Intel Silvermont: atomowe oszczędzanie energii

Intel słynie z nagłych skoków wydajności swoich procesorów. Silvermont, następna generacja Atomów ma oszczędzać energię i podbić rynek mobilny.

Intelowskich CPU w tabletach i smartfonach trzeba szukać ze świecą. Powód: przypisana do tego segmentu rynku seria Atom do tej pory zużywała za dużo energii, a jej wydajność jest zaledwie przeciętna. Jeśli dokładniej przyjrzeć się technologii, to szybko staje się jasne, że Intel dotychczas za bardzo koncentrował się na możliwie największej liczbie rdzeni CPU i na idącym z nią w parze multithreadingu (u Intela: hyperthreading). Aby ta strategia przyniosła efekty, przy wykonywaniu programu potrzebnych jest wiele wątków przetwarzanych równolegle. Przetwarzanie równoległe ma przede wszystkim tę zaletę, że przynosi wysoką przepustowość danych. Jednak stosowanie hyperthreadingu w urządzeniach mobilnych nie zawsze ma sens. Jeśli np. podróżujący użytkownik smartfona chce odtworzyć plik wideo, to powinien się on jak najszybciej uruchomić. Tymczasem dekompresja dużych strumieni wideo jest tym zadaniem, dla którego trudno zastosować hyperthreading. W tym przypadku potrzebna jest raczej dobra wydajność jednowątkowa, czyli większa moc obliczeniowa dla pojedynczych rdzeni.

I dokładnie tym zajął się Intel projektując następną generację CPU Atom z kodową nazwą Silvermont. W tych procesorach hyperhreading zostanie zamieniony na wydajne rdzenie fizyczne. Aby przy okazji ograniczyć zużycie energii Intel dopracowuje wiele detali i stosuje wiele energooszczędnych rozwiązań. W porównaniu ze współczesną generacją Atom Silvermont ma zużywać ok. jedną piątą energii, jakiej potrzebował jego poprzednik.

Trzy razy szybszy od poprzednika

Zastosowanie techniki „Out of order execution” w procesorze Silvermont to nowość. Wprawdzie dla znawców CPU to nic nowego: Intel stosuje tę technologię już od Pentium Pro, jednak w Atomie brakowało jej dotychczas, bowiem wykorzystywany był hyperthreading oraz technika „In order execution”.

Procesor przetwarzając program wykonuje serię poleceń maszynowych. Współczesne CPU Atom ściśle trzymają się zadanej kolejności poleceń (in order), jednak nie jest to kolejność wykorzystująca optymalnie moc obliczeniową. CPU jest niewykorzystane, dochodzi do niepotrzebnych czasów oczekiwania, w efekcie wykonanie programu trwa dłużej. Tymczasem „Out of order execution” przewiduje kolejność napływających do procesora poleceń, by zmaksymalizować jego wykorzystanie. W porównaniu z poprzednikiem Silvermont ma móc wykonywać o 50% więcej poleceń w jednym cyklu. Szczególnie mocna jest nowa mikroarchitektura w ważnych operacjach obliczeniowych na liczbach całkowitych i zmiennoprzecinkowych (mnożenie i dzielenie) – chlebie powszednim dla CPU. Według Intela ta wydajność w porównaniu z poprzednikiem ma się zwiększyć trzykrotnie. Wprawdzie tak zwana kolejka poleceń, w której przetwarzane są programy w rdzeniu nie została wydłużona, jeśli jednak CPU nie musi sięgać do pamięci podręcznej danych, to podczas wykonania oszczędza trzy takty. Ciekawa jest również funkcja prognozy skokowej, a więc tego jak dobrze procesor potrafi przewidywać, jakie będą następne polecenia do załadowania. Na podstawie struktury komend z góry decyduje, na które punkty programu jest teraz kolej. To prognozowanie w Silvermont zostało zoptymalizowane: jeśli prognoza jest błędna, to czas oczekiwania na dalsze przetwarzanie przez procesor jest teraz krótszy. Dlatego Intel mógł zaimplementować bardziej ofensywne algorytmy przewidywania niż u poprzednika.

Intel podkręcił również pamięci podręczne: w Silvermont dwa rdzenie dzielą między siebie cache L2 tworząc w ten sposób jeden moduł. Z dodatkowym 1 MB cache jest teraz również większy niż u poprzednika. Istotną zaletą jest jednak to, że jeden rdzeń w trybie single thread może go teraz używać całkiem sam. W poprzedniej generacji elastyczny podział cache’u nie był możliwy. Zmniejszono również czasy latencji przy korzystaniu z cache’a. Tak zwane Translation Lookaside Buffet dla poleceń zostały potrojone do 48 pozycji. To duża korzyść, bo zawierają one adresy zastosowanych już poleceń. Kiedy program znów sięgnie po takie polecenie, ładowanie odbędzie się zdecydowanie szybciej.

Mniejsze i wyższe – to oszczędza energię

Jednak największym priorytetem w przypadku Silvermonta jest energooszczędność. Intel rozpoczyna u samych podstaw: nowa mikroarchitektura Silvermont jest wykonywana w procesie 22 nanometrów (poprzednik: 32 nanometry). Oprócz tego Intel po raz pierwszy stosuje nowe tranzystory 3D Tri Gate, które wymagają znacznie mniejszego prądu przełączania, pracują szybciej i wykazują mniejsze prądy upływowe.

Dzięki zastosowanej architekturze, Silvermont może być łatwo skalowalny od zastosowań smartfonowych po serwery. I tak najwyższym poziom rozbudowy osiągnięty jest przy ośmiu rdzeniach, dla tabletów Intel przewiduje cztery rdzenie, a do smartfonów mają trafić przynajmniej dwa rdzenie. Z nową Brust Technology 2.0 rdzenie szybciej będą osiągać szczyt wydajności, oraz – co ważniejsze – również szybciej spowalniać do wolniejszego taktu. Miły detal: rdzenie mogą się usypiać niezależnie od siebie.

Większa moc i znacznie mniejsze zapotrzebowanie na energię wzbudzają zainteresowanie. Na urządzenie Intela z Silvermont nie trzeba już zbyt długo czekać. Tablety z nowym Atomem (Bay Trail) mają być dostępne w bożonarodzeniowym szczycie zakupowym, a na smartfony (Merrifield) trzeba poczekać jeszcze do początku 2014 roku.

NOWY MOBILNY CPU INTELA

Dużą nowością w następnej generacji Atom jest znana technologia, której Intel dotychczas nie stosował w tej serii. Zamiast przetwarzać polecenia w kolejności (in order), procesor opracowuje własną kolejność wykonywania minimalizującą niepotrzebne czasy oczekiwania. Ta technologia, zwana „Out of order execution” zapewnia szybszą pracę również niezoptymalizowanym programom.

0
Zamknij

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.