяет ей догнать AMD, которая выпускает все свои современные процессоры по этим нормам. У нее нет своих заводов, и производством занимается тайваньская компания TSMC, в 2020 успешно освоившая 5 нм и выпускающая по этой топологии процессор Apple A14.
В первой половине октября 2020 г., как сообщал CNews, AMD провела показ новых процессоров линейки Ryzen 5000, вооруженных новейшей архитектурой Zen 3. Они тоже 7-нанометровые, но в рамках сотрудничества с TSMC AMD уже нацелилась на 5 нм.
Согласно ее дорожной карте, Zen 3 станет последней архитектурой, эксплуатирующей 7 нм. Ей на смену придет Zen 4, уже 5-нанометровая, и ее появление запланировано на 2021 г.
Что такое техпроцесс?
В любом электронном устройстве, которыми мы пользуемся каждый день, есть множество чипов, каждый из которых состоит из еще большего множества транзисторов. В новостях о новых смартфонах, процессорах, видеокартах и прочей электронике можно часто встретить термин «техпроцесс» и указание количества нанометров. Что обозначает этот термин? Давайте разберемся вместе.
Для примера можно взять обычный процессор для настольного компьютера — принцип будет одинаковым и для него, и для чипсетов смартфонов, и для чипов видеокарт, и для всех остальных чипов.
Под теплораспределительной панелью, которую вы видите на картинке выше, размещен сам кристалл процессора. Он состоит из миллиардов микроскопических транзисторов, расстояние между которыми и определяет техпроцесс. Так, Intel сейчас выпускает процессоры на базе 10 нм техпроцесса (компания никак не может наладить производство 7 нм чипов), а TSMC — чипсеты для мобильных девайсов на базе 7 нм техпроцесса (Apple A12, Kirin 980 и Snapdragon 855). При этом технологии производства у них заметно отличаются: Intel со своими 10 нм может размещать на одном квадратном миллиметре площади до 100 млн транзисторов, а TSMC со своими 7 нм — лишь 66 млн.
Что же дает постепенное уменьшение (оптимизация) техпроцесса из года в год? В основе всех преимуществ — уменьшение расстояния между транзисторами, что позволяет им быстрее передавать данные и тратить на их передачу меньше энергии.
Таким образом, процессоры на одинаковой архитектуре, но произведенные с использованием разного техпроцесса, будут отличаться в следующих аспектах:
-тактовая частота (повышение производительности);
-потребление энергии;
-возможное увеличение количества ядер;
-снижение себестоимости производства;
-больше кэш-памяти, для которой на кристалле можно выделить больше места.
Краткая история развития техпроцесса
Компьютерные чипы, которые производили в семидесятых годах прошлого столетия, использовали техпроцессы, измеряемые в микронах (мкм) — 10, 8, 6, 4, 3 и 2 мкм. Каждые три года происходило уменьшение примерно в 0.7 раз. Так, 3 мкм техпроцесс начали использовать в 1975 (Zilog) и 1979 (Intel) годах.
Дальнейшее уменьшение шло довольно быстро: в 1982 году Intel достигла отметки в 1.5 мкм, в 1989 — 0.8 мкм, в 1994 — 0.6 мкм. После середины девяностых и до 2008 года каждые два года плотность транзисторов удваивалась. В 1997 Intel, IBM и TSMC достигли 350 нм, в 1998 инженеры Intel смогли освоить 250 нм, а в 1999 — уже 180 нм.
Ниже 100 нм порог снизился уже в начале «нулевых» — так, Intel Pentium 4 на архитектуре Prescott использовал техпроцесс 90 нм. Уже к 2004 году была достигнута отметка в 65 нм (Intel Core, Core 2 Duo, Celeron D и множество других процессоров), а в 2006 — 40 / 45 нм (AMD Phenom II, Athlon II и другие).
Следующая ступень эволюции была довольно высокой — техпроцесс 32 / 28 нм Intel начала использовать лишь к 2011 (TSMC — чуть раньше, в 2010). Еще раз вдвое (22 / 20 нм) плотность увеличили уже к 2012.
В 2014 году основные игроки на рынке начали использовать в производстве микрочипов 14 / 16 нм техпроцесс и технологию FinFET (транзисторы нового типа — с вертикально расположенным затвором, который занимает еще меньше места). Первые 14 нм процессоры Intel появились в продаже уже в 2015. В 2016 на рынке появились iPhone с чипами Apple A10 (16 нм).
