Intel представила новую архитектуру процессора

Новая микроархитектура Intel Компания Intel впервые представила процессорную микроархитектуру нового поколения с рабочим названием Sunny Cove, на базе которой в ближайшие годы планируется наладить выпуск процессоров Core для настольных и портативных ПК, а также чипов Xeon для серверного рынка. Эти процессоры станут основой новой платформы Ice Lake – на смену нынешнему семейству Skylake, актуальному с 2015 года и выпускаемому последнее время с нормами 14 нм техпроцесса. Для нового поколения процессоров Intel Sunny Cove характерна многослойная компоновка Foveros 3D – по аналогии с «чиплетами» AMD, увеличенное число инструкций, исполняемых за каждый такт, улучшенная энергоэффективность, ускорение обработки заданий с искусственным интеллектом и шифрованием, поддержка огромного массива адресуемой оперативной памяти – до 128 ПБ (в современных чипах – до 256 ТБ). Компания обещает представить первые массовые партии процессоров Core и Xeon с архитектурой Sunny Cove в 2019 г. В дальнейших планах компании – развитие платформы Ice Lake, новые поколения чипов Atom, а также собственные дискретные графические ускорители. Особенности микроархитектуры Sunny Cove Микроархитектура Sunny Cove характеризуется значительно переработанным механизмом работы конвейера обработки инструкций, в том числе, его входной и исполнительной частях. Впервые в этой архитектуре дебютирует возможность исполнения пяти инструкций за один такт (ранее – не более четырех инструкций за такт), при этом увеличение количества исполнительных портов с восьми до десяти гарантирует возможность одновременной обработки до десяти микрокоманд.

Отличие front-end блока предсказания Sunny Cove от предшественников Появление четвертого блока генерации адресов и дополнительного устройства хранения данных позволит чипам значительным образом увеличить пропускную способность кеш-памяти первого уровня. Заложенное в архитектуру Sunny Cove увеличение объема кеш-памяти различных уровней – 50% для кеша инструкций первого уровня, кеша микроопераций и унифицированного кеша второго уровня (рост в зависимости от типа процессора, максимальный – у серверных чипов Xeon), а также буфера ассоциативной трансляции (TLB) второго уровня – все это положительно скажется на скорости обработки заданий с большими объемами данных.

Изменение структуры блока предсказания ветвлений Sunny Cove В архитектуре Sunny Cove дебютируют увеличенные размеры буферов и новые алгоритмы предсказания ветвлений, за счет чего ожидается более высокая точность предсказания переходов и снижение задержек при выполнении определенных типов операций. В микроархитектуре Sunny Cove впервые дебютирует виртуальная адресация памяти до 57 значащих битов, с физической адресацией памяти до 52 бит. На практике это означает поддержку до 128 ПБ виртуального адресного пространства и до 4 ПБ физической оперативной памяти. В Intel отмечают, что новые чипы с архитектурой Sunny Cove смогут обеспечить более высокий уровень параллелизма для тяжелых задач обработки данных – таких как бизнес-приложения, игры и мультимедийный контент. Intel продолжает расширять список новых инструкций для улучшения производительности в отдельных сценариях работы со специфической нагрузкой. Так, новые инструкции Vector-AES и SHA-NI ориентированы на работу с алгоритмами шифрования, инструкции VNNI, VBMI2 и BITALG из векторного пула AVX-512 позволят нарастить производительность в задачах кодирования и декодирования данных. Для новой архитектуры Sunny Cove также заявлена улучшенная масштабируемость в плане наращивания числа вычислительных ядер в одном процессоре без значительного роста латентности. На уровне компоновки новых процессоров Intel начиная с поколения Sunny Cove ожидается внедрение новой технологии Foveros 3D. Эта технология предусматривает формирование чипа из нескольких узлов-модулей («чиплетов») с вычислительными ядрами и другими компонентами, включая интегрированный дискретный графический ускоритель поколения Gen11, цепи управления питанием, блок ИИ, контроллеры PCIe Gen 4.0 и новой памяти DDR5.

