Тенденции в компютърните технологии 2022 г. – CPU Edition

В началото на 2022 г. ще доставим „Тенденции в компютърните технологии“, които предвиждат тенденциите в хардуерната технология на персоналните компютри. Тази статия е за процесора. С Alder Lake, който беше пуснат в края на 2021 г., Intel най-накрая постигна производителност, която надхвърля серията Ryzen 5000 на AMD. А 2022 г. вероятно ще бъде още по-интензивна година, като AMD контраатакува, а Intel се стреми да навакса.

＊＊＊

Продължавайки от изданието за процеси, следващото е изданието за процесора. Между другото, на 4 ноември 2021 г. беше обявено, че VIA Technologies, която практически не е представила нови продукти, е продала дъщерното си дружество Centaur Technology на Intel за 125 милиона долара оризово поле. Това е съобщение от TWSE (Тайванската фондова борса) и нито VIA Technologies, нито Intel са пуснали информация по този въпрос.

С това придобиване Intel прехвърля служителите на Centaur Technologies (някои от служителите на Centaur) към Intel. От друга страна, VIA Technologies все още държи правата върху IP, който Centaur е разработил досега. Следователно VIA Technologies може да продължи да продава VIA Nano и т.н., но реалността е, че те вече не могат да разработват нови ядра, а самата VIA Technologies се пренасочи към бизнес с решения, базирани на Arm.Няма да излезе.

В резултат на това като доставчици, различни от Intel и AMD, Zhaoxin в Китай, който получи IP лиценз от Centaur чрез VIA Technologies, Hygon в Китай, който получи IP лиценз от AMD, и SiS, който придоби бившия RiSE Технология, цялата серия SiS550 (базирана на RiSE mP6 SoC) активи е придобита и е станал само Taiwan DM&P, който се предлага чрез разширяване на това вътрешно. Ето защо CPU изданието е само Intel и AMD.

Intel CPU(Photo01)

Alder Lake пусна успешно през ноември 2021 г. Тъй като вече предоставихме преглед на производителността, производителността е достатъчно далеч от серията Ryzen 5000.

Истина е обаче, че не мога да отрека усещането, че го направих набързо. Гледайки анализа от RMMA, Front End има декодер от 6 инструкции/цикъл в пика и 5 инструкции/цикъл (и двете x86 преобразуване на инструкции) в пика, и ако погледнете само Decode Throughput Alder Lake е Rocket Lake или Zen 3 съотношение Не бих се изненадал, ако IPC се повиши с около 25%. Въпреки това действителното представяне, например, когато се разглеждат резултатите от Dhrystone 1T, което е лесно за разбиране, със сигурност е високо, но растежът все още е в диапазона от 10%, така че изглежда, че все още има вътрешно пречка. Някои от резултатите на RMMA и резултатите на Сандра също показват тази тенденция. Закъснението между нишките на Сандра очевидно ли е? Някак бавен като цяло. Локалният L2 достъп е бавен, а през L3 е още по-бавен. Една от причините е приемането на хибридна архитектура и мисля, че латентността от страна на E-Core се забавя, но моето искрено впечатление е, че все още има много място за подобрение.

Освен това, както споменах по-рано в раздела за процесите на Intel, Intel 7 със сигурност е много по-добър от 14nm++, но плътността на транзисторите не се е увеличила толкова, колкото си мислех, а самата горна граница на работната честота не се различава много от 14nm++ Усещането е, че Alder Lake е най-добрата конфигурация в тази рамка. В този смисъл може да се каже, че няма място за Intel 7 да увеличи броя на ядрата или да подобри работната честота в следващия Raptor Lake. Някак си изглежда, че Alder Lake е проектирано да увеличи максимално производителността в рамките на Intel 7.

Че Alder Lake вероятно ще види допълнителни SKU, обявени на предстоящото CES. На първо място, както е показано тук, единствените, обявени през ноември 2021 г., бяха Core i5/7/9 K/KF без заключване на увеличението. Разбира се, трябва да има нормална версия SKU без K и T SKU за пестене на енергия с намален TDP и може да се наложи добавянето на Core i3 и Pentium/Celeron.