Переход на 10 нм начался в 2017 — этот техпроцесс используют в процессорах Apple A11 Bionic, процессорах Intel Cannon Lake и Ice Lake, а также в Qualcomm Snapdragon 835 и Snapdragon 845.
Наконец, в 2018 году мобильные чипсеты начали использовать новейший 7 нм техпроцесс. Это Apple A12 Bionic, Snapdragon 855 и Huawei HiSilicon Kirin 980. Кроме того, в 2019 7 нм техпроцесс начала использовать AMD (в видеокартах Radeon VII).
Первые образцы чипов, производимых с использованием 5 нм техпроцесса, уже изготавливаются в лабораториях TSMC. О коммерческих продуктах на их основе пока никакой информации нет. При этом к 2021 Samsung уже планирует выпускать чипы с использованием 3 нм техпроцесса и технологии GAAFET.
AMD Radeon VII — первая потребительская видеокарта, которая использует 7 нм чип
Чего ждать в ближайшие годы? Энтузиасты (а уж инвесторы — в особенности) надеются на то, что Intel наконец-то сможет преодолеть такой сложный для себя порог в 10 нм. Это позволит ей наконец-то начать выпускать и значительно более экономичные и быстрые процессоры для ПК и ноутбуков, и чипсеты нового поколения для мобильных устройств. Сейчас она не может конкурировать на этом рынке с лидерами вроде Apple, Huawei и Qualcomm.
Также 7 нм техпроцесс будут использовать в видеокартах AMD и Nvidia следующих поколений. RTX 21xx должны благодаря этому стать куда быстрее и экономичнее, а AMD в следующем поколении еще и начнет использовать совершенно новую архитектуру Navi. Кстати, свои собственные видеокарты собирается производить и Intel — правда, их выхода ждать придется, скорее всего, как минимум до 2021 года.
В общем и целом, дальнейшая оптимизация техпроцесса должна сделать наши компьютеры, смартфоны, умные часы и другие устройства еще быстрее, а их время автономной работы от батареи должно будет увеличиться (при прочих равных параметрах). Кроме того, конкуренция между разными производителями (Intel, AMD, Huawei, Apple, Qualcomm и другими) и архитектурами (x86 против ARM) должна привести к постепенному снижению цен.
Стоит ли ждать следующего скачка технологий перед покупкой нового смартфона, компьютера или комплектующих? На этот вопрос мы ответим однозначным «нет», которое перестанет быть актуальным разве что перед самым анонсом девайсов нового поколения. Зацикливаться на техпроцессе как технической характеристике не стоит — куда важнее оценить нужную вам производительность и выбрать самый выгодный вариант прямо сейчас.
Восьмое поколение Intel Core останется на техпроцессе 14 нм
Компания Intel официально объявила, что восьмое поколение процессоров Core по-прежнему будет производиться по технологическому процессу 14 нм. Intel предпочитает позиционировать это поколение как «14 нм+», подчёркивая технические улучшения:
- улучшенное напряжение канала (channel strain);
- улучшенный профиль (fin profile);
- интеграция дизайна и производства.
На презентации для инвесторов Intel ничего не говорила о планах выпуска семейства Cannonlake (прежнее название Skymont) — микропроцессоров на 10-нм технологическом процессе. Предполагается, что они должны выйти в конце 2017 года, а рабочий образец Cannonlake на 10 нм показывали недавно на выставке CES. Именно семейство Cannonlake ранее позиционировалось как 8-е поколение процессорной архитектуры, которое сменит Skylake в рамках стратегии «тик-так». Теперь же появилось ещё одно семейство, которое не имеет ничего общего с Cannonlake. Возможно, это попытка продать старый продукт в новой упаковке.
По имеющейся информации, планы Intel по выпуску Kaby Lake-X, Skylake-X и Cannonlake во второй половине 2017 года остаются неизменными, несмотря на появление вышеупомянутого нового семейства Core i7/i5/i3-8000. Пока не совсем понятно, в какую именно из планируемых продуктовых линеек следует позиционировать новое семейство процессоров для десктопов.
Возможно, новое семейство является неким переходным этапом перед выпуском Coffee Lake, которое пока планируется на I кв. 2018 года. Некоторые специалисты предполагают, что к такому шагу Intel могли подтолкнуть действия AMD, которая собирается в марте 2017 года вывести на рынок линейку процессоров Ryzen.
