Представлен Intel Lakefield: первый в сегменте пятиядерный CPU с ядрами разной архитектуры и объёмной компоновкой Foveros
Формально это гораздо больше, чем просто процессор
Ещё в апреле мы узнали о том, что Intel работает над технологией, которая позволит в одном процессоре объединить разные по типу и архитектуре процессорные ядра. Тогда говорилось, что первым подобным поколением будет Lakefield, которое будет включать высокопроизводительные ядра Ice Lake и энергоэффективные «атомные» ядра Tremont.
В ноябре появились слухи о том, что процессоры Lakefield будут пятиядерными при рабочей частоте около 2 ГГц. Уже в декабре Intel официально представила технологию Foveros, которая и позволит создавать совершенно новые для этого сегмента CPU. Кроме прочего, Foveros подразумевает такую компоновку кристаллов, когда один располагается над другим, то есть Foveros позволит ещё и уменьшить габариты процессоров.
И вот вчера Intel раскрыла подробности о первых процессорах с использованием всех этих технологий. Они действительно будут называться Lakefield. И они действительно будут содержать процессорные ядра архитектуры Sunny Cove, то есть поколения Ice Lake, а также «атомные» ядра. Вероятно, имеются в виду ядра архитектуры Tremont, которая должна стать основой для «атомных» процессоров следующего поколения под названием Jasper Lake.
Если точнее, CPU получит одно производительное ядро и четыре энергоэффективных, то есть он действительно будет пятиядерным. Что интересно, сама Intel в пресс-релизе использует бренд Atom, хотя формально от него давно отказалась.
На фото выше можно видеть прототип полноценной печатной платы для ноутбука с этим самым CPU Lakefield.
Что интересно, процессор получит весьма производительное ядро Gen11 с 64 вычислительными блоками. Как можно видеть на изображениях, CPU будет включать сразу и оперативную память, то есть итоговое решение формально не является процессором или даже однокристальной системой в привычном её виде. Сама Intel говорит о «гибридном процессоре», но вопрос терминологии пока можно оставить открытым.
Нужно понимать, что высокой производительности от такого решения ждать не стоит, то есть конкретно в том виде, в котором сейчас Intel описывает Lakefield, это весьма специфический продукт, который подойдёт далеко не для всех сценариев. Но его возможностей должно хватать для любых задач среднестатистического пользователя, не считая игры, а значит, такое решение может завоевать свою долю на рынке.
Что интересно, Intel якобы выпустит CPU Lakefield, потому что есть запрос со стороны крупного клиента. Но только одного. При этом CPU будет доступен всем желающим, так что вряд ли мы увидим ноутбуки с этими CPU только от одной компании.
Что касается энергопотребления процессора, Intel говорит, что Lakefield может работать в пределах 7 Вт, то есть может обходиться без активного охлаждения. В итоге получается достаточно любопытный продукт, даже если отбросить его важность с точки зрения первенца совершенно нового сегмента. Продукты на Lakefield должны выйти в нынешнем году. Учитывая, что CPU Ice Lake ожидаются в самом конце года, процессоры Lakefield, вероятно, выйдут на рынок примерно в тот же период, а может уже и в начале 2020 года.
Как работает первый гибридный процессор x86
Диаграмма вычислительной микросхемы в процессоре Intel Lakefield: одно ядро Core (Sunny Cove) и четыре ядра Atom (Tremont)
Десять лет назад ARM представила гетерогенную архитектуру многоядерных процессоров big.LITTLE с разными ядрами: одни были высокопроизводительными, а другие — энергоэффективными. Такая гибридная система позволила значительно уменьшить энергопотребление CPU во время фоновой работа приложений (то есть почти всегда). Следствием стало увеличение времени работы устройств.
В 2019 году гетерогенную архитектуру наконец-то впервые применила Intel в процессорах x86. В 2020 году на рынок выйдут два процессора Lakefield с конфигурацией 1+4 (одно ядро Core и четыре ядра Atom), пишет AnandTech.