Принцип интеграции с технологией Foveros 3D В Intel не исключают, что технология Foveros 3D будет использоваться не только для уже привычной «одноэтажной» компоновки компонентов на одной подложке, но также для многоуровневого монтажа модулей друг над другом. Новые технологии производства При производстве новых процессоров с архитектурой Sunny Cove в Intel твердо намерены окончательно перейти на использование норм техпроцесса 10 нм, и окончательно решить проблему, возникшую на этапе выпуска первых 10 нм чипов Cannon Lake – массовость выхода годных процессоров с несколькими миллиардами транзисторов на кристалл.

Многослойная технология Foveros 3D Благодаря внедрению технологии Foveros 3D, где чип «собирается» из нескольких более мелких модулей, в компании надеются значительно повысить процент выхода рабочих чипов на пластину. Использование промежуточной технологии с различными техпроцессами – где критичные модули изготавливаются с нормами 10 нм, а остальные – с нормами 14 нм или даже 22 нм, также будет способствовать более быстрому наращиванию объемов производства.

Варианты модульной интеграции в единый чип К сожалению, в презентации Intel не упоминается, в каких именно процессорах впервые будет применена технология Foveros 3D и ее промежуточные модификации. Дорожная карта по процессорам Intel на ближайшие годы В Intel твердо намерены наладить производство первых по-настоящему массовых процессоров Core на базе архитектуры Sunny Cove в наступающем 2019 году, точнее – во втором его полугодии.

Тестовый стенд с прототипом чипа с архитектурой Sunny Cove Для новой вычислительной платформы Ice Lake также будет характерна интегрированная в процессоры графика Gen.11. В Intel подчеркивают, что ускорители Gen.11 станут первой интегрированной графикой компании с производительностью «уровня терафлопса».

Особенности интегрированной графики Intel Gen.11 На 2020 г. в компании запланирован анонс процессоров с архитектурой Willow Cove. Эти чипы, как ожидается, получат еще большие изменения структуры кеш-памяти и расширенные функции защиты. Дизайн чипов с большой вероятностью останется неизменным – те же нормы 10 нм с оборудованием «глубокого ультрафиолета», однако по традиции эта итерация микроархитектуры получит оптимизированные транзисторы. Дальнейшее развитие микроархитектуры процессоров Intel с рабочим названием Golden Cove дебютирует в 2021 году. Третье поколение обновленной архитектуры может стартовать с процессоров, выпускаемых по нормам техпроцесса 10 нм с дальнейшим переходом к нормам 7 нм. В Intel планируют представить в поколении Golden Cove прирост производительности на каждое ядро/поток, дальнейшую оптимизацию технологий работы с искусственным интеллектом, сетевых подключений, безопасности и защиты.

Развитие процессоров Intel Core и Atom в ближайшие годы На серверном фронте архитектура Sunny Cove дебютирует в процессорах Xeon с рабочим названием Cascade Lake – также в 2019 году, однако более точных дат в компании пока не называют. Для чипов Cascade Lake будет характерна поддержка ряда новых инструкций AVX-512 для нейронных сетей и до 48 ядер на чип. Далее планируется выпуск процессоров Xeon с рабочим названием Cooper Lake, в которых дебютирует поддержка данных bfloat16 — формата с уменьшенной до 16 битов точностью вычислений с плавающей запятой, который чрезвычайно востребован для нейронных сетей. Недорогие энергоэффективные процессоры Intel Atom получат дальнейшее развитие с микроархитектурой Tremont, анонс которой запланирован на 2019 г. В новой архитектуре заложен рост производительности на каждое вычислительное ядро и/или поток, снижение энергопотребления и улучшение энергосберегающих алгоритмов для увеличения времени автономной работы портативных устройств, улучшенные сетевые технологии для использования в серверах. Следующее поколение процессоров Intel Atom на базе микроархитектуры Gracemont будет представлено в 2021 году. Здесь также ожидается оптимизация производительности ядер, более высокие тактовые частоты, улучшенная производительность алгоритмов на базе векторных инструкций. С большой вероятностью процессоры Atom поколений Tremont и Gracemont будут производиться с соблюдением норм техпроцесса 10 нм. В 2023 году Intel планирует представить процессоры Atom с еще не до конца обозначенным названием Next mont. Информация об этих чипах пока минимальна: рост производительности ядер, более высокие тактовые частоты и «новые функции». Ссылка на источник