Отмена стратегии «тик-так»
Intel неизменно придерживалась стратегии «тик-так» с 2006 года. С тех пор каждые два года она выпускала процессоры по новому техпроцессу, значительно увеличивая количество транзисторов на кристалле. Каждый переход на новый техпроцесс обозначался как «тик», а последующее улучшение микроархитектуры с тем же техпроцессом — «так». Гигант полупроводниковой промышленности десять лет работал как часы, выдавая новые архитектуры без сбоев.
| Год | Кодовое название микроархитектуры | Техпроцесс | «Тик» или «так» |
|---|---|---|---|
| 2006 | 65 нм | P6, NetBurst | «тик» |
| 2006 | 65 нм | Core | «так» |
| 2008 | 45 нм | Penryn | «тик» |
| 2009 | 45 нм | Nehalem | «так» |
| 2010 | 32 нм | Westmere | «тик» |
| 2011 | 32 нм | Sandy Bridge | «так» |
| 2012 | 22 нм | Ivy Bridge | «тик» |
| 2013 | 22 нм | Haswell | «так» |
| 2014 | 14 нм | Broadwell | «тик» |
| 2015 | 14 нм | Skylake | «так» |
| 2016 | 14 нм | Kaby Lake | «так» |
Похоже, что в 2016 годах «часы» Intel немного закоротило на 14 нм, и компания объявила об отказе от этой стратегии.
В принципе, ничего страшного в этом нет. Повторим, в этом году рост производительности чипов (более 15%) будет даже больше, чем в прошлом (15%), сказала Intel. Может быть, действительно лучше выжимать весь резерв из существующего техпроцесса, оптимизируя его, а уже потом двигаться дальше. Мы не можем критиковать Intel за отход от стратегии, которую она сама себе добровольно установила.
Так или иначе, но теперь стратегия «тик-так» модифицировалась в иной вид.
Вместо размеренного метронома теперь реализована новая процедура с большим упором на оптимизацию. Возможно, новая архитектура не будет выходить каждые два года, как это было раньше.
Почему Intel не форсирует переход на 10 нм? Ей не нужно этого делать, потому что она считает, что и так сильно оторвалась в своём технологическом превосходстве от конкурентов в полупроводниковой промышленности (Samsung, TSMC и прочие). Компания оценивает этот отрыв примерно в три года.
Такой запас позволяет чувствовать себя вполне уверенно.
Новый завод для 7 нм
Светлое будущее закона Мура должен обеспечить новый завод Intel Fab 42, который сможет обеспечить производство по техпроцессу 7 нм.
Строительство и оборудование займёт ещё три-четыре года и потребует значительных инвестиций. Завод в Чандлере (штат Аризона) уменьшит количество местных безработных примерно на 3000 человек (+ ещё 10 000 рабочих мест добавится косвенно).
Строительство завода в Чандлере началось в 2011 году. Он должен стать самым передовым и инновационным полупроводниковым предприятием в мире. Само здание закончили в 2013 году, но вместо установки оборудования на 14 нм в начале 2014 года компания Intel решила отложить запуск конвейера. В данный момент завод готов: системы воздушного кондиционирования, обогрева и другие — всё функционирует, осталось только установить и наладить оборудование. Intel не планирует задействовать эту фабрику для производства по техпроцессу 10 нм, так что через несколько лет здесь, вполне вероятно, освоят производство по следующей норме 7 нм.
По оценке Intel, оборудование обойдётся примерно в $7 млрд. Такова стоимость современного промышленного предприятия. Пока неизвестно, какое конкретно оборудование понадобится. Возможно, Intel там начнёт использовать фотолитографию в глубоком ультрафиолете (EUV).
В заре двухтысячных Intel надеялась, что к 2005 году частоты процессоров вырастут до 10 ГГц, а работать они будут под напряжением ниже вольта. Как мы знаем, этого не случилось. Примерно десять лет назад перестал работать закон масштабирования Деннарда, утверждавший, что с уменьшением размеров транзисторов можно уменьшать подаваемое на затвор напряжение и увеличивать скорость переключения. С тех пор редко какой процессор получает штатную частоту работы выше 4 ГГц, зато ядер стало больше, на кристалл с материнской платы перекочевал северный мост, появились другие оптимизации и ускорения. Теперь замедляется и закон Мура, эмпирическое наблюдение, которое говорит о постоянном увеличении числа транзисторов на кристалле за счёт уменьшения их размеров.