Процессоры Lakefield
| Процессоры Intel Lakefield | ||||||||
| Ядра | Базовая частота | 1С турбо | nT турбо | Gen11 IGP | IGP частота | DRAM LP4 | TDP | |
| i5-L16G7 | 1+4 | 1400 | 3000 | 1800 | 64 EU | 500 | 4267 | 7 Вт |
| i3-L13G4 | 1+4 | 800 | 2800 | 1300 | 48 EU | 500 | 4267 | 7 Вт |
Сравнение с другими CPU
| Сравнение Lakefield с другими процесоорами | |||||
| Intel i7-L16G7 | Intel i3-1005G1 | Intel m3-8100Y | Intel N5030 | Qualcomm SD 7c | |
| SoC | Lakefield | Ice Lake-Y | Amber Lake-Y | Goldmont+ | Kryo |
| Конфигурация ядер | 1+4 | 2+0 | 2+0 | 0+4 | 0+8 |
| TDP | 7 Вт | 9 Вт | 5 Вт | 6 Вт | |
| CPU | 1 x SNC 4 x TNT | 2 x SNC | 2 x SKL | 4 x GMN+ | 8 x Kryo |
| GPU | Gen 11 64 EU 0,5 ГГц | Gen 11 32 EU 0,9 ГГц | Gen 9 24 EU 0,9 ГГц | Gen 9 18 EU 750 МГц | Adreno 618 |
| LPDDR | 4267 | 3733 | LPD3-1866 | 2400 | 4267 |
| Wi-Fi | Wi-Fi 6* | Wi-Fi 5* | — | — | Wi-Fi 6 |
| Модем | — | — | — | — | Cat15/13 |
Бенчмарки
Сами процессоры пока не появились в свободном доступе, поэтому остаётся ориентироваться только на бенчмарки от Intel. Компания приводит только два сравнения: с Amber Lake-Y, то есть i7-8500Y на 5 Вт, а также i5-L16G7 сам с собой в режимах 1+4 и 0+4 (по сути, сравнение с четырёхъядерным дизайном Atom).
По первому пункту в сравнении с Amber Lake-Y:
Заводская проверка на прочность процессоров Intel Lakefield. Фото: AnandTech
Зачем процессору «большое» ядро? Оно нужно для обработки самых приоритетных прерываний, когда необходимо обеспечить минимальную задержку: нажатия на экран, набор на клавиатуре и тому подобное. Это гарантирует отзывчивость устройства даже в моменты максимальной загрузки остальных четырёх ядер.
Как устроены гетерогенные CPU
Lakefield сочетает на одной микросхеме одно большое ядро Core и четыре малых ядра Atom. В обычных обзорах эти процессоры x86 могут называть «пятиядерными» и обычно записывают как 1+4.
Размер процессоров 12*12 мм
Цель Intel состоит в том, чтобы объединить преимущества энергоэффективного ядра Atom с более энергозатратным, но и более «прожорливым» ядром Core. В результате получился промежуточный процессор между дизайном «все ядра Atom» 0+4 и «все ядра Core» 4+0.
Проще всего сравнивать Lakefield со старыми четырёхъядерными процессорами Atom, куда добавили большое ядро. Кластер из четырёх меньших ядер Atom заботится о больших параллельных нагрузках, в то время как большое ядро реагирует, когда пользователь загружает приложение или касается экрана, или прокручивает страницу в браузере.
Гибридная архитектура уже используется в ARM-процессорах и даже в операционных системах Windows, как процессоры Qualcomm Snapdragon на ноутбуках, таких как Lenovo Yoga (дизайн 4+4). Qualcomm пришлось много работать с Microsoft, чтобы разработать соответствующий планировщик, который может управлять рабочими нагрузками между различными конструкциями процессорных ядер.
Визуализация дизайна разных гетерогенных архитектур CPU (без масштаба)
Основное различие между Qualcomm и Intel заключается в поддержке программного обеспечения: процессоры Qualcomm выполняют инструкции ARM, в то время как процессоры Intel выполняют инструкции x86. Большинство программ для Windows построено для инструкций x86, что ограничивает эффективность Qualcomm на традиционном рынке ноутбуков. Дизайн Qualcomm фактически допускает «трансляцию x86», но область применения ограничена и существует штраф за производительность. Впрочем, работа в этом направлении продолжается.
Трёхмерная компоновка Foveros
Общая конструкция CPU с трёхмерной компоновкой Foveros показана на диаграмме вверху. Как видим, сверху расположена основная вычислительная микросхема, а снизу — базовая.
Верхняя 13-слойная изготавливается по техпроцессу 10 нм, а нижняя 10-слойная — по техпроцессу 22 FFL.
Вычислительная микросхема
Как указано в таблице, микросхемы отличаются друг от друга и производятся по разному техпроцессу.
Графика Gen 11 занимает 37% площади, конфигурация как в процессорах Ice Lake. Сверху располагается ядро Sunny Cove, тоже как в Ice Lake. Инженеры Intel говорили, что они физически удалили с чипа регистры AVX-512, хотя на фотографии они видны.
Снизу четыре ядра Tremont Atom, общей площадью примерно как одно ядро Sunny Cove.
Cодержимое вычислительной микросхемы:
Схема питания и дизайн сигнальных точек TSV (through silicon vias)
Базовая микросхема
Фотография нижней базовой микросхемы
Базовая микросхема гораздо проще и производится по техпроцессу 22FFL, который представляет собой оптимизированную версию 14-нанометрового техпроцесса с менее жёсткими ограничениями, так что эти чипы Intel может производить без проблем в любом количестве почти без брака. Главная сложность — соединения между двумя микросхемами (die-to-die).
