Detalhes do skylake da Intel mostram como a computação mudou

No Intel Developer Forum desta semana, o fabricante do processador divulgou primeiro detalhes sobre o funcionamento interno da microarquitetura Skylake, que está sendo vendida como os processadores Core de sexta geração.

O Skylake está apenas começando a ser lançado - as versões "K" desbloqueadas destinadas a overclockers foram anunciadas na Gamescon há algumas semanas, mas o principal lançamento da ampla gama de chips agora parece marcado para 1º de setembro. Como resultado, a Intel não Não discutiu publicamente os detalhes de quais partes específicas serão apresentadas, além de sugerir que será uma gama muito ampla de produtos.

De fato, esse foi o ponto mais importante que Julius Mandelblat, engenheiro sênior de princípios e líder de Skylake, estava tentando fazer ao descrever a arquitetura no fórum. Ele observou que, quando a equipe começou a trabalhar no projeto há cinco anos, o plano era criar uma arquitetura tradicional de cliente, abrangendo desde o que então se chamava notebooks "finos e leves" até desktops, uma faixa de cerca de 3X em requisitos de energia. Então veio o impulso para os ultrabooks, ainda mais finos, antes dos notebooks e tablets de menor potência. O produto final deve suportar uma faixa de 20X de potência, começando em 4, 5 watts (para a série M, usada em notebooks, tablets e 2 em 1 sem ventilador) até 91 watts na configuração básica do desktop K produtos.

A entrada em novos fatores de forma exigia um grande foco na eficiência energética, disse Mandelblat. Assim, o SoC (System on chip) final pode usar de 40 a 60% menos energia em coisas como reprodução e conferência de vídeo, além de energia inativa, e também estender o conjunto de chips IO para dar suporte aos novos dispositivos - adicionando uma imagem notavelmente processador único.

Uma coisa que Mandelblat deixou claro nos comentários após a apresentação foi que o foco estava no desempenho por watt, não no desempenho bruto. Quando perguntei a ele sobre o relativamente pequeno aumento de desempenho relatado para a série Skylake K em comparação com a série Haswell anterior, o gerente sênior de mercado da plataforma Patrick Casselman disse que não devemos julgar hoje. "Espere até ver os produtos para celular", disse ele, sugerindo um desempenho muito melhor lá. Após a apresentação, Mandelblat disse que para obter uma grande melhoria de desempenho em peças de desktop exigiria um foco nisso, com uma variedade de alterações no sistema, observando que não há um único gargalo agora, mas desempenho bastante equilibrado.

Faz sentido que a Intel esteja se concentrando na criação de peças para uma gama muito ampla de dispositivos, em vez de no desempenho puro da área de trabalho, mas é uma grande mudança de onde o design do microprocessador foi direcionado há pouco tempo.

Na apresentação, Mandelblat passou pelo design da microarquitetura com muito mais detalhes, mostrando um diagrama básico das mudanças na arquitetura (mostradas na parte superior deste post), embora observando que nem todas as partes baseadas no Skylake possuem todos esses recursos. As maiores mudanças incluíram uma interconexão em anel aprimorada entre os núcleos da CPU, um ISP (Processador de sinal de imagem integrado) para suporte à câmera, gráficos aprimorados, alguns novos recursos de segurança e mais foco em permitir o overclock.

Para os núcleos tradicionais de CPU x86 (que ele chamou de núcleos IA), Mandelblat disse que uma das grandes mudanças foi a "configurabilidade", com diferentes configurações de núcleo para servidores em comparação com os clientes, dizendo que muitos recursos do servidor não beneficiam o cliente. No lado do cliente, os núcleos incluem um front end aprimorado com previsão de ramificação aprimorada, buffers fora de ordem mais profundos, unidades de execução aprimoradas e um subsistema de memória aprimorado que permite que os núcleos obtenham mais largura de banda dos caches de memória.

Uma coisa que se destacou foi o aumento da otimização de energia, com mais capacidade de desligar partes do processador quando elas não estão sendo usadas - particularmente as extensões AVX - e um foco particular em poder reproduzir vídeo e multimídia com muito menos energia. Ele disse que houve uma grande melhoria no consumo ocioso de energia.

Fora dos núcleos, o produto inclui novas soluções de cache e memória. Ele observou que desde que a arquitetura do anel foi introduzida há vários anos, uma grande mudança é que agora mais da largura de banda é consumida por coisas fora dos núcleos, incluindo o subsistema gráfico. Isso possui uma nova arquitetura de cache DRAM incorporada (normalmente usada nas versões com gráficos Iris Pro) que agora pode ser usada como um cache do lado da memória. A arquitetura agora foi projetada para que coisas como exibição e processamento de sinal de imagem possam fornecer uma qualidade de serviço mais consistente.