IFA 2014: 14 нанометров и Intel Core M
Мы нечасто пишем репортажи с крупных выставок про Intel, однако это не значит, что американский гигант совсем не принимает в них участия. Просто обычно на стенде Intel демонстрируются продукты партнеров, которые были представлены на конференциях до этого, — а больше особенно ничего и не происходит. Но на сей раз представители Intel показывали то, что другие показать не могут в принципе: кремниевые пластины, произведенные по 14-нм техпроцессу, и процессоры Intel Core M — маленькие частички этих пластин.
Адам Кинг (Adam King), директор группы продуктового маркетинга по ноутбукам, вышел к аудитории с пластиной в руках — это, пожалуй, максимально наглядная демонстрация того, что 14-нм техпроцесс вообще существует. Адам — от лица Intel — утверждает, что все уже отлажено и готово для массового производства 14-нм чипов и что устройства на базе этих чипов мы увидим буквально через несколько недель. Говорилось это все с успокоительными интонациями: дескать, не тревожьтесь, все идет по плану, пускай даже от старого плана мы отстали, 14 нм будут – и будут в достаточных количествах. Видимо, Intel порядком устала от шумихи в прессе по поводу неудач и отсрочек с переходом на новую технологию.
⇡#14 нм: что нового
С точки зрения архитектуры отдельного транзистора 14-нм техпроцесс Intel представляет собой эволюционное развитие идей, заложенных в дизайне 22-нм транзисторов. Здесь также используются трехмерные транзисторы Tri-gate, но уже второго поколения. От первого оно отличается четырьмя основными моментами. Во-первых, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами, проходящими перпендикулярно металлическому затвору (fin pitch). Во-вторых, количество этих ребер сокращено с трех до двух. В-третьих, высота барьеров стала больше. Ну и в-четвертых, само собой разумеется, 14-нм транзистор в абсолютном масштабе значительно меньше 22-нм транзистора.
Зачем это все нужно? Масштабы во многом говорят сами за себя. Расстояние между диэлектрическими ребрами уменьшилось с 60 до 42 нм, между затворами (gate pitch) — с 90 до 70 нм, между соединениями (interconnect pitch) — с 80 до 52 нм. Соответственно, на кристалл той же площади теперь помещается куда больше транзисторов – их плотность ощутимо выросла. Увеличение высоты барьеров с 34 до 42 нм позволило повысить мощность управляющего тока и производительность транзистора. Ну а уменьшение числа барьеров с трех до двух дало опять-таки большую плотность размещения и снижение емкостного сопротивления.
Для сравнения: если в рамках 22-нм техпроцесса площадь ячейки памяти SRAM составляла примерно 0,108 мкм 2 , то 14-нм техпроцесс позволил сократить это значение где-то до 0,059 мкм 2 — почти в два раза. В качестве второго примера, немного забегая вперед, приведем соотношение размеров чипов Haswell и Broadwell: 22-нм мобильный процессор Haswell имеет площадь кристалла 131 мм 2 , в то время как 14-нм Broadwell довольствуется 82 мм 2 . При этом Haswell насчитывает около 1 миллиарда транзисторов, а Broadwell — порядка 1,3 миллиарда.
Intel также удалось ощутимо снизить токи утечки, что позволяет в рамках одного и того же техпроцесса производить совершенно разные чипы: от мобильных (со сравнительно невысокой производительностью и минимальными токами утечки — и, соответственно, низким энергопотреблением) до серверных (с заметно более высокой производительностью, чем у предыдущего поколения, при неизменном уровне токов утечки).
Производительность на ватт Intel считает самым важным параметром своих чипов. Последние несколько лет эта величина возрастает примерно в 1,6 раза при переходе на каждый новый техпроцесс, но при переезде на 14 нм она увеличилась сразу в 2 раза. Intel называет это самой лучшей оптимизацией за всю свою историю — неудивительно, что на такой серьезный прорыв потребовалось больше времени, чем обычно.