Интерфейс межсоединений Forevos die-to-die interconnect (FDI)
Содержимое базовой микросхемы:
Первые ноутбуки и планшеты
Уже готов к выпуску ряд ноутбуков и планшетов на базе Lakefield. Среди первых устройств…
ноутбук Galaxy Book S (он также выпускается на процессорах Qualcomm Snapdragon 8cx со сходными техническими характеристиками), должен появиться в продаже в июле 2020 года
и планшет Microsoft Surface Book Neo, который выйдет ближе к зиме.
Будущее Lakefield
Даже если эта версия Lakefield будет не слишком хорошо выглядеть в бенчмарках, это большой шаг для Intel. Гибридные конструкции и многоуровневая связь между подложками представлена в планах разработки Intel. Всё зависит от того, насколько Intel готова экспериментировать и насколько хорошо сможет реализовать инженерные идеи. Были дискуссии, что Intel, возможно, в будущем рассматривает гибридный дизайн процессора 8+8. Насчёт этого ничего неизвестно, но Ponte Vecchio с многоуровневой подложкой точно запланирован на конец 2021 года.
Размер материнской платы для Lakefield (30*123 мм) по сравнению с материнскими платами предыдущих поколений
Возможно, какие-то инновационные процессоры Intel будут выпущены не для настольных компьютеров, а, например, для автомобилей или сетей 5G. Что касается Lakefield, то по сути это относительно низкопроизводительные CPU, которые будут устанавливать в ноутбуки и планшеты, как процессоры Atom. Заранее можно сказать, что конкурировать в этом сегменте будет непросто, особенно с мобильными процессорами AMD и ARM-процессорами типа Snapdragon. Но чем больше конкуренции — тем лучше покупателям.
Первые тесты пятиядерного процессора Intel Lakefield: что-то пошло не так
Две недели назад компания Intel представила необычные пятиядерные процессоры Lakefield, которые отличаются крайне низким энергопотреблением и предназначены для тонких мобильных устройств. Cтарший из новых процессоров — Core i5-L16G7 — был протестирован ресурсом Notebook Check в составе ноутбука Samsung Galaxy Book S.
Для начала напомним, что процессоры Lakefield обладают весьма необычной многослойной компоновкой Foveros 3D и сочетают в себе ядра с разными архитектурами. В них имеется четыре маломощных ядра Tremont для многопоточных задач, одно мощное ядро Sunny Cove (как в Ice Lake) для однопоточных нагрузок, и довольно производительная встроенная графика 11-го поколения. В случае рассматриваемого Core i5-L16G7 частоты CPU заявлены на уровне от 1,4 до 3,0 ГГц, а «встройка» включает 64 исполнительных блока (Execution units, EU) и работает на частоте 500 МГц.
Как выяснили обозреватели, в тестируемом Galaxy Book S с заявленными частотами процессор работать не может. Максимальная частота при однопоточной нагрузке составила 2,4 ГГц. По всей видимости, система не смогла справиться с охлаждением чипа, и ему не удалось раскрыться на полную.
В результате одноядерная производительность старшего Lakefield оказалась на 41 % ниже, чем у младшего представителя семейства Amber Lake-Y. Более того, чип уступил даже Core m3-8100Y. Тестирование проводилось в Cinebench R20.
В многопоточном тесте этого же бенчмарках ситуация слегка улучшилась, но не сильно. Здесь Core i5-L16G7 оказался на 25 % быстрее m3-8100Y, но победить Amber Lake-Y ему не удалось. Наконец, хоть встроенная графика рассматриваемого процессора и имеет много вычислительных блоков, из-за низкой частоты её производительность оказалась между Intel UHD 615 и UHD 620.
В проведённом тесте Lakefield показал не слишком воодушевляющие результаты, но это может быть связано не с архитектурой, а с какими-то программными недоработками, тем более что правильное использование процессора с разнородными ядрами требует специальной оптимизации диспетчера задач операционной системы. Поэтому делать окончательные выводы пока рано.
«Разноядерный» Intel Lakefield — мы разные, но все-таки мы вместе
Lenovo ThinkPad X1 Fold
Прошло ровно полтора года с тех пор, как Intel официально анонсировала «разноядерные» процессоры Lakefield, в состав которых входит одно мощное ядро и несколько менее производительных, но очень энергоэффективных. За это время явочным порядком раскрылась интрига: кто из крупнейших компьютерных вендоров первым создаст устройство на базе процессора со столь необычной архитектурой. А теперь Lakefield и вовсе обрел свое воплощение для массового рынка — использовать его могут все желающие производители.