"Este projeto era muito sobre energia", disse Mandelblat, observando que a microarquitetura incluía otimização de energia em todos os blocos e interconexões. Por exemplo, a resolução da tela pode aumentar em 60%, com apenas um aumento de 20% na potência, permitindo melhor uso de telas de alta resolução. Se você economizar energia em uma parte do dado, poderá usá-lo em outra. Isso faria uma diferença de desempenho específica em projetos sem ventilador, onde menos energia em partes do chip que não estão sendo usadas permite que mais energia seja usada pelo CPU ou pelos núcleos gráficos.

Uma das maiores mudanças é a inclusão de um processador de sinal de imagem e o suporte para câmeras diretamente no próprio SoC, em vez de depender de um chip ISP separado. Embora isso seja comum em vários processadores móveis, é a primeira vez que a Intel faz a integração. Isso é necessário para fatores de forma menores, disse Mandelblat, porque elimina um processador de câmera extra, resulta em uma redução na lista de materiais e permite uma melhor otimização de energia, porque o sistema pode gerenciá-lo juntamente com outras funções.

O Skylake pode suportar até quatro câmeras - duas simultaneamente -, permitindo câmeras auto-direcionadas e voltadas para o mundo com sensores de até 13 MP. Ele suporta recursos como vídeo 1080p a 60 quadros por segundo ou 2.160 (4K) vídeo a 30 quadros por segundo, além de obturador de sorriso, captura de rajada, HDR e gravação de fotos em resolução total durante a gravação de vídeo. Isso deve ser bom para o mercado de tablets, mas observe que os processadores móveis de ponta agora podem suportar câmeras de resolução ainda mais alta.

Outras alterações incluem vários aprimoramentos de segurança. Entre elas, destacam-se o Software Guard Extensions (SGX), um conjunto de instruções para um aplicativo iniciar um ambiente de execução confiável conhecido como enclave. Isso permite que o aplicativo mantenha um segredo - código ou dados - do restante do processador, evitando assim muitos ataques baseados em hardware. A arquitetura também possui um recurso chamado MPX (Memory Protection Extensions), que testa o limite da memória antes do acesso, garantindo que o acesso caia na memória alocada para o processo, eliminando um dos tipos mais comuns de ataques.

Outras mudanças incluem mais eficiência de energia no chipset e suporte para PCI Express 3.0, mais foco de E / S (especialmente para versões móveis) e mais E / S de alta velocidade. Também há áudio aprimorado e um hub de sensor integrado.

O chip foi projetado para permitir o overclock, como visto nas versões K, com suporte para 83 etapas em incrementos de 100MHz, com um máximo teórico de 8, 3GHz (e já algumas demonstrações em 7GHz com resfriamento a nitrogênio líquido).

Uma apresentação separada sobre os gráficos Skylake de David Blythe, membro da Intel e diretor de arquitetura gráfica, discutiu o que a Intel chama de seu subsistema gráfico Gen9.

Ele falou sobre como, nos últimos seis anos de projetos Core, o desempenho gráfico aumentou drasticamente, suportando até 10 unidades de execução (EUs), com 43 gigaflops de desempenho nos projetos Core originais, até 48 unidades de execução e 768 gigaflops nos mais altos fim dos chips Broadwell. Com Skylake, ele disse, é preciso outro salto, permitindo até 72 EUs e 1152 gigaflops. (Nota: a Intel normalmente oferece uma variedade de versões com diferentes quantidades de gráficos.) Ele disse que o desempenho geral dos gráficos aumentou mais de 100 vezes nesse período, com base nos resultados do 3DMark.

Além de apenas mais UEs, há melhorias nas várias maneiras em que são usadas, individualmente e como "fatias" - configuram 24 UEs. Haverá versões diferentes com diferentes números de UEs. Em particular, o GT2 usará uma fatia (e, portanto, 24 EUs), o GT3 usará duas fatias (48EUs) e o novo GT4 usará três (72 EUs). Blythe disse que houve grandes aumentos na taxa de transferência por fatia, além de mais fatias na parte alta, com a capacidade de diminuir a escala na parte baixa.

O Skylake também suporta APIs mais recentes, incluindo Microsoft DirectX 12, Open CL 2.0 e Open GL 4.4. Também aprimorou os recursos de mídia, com suporte para vídeos HEVC, VP8 e MJPEG, um novo modo de vídeo de sincronização rápida para aplicativos em tempo real de baixa potência, como videoconferência e novos recursos de imagem RAW.