Площадь одного логического элемента при переходе между техпроцессами уменьшается примерно в 2 раза. У остальных производителей чипов (для примера на слайдах приводятся IBM и TSMC) дела до недавнего времени в целом обстояли так же, однако они умудрялись удерживать абсолютное значение площади логического элемента на более низком уровне — пускай и с отставанием от Intel на два года. Сейчас в Intel уверены, что держать те же темпы и дальше конкуренты не смогут: тогда как Intel представляет уже второе, оптимизированное (в том числе в плане площади) поколение трехмерных транзисторов FinFET, остальные только-только начинают на них переходить — и это должно стать сдерживающим фактором в их развитии. По крайней мере к такому суждению сотрудники Intel пришли на основании публикаций конкурентов.
В то время как производительность каждого транзистора растет, его удельная стоимость падает. Это логично: площадь транзистора от поколения к поколению уменьшается быстро, стоимость квадратного миллиметра чипа из-за усложнения технологии растет, но медленнее. Соответственно, средняя цена транзистора снижается. Это позволит сохранить цены на процессоры примерно на прежнем уровне — при росте количества транзисторов в них. И пусть даже в случае 14-нм техпроцесса цена квадратного миллиметра скакнула ощутимо выше, чем раньше, плотность их размещения выросла еще более ощутимо.
На данный момент 14-нм техпроцесс уже введен на двух фабриках Intel в США — в штате Орегон и в штате Аризона, а в 2015 году на новую технологию будет переведена третья фабрика — в Ирландии. По расчетам Intel, полностью удовлетворить спрос на 14-нм чипы компания сможет к I кварталу 2015 года. И одними из первых продуктов, созданных по новой технологии, станут процессоры Intel Core M семейства Broadwell, предназначенные для мобильных компьютеров.
⇡#Intel Core M: война с вентиляторами
В Intel считают, что в среднем пользователи меняют свои компьютеры где-то раз в 4 года. И предлагают оглянуться назад и посмотреть, что в них за последние 4 года изменилось. А изменилось действительно многое — 4 года назад среднестатистический ноутбук представлял собой здоровенный кирпич весом под 3 кило, с оптическим приводом и временем автономной работы около 3-4 часов. С TN-матрицей, разрешение которой не превышало 1366х768 точек, и толщиной добрых 4 сантиметра. Сейчас же оптические приводы почти исчезли, масса снизилась, а время жизни от батареи выросло до 6-8 часов. Ноутбуки на Haswell при низкой нагрузке и вовсе способны прожить от батареи 15 часов, а то и больше — полноценное тестирование аккумуляторов в лаборатории 3DNews теперь занимает порядка недели. Разрешение выросло до Full HD, а средняя толщина корпуса снизилась где-то до 20 мм.
Intel Core M во всей своей красе
Широкое распространение получили всевозможные трансформеры, планшеты на Windows с пристегивающейся клавиатурой и прочие устройства, которые несколько лет назад было не так-то просто даже представить. Продажи подобного рода компьютеров “два в одном” за последний год выросли в 3 раза, различных устройств представлено более 70 — Intel считает, что рынок вернулся к здоровому состоянию: он развивается, производители стараются придумать что-то новое (то, что в целом рынок ПК падает, Intel в своем докладе не упоминает).
Однако большинство таких устройств до сих пор оснащается вентилятором — пусть даже большую часть времени он вращается на едва слышимых оборотах. От вентилятора есть и другие проблемы: он занимает место внутри корпуса, его механические части подвержены поломкам, в самих устройствах приходится делать вентиляционные отверстия. В общем, с выходом Core M Intel решила от вентиляторов отказаться. Совсем. А параллельно сделать устройства на его основе тоньше, мощнее и автономнее.
Lenovo Helix 2 — планшет с пристегивающейся клавиатурой на базе Intel Core M. И никаких вентиляторов
Как этого добиться? В первую очередь благодаря снижению TDP процессоров и их размеров, а также размеров необходимой им электрической обвязки. Адам привел достаточно наглядный пример. Для начала он продемонстрировал материнскую плату от Apple MacBook Air последнего поколения — хорошо оптимизированную и действительно небольшую. Создать настолько компактную плату — настоящее компьютерное искусство. А потом достал плату в два раза меньшего размера — это референсный дизайн Intel, на котором разместилось все то же самое, только на базе Broadwell. Такая материнская плата занимает меньше места в корпусе, освобождая пространство для батареи. То есть, даже если сделать корпус устройства тоньше, время жизни от батареи останется достаточно высоким.