В конце прошлого года Microsoft представила двухэкранный планшет Surface Neo, отложив, правда, начало его продажи более чем на год. Далее, в этом мае компания Samsung анонсировала новый Samsung Galaxy Book S, также использующий гетерогенный процессор Intel. Еще к этим устройствам добавился, пока в виде анонса, складной планшет с гибким экраном Lenovo ThinkPad X1 Fold. Определенно, кому-то из перечисленных гигантов компьютерной индустрии (а, может, и всем сразу) и предназначалась необычная платформа.
Основная часть упаковки Intel Lakefield
Intel Lakefield изнутри выглядит следующим образом: одно 10-нм «большое» ядро Sunny Cove (такие используются в процессорах Core Ice Lake) со своим 4 Мб MLC, четыре «маленьких» ядра Tremont (нового поколения Intel Atom), использующих общий L2 кэш размером полтора МБ, 4-канальный контроллер памяти (4×16 бит) с поддержкой LPDDR4, графическое ядро 11 поколения с 48 или 64 Execution Unit и видеоконтроллер поколения 11+. Всё это размещено на четырёх слоях и объединено с использованием технологии объёмной компоновки Foveros.
Линейка Lakefield состоит всего из двух практически одинаковых моделей — это связано со сложностью изготовления чипов. Они принадлежат к классу Intel Core Mobile и имеют обозначение i3-L13G4 и i5-L16G7. В силу необычности архитектуры немного изменим обычную процессорную табличку и впишем туда некоторые специфичные характеристики.
| i3-L13G4 | i5-L16G7 | |
|---|---|---|
| Количество ядер | 1+4 | 1+4 |
| Количество потоков | 5 | 5 |
| Базовая частота | 800 МГц | 1.4 ГГц |
| Максимальная частота 1 ядра | 2.8 ГГц | 3.0 ГГц |
| Базовая частота GPU | 200 МГц | 200 МГц |
| Максимальная частота GPU | 500 МГц | 500 МГц |
| Кол-во EU GPU | 48 | 64 |
| Частота памяти | 4267 Гц | 4267 Гц |
| TDP | 7 Вт | 7 Вт |
Под базовой частотой здесь понимается общая согласованная частота всех 5 ядер, максимальная частота показана для ядра Sunny Cove. Как видно, обе модели идентичны по своему строению, но работают на разных частотах и с разным количеством задействованных EU. Стоит заметить заниженную в два раза частоту графического ядра (для меньшего потребления) и, напротив, повышенную максимальную частоту памяти (в Ice Lake максимум был 3733 МГц), что благотворно скажется на производительности.
Экспериментальный процессор стал основой для экспериментальных устройств — что выглядит логично. И Intel, и компьютерные вендоры находятся в поиске новых решений. Пока модели на Lakefield выглядят по большей части как прототипы, но ведь сколько раз было уже так: сегодняшний прототип завтра становится мейнстримом. Главное, что платформа для развития уже есть.
Intel Lakefield: гибридный процессор Atom + Core в 3D
С пользой и радостью проведя новогодние каникулы, возвращаемся к делам нашим процессорным. На прошедшей в праздничные дни CES 2019 Intel показала нечто принципиально новое: Intel Lakefield, процессор или SoC (как желаете, рабочее название производителя — «гибридный процессор»), с вычислительными ядрами двух разных микроархитектур, встроенной графикой и памятью — и все это богатство соединяется вместе с помощью технологии Foveros. Мимо такого пройти никак не возможно — и мы не пройдем.
Для начала несколько слов о технологии Foveros. Первая информация о ней появилась в начале прошлого года, а официальное представление состоялось в самом конце. Суть Foveros состоит в многослойном размещении кристаллов чипа — один над другим. При этом на одном слое располагаются служебные элементы: цепи питания, кэш, регистры ввода-вывода, а другой или другие отданы под высокопроизводительные вычислительные и прочие элементы.
По сравнению с пассивной объединительной подложкой Foveros сокращает физические расстояния между кристаллами и увеличивает гибкость монтажных схем. Отсюда вытекает два главных ее преимущества: уменьшение общего размера упаковки и сокращение энергопотребления гибридного SoC.
Основная часть упаковки Intel Lakefield
Что же касается Intel Lakefield, то он представляет собой структуру следующего принципиального состава: одно 10-нм «большое» ядро от процессора Core Ice Lake, анонсированного тут же чуть ранее со своим 4 Мб MLC, четыре «маленьких» ядра Intel Atom (жив, курилка!), использующих общий L2 кэш размером полтора МБ, 4-канальный контроллер памяти (4×16 бит) с поддержкой LPDDR4, графическое ядро 11 поколения с 64 Execution Unit и видеоконтроллер поколения 11+. Все составные части показаны на рисунке выше.
На последнем фото показаны сроки появления в продаже процессоров Intel Ice Lake: праздники (рождественские), то есть конец 2019 года. Скорее всего, коммерческое появление Lakefield ожидается в то же время.