Все познается в сравнении: сверху плата MacBook Air, снизу референсный дизайн Intel на Core M
Отдельно стоит отметить, что плата с напаянными на ней чипами стала еще и в два раза тоньше, что позволяет делать устройства меньшей толщины. Пример — новый Lenovo ThinkPad Helix 2: тонкий, легкий, без вентилятора. Если в 2010 году процессоры для ультрамобильных ПК потребляли примерно 18 Вт, то в конце 2014-го будут требовать не больше 6 Вт. Собственно, сам процессор в сборе тоже стал примерно в два раза меньше — и в два раза тоньше.
У Intel есть специальная диаграмма, иллюстрирующая процесс подбора оптимальных характеристик чипа с точки зрения его пригодности для построения планшетов той или иной толщины и типоразмера. Верхний предел даже для самых толстых “тринашек” на этой диаграмме — 6 Вт. Напомним, что столько потребляют, например, 8-ядерные ARM-процессоры Samsung Exynos. Ну а минимум — и вовсе 3 Вт: еще недавно даже “Атомы” были намного более прожорливыми. А здесь — полноценная архитектура Core.
⇡#Из чего состоит Core M
Как мы уже говорили, процессоры Intel Core M носят кодовое имя Broadwell и в интеловской схеме “Тик-так” должны представлять собой “тик”: переход на новый техпроцесс без существенных изменений в архитектуре. Однако изменения все же есть, и, пожалуй, весьма существенные.
Материнская плата выглядит игрушечной
Как и в наиболее компактных процессорах поколения Haswell, в Core M в одном корпусе совмещены две микросхемы – непосредственно процессор (в который встроены графика и контроллер памяти), а также южный мост. Последний, помимо всяких привычных вещей, включает теперь аудиокодек и модуль Wi-Fi. Увы, до той степени интегрированности, которая типична для нынешних ARM-процессоров, решения на «взрослой» версии архитектуры x86 еще не дошли: вместо полноценной системы-на-чипе пока приходится довольствоваться системой-на-двух-чипах.
Касательно изменений в процессорных ядрах информации известно пока что не слишком многое, надо понимать, что речь идёт о “тике”, а, значит, ничего революционного ждать не надо. Впрочем, если вспомнить предыдущие шаги, сопряжённые со сменой технологического процесса, например, Westmere или Ivy Bridge, то становится понятно, что совсем без улучшений Intel обойтись не могла. И поэтому слова представителей микропроцессорного гиганта о том, что удельная производительность Broadwell по сравнению с Haswell должна увеличиться примерно на 5%, особого удивления не вызывают. Это примерно такой же прогресс, как мы видели в момент перехода с Sandy Bridge на Ivy Bridge, и при этом Intel явно даёт понять, что потенциально Broadwell могут работать на тактовых частотах как минимум не меньших, чем Haswell.
Сделанные в Broadwell улучшения, конечно, фундаментального характера не имеют. В основном, инженеры поработали над внутренними буферами и увеличили их вместимость, что в конечном итоге позволяет снизить простои исполнительного конвейера. Например, большее окно планировщика даёт возможность реализовать в Broadwell внеочередное исполнение инструкций ещё эффективнее, чем в Haswell, а увеличенный в полтора раза буфер ассоциативной трансляции (L2 TLB) снижает простои при преобразовании адресов. При этом вся схема трансляции приобрела второй обработчик промахов, что позволяет обрабатывать две операции преобразования адресов параллельно. Кроме того, в очередной раз улучшились и алгоритмы предсказания переходов. В Broadwell внимание было уделено правильному предсказанию адресов, что должно положительно сказаться на обработке предстоящих сложных операций ветвления.
Впрочем, одними только изменениями входной части исполнительного конвейера дело не ограничивается. Кое-что сделано и для повышения чистой математической производительности, а конкретно, инженеры Intel полностью переделали схему обработки операций умножения и деления с плавающей точкой. Благодаря этому темп исполнения умножений возрос с пяти до трёх тактов, а деления ускорились за счёт исполнения на широком 10-битном делителе. В дополнение к этому оптимизации получили и векторные gather-инструкции из набора AVX2. Представители Intel говорят и об улучшении в Broadwell встроенной криптографии, но мы пока не можем однозначно интерпретировать, о чём в действительности идёт речь.
Очевидно, что Intel могла внедрить в Broadwell и более внушительный набор улучшений, если бы не явный прицел компании на снижение энергопотребления. Теперь на пути всех микроархитектурных оптимизаций поставлен строгий фильтр: какое-то улучшение внедряется только в том случае, если при росте производительности на 2% оно увеличивает энергопотребление не более чем на 1%. Ранее подобное правило было сформулировано с соотношением 1:1, но теперь оно стало вдвое более строгим. А это значит, что обещанный Intel 5-процентный рост производительности процессорных ядер Broadwell опирается не более чем на 2,5-процентное увеличение удельного энергопотребления.
Зато вот графика в Core M совсем не такая, как в Haswell. Intel HD Graphics 5300 поддерживает DirectX 11.2, OpenGL 4.2 и экраны с 4К-разрешением. На снимке процессора видно, что графический адаптер теперь занимает больше половины от всей площади кристалла — этим в свое время хвасталась, да и продолжает хвастаться AMD. Новая графика обеспечивает прирост производительности в современных играх порядка 40% и примерно 80%-е ускорение в кодировании видео.
Схема процессора Intel Core M
Более приятная новость для пользователей планшетов и ультратонких ноутбуков состоит в том, что Intel наконец-то удалось снизить энергопотребление графики в тех задачах, где она используется сравнительно активно. Например, в прошлом поколении сокращение времени работы от батарей при просмотре видео было весьма ощутимым – теперь это исправили.
ASUS Zenbook UX305 — информация о системе
Встроенный аудиокодек позволяет решить сразу две проблемы. Во-первых, его появление практически закрывает вопрос с поиском драйверов: Intel славится поддержкой практически любых операционных систем. Во-вторых, при воспроизведении видео со звуком или просто музыки снижается нагрузка на процессорные ядра — часть переносится на экономичный аудиокодек, что позволяет экономить заряд батареи. Что касается беспроводных соединений, то, помимо уже привычного 802.11ac (модуль Intel Wireless AC-7265), заявлена поддержка технологии Intel Wireless Display 5.0 и WiGIG – с помощью последнего будет реализована работа с беспроводными док-станциями.
Lenovo Helix 2 — информация о системе
В целом процессоры Intel Core M предназначены для широкого спектра устройств — от обычных тонких ноутбуков до тех самых трансформеров “два в одном” и просто мощных планшетов. То есть это сравнительно низкопроизводительные и очень низковаттные процессоры. Номинальная, «гарантированная» частота виденных нами экземпляров не переваливала за отметку в 1 ГГц. Чипы поддерживают динамический разгон (Turbo Boost) до существенно более высоких частот. Но, как мы знаем, конкретные значения, до которых процессор и графическое ядро смогут разогнаться, будут зависеть от того, насколько эффективно производителю данного конкретного устройства удалось решить проблему отвода тепла (напомним, решать ее придется без использования вентиляторов).
К созданию устройств на Intel Core M уже приступили все крупнейшие партнеры Intel – Acer, ASUS, Dell, HP и Lenovo. Более того, на IFA 2014 ASUS уже продемонстрировала ноутбук Zenbook UX305 на базе Intel Core M 5Y10, а Lenovo показала упомянутый выше ThinkPad Helix 2. И то ли еще будет.
ASUS Zenbook UX305 с процессором Intel Core M на борту
⇡#Заключение
В целом в плане железа индустрия мобильных ПК за последние несколько лет совершила потрясающий скачок. Кто мог подумать, что современные процессоры для такого рода устройств будут потреблять столько же, сколько чипы телефонов? Да и производители конечных устройств научились здорово оптимизировать использование пространства в своих мобильных компьютерах, ставить в них качественные дисплеи, не менее качественные клавиатуры и тачпады, а также — порой вполне удачно — экспериментировать с форм-факторами. В результате сдерживающей прогресс силой на данный момент является софт — по сути, для всего этого железного великолепия операционные системы в глобальном масштабе делает лишь один разработчик, и далеко не всем нравится то, что он предлагает.
В общем, следующий ход — за производителями софта. Им предстоит научиться использовать то, что уже реализовали производители железа, и тогда, наверное, взаимодействие человека и компьютера ощутимо изменится — в лучшую сторону. Intel в какой-то мере тоже является производителем ПО и прилагает некоторые усилия к тому, чтобы сдвинуть дело с мертвой точки. Но усилиями одной только Intel здесь не обойтись.
Благодарим компанию Sony и агентство PRT за предоставленную для съемки на выставке камеру Sony ILCE-6000 .