Сега, по отношение на този Core i3 и по-долу, се говори за производство на това с N5 на TSMC. Причината е проста: производственият капацитет на Intel 7 не изглежда толкова висок. Както писах в тази статия, броят на K SKU, доставени през четвъртото тримесечие на 2021 г., е само няколкостотин хиляди. Intel все още не разкрива размера на матрицата на Alder Lake (но Wafer е добре), така че не знам точния размер, но Rocket Lake е близо до 220 квадратни мм. Ако приемем, че Alder Lake е 200 квадратни мм, броят на матриците, които могат да бъдат взети от една 300 мм вафла, е около 300. Дори ако Добивът е достатъчно висок, това са около няколко хиляди вафли (може би около 1000?). Е, ако доходността е малко ниска, може би около 2000? Не е известно колко време са правили и съхранявали до изпращането през ноември 2021 г., но е вероятно дори в момента месечната производствена поръчка да е няколко хиляди (и не достига 3000). Ако можем да произвеждаме 2000 броя на месец, можем да произведем 6000 броя за три месеца. Това са 1,8 милиона при 300 на вафла, което е доста близо до „доставяне на повече от 2 милиона до края на първото тримесечие на 2022 г.“, но в действителност има някои дефектни, така че е малко повече. 3000 броя на месец, 9 000 броя / 2,7 милиона чипа, произведени за 3 месеца, доставка на 2 милиона броя + α е реалистично число.

Така че 2 милиона за 3 месеца определено не е достатъчно добро число. Тъй като данните за цялата 2021 г. все още не са публикувани, по отношение на цифрите за третото тримесечие на 2021 г. продажбите на CCG (Client Computing Group) са $9664 милиона. Абсолютната сума на ASP, разбира се, не се разкрива, но например Core i7-12700K ASP е $399-$409, така че ако е $400, дори ако общата сума е Core i7-12700K, няма да достигне тези продажби, освен ако не се продаде около 24 милиона единици. Разбира се, като се има предвид, че действителният ASP не е толкова скъп (няма да достигне нивото от $200), е необходимо масово да се произвеждат чипове с цифра, близка до тази, ако не и 50 милиона, и производственият обем на Intel 7 е къс от порядък. Въпреки това, 10nm SuperFin, използван в TigerLake и IceLake-SP, няма достатъчна работна честота и сега няма план за връщане към 14nm. В резултат на това мисля, че производството на класа Low End (Celeron до Core i3) на Alder Lake е възложено на TSMC.

Първоначално Intel 7 има спецификации, които са почти подобни на TSMC N7P, и чрез преминаване към N5, размерът на областта може да бъде намален с 45%, консумацията на енергия може да бъде намалена с 20%, или работната честота може да бъде подобрена с 15 %. бъде направено. Първоначално Alder Lake за настолен компютър има конфигурация 6C + 0E в допълнение към конфигурацията 8P + 8E (Photo02), публикувана тук и изглежда, че този продукт 6C + 0E + 32EU е поверен на TSMC. Накратко, Core i3 или по-малко. Ако се премахнат две P-ядра и всички E-ядра, размерът на матрицата ще се побере в около 160 квадратни мм, дори ако се използва Intel 7. След рязане става около 90 квадратни мм. След това се изчислява, че повече от 700 броя могат да бъдат получени от една 300 мм пластина и се очаква, че цената на чипа ще бъде намалена достатъчно, за да се плати, дори ако е възложена на външни изпълнители. Освен това, тъй като броят на бройките, които могат да бъдат получени, е голям, например месечно производство от 10 000 броя може да осигури 7 милиона броя, а 21 милиона броя могат да бъдат осигурени за 3 месеца. Изглежда, че поръчките за продукти от 14nm поколение ще бъдат отменени скоро, но анулирането на поръчките не означава, че доставките ще бъдат спрени незабавно, а доставките на продукти от 14nm поколение ще продължат известно време.Няма да е трудно да поддържате доставките близо до 50 милиона единици (проблемът е дали N5 на TSMC може да осигури 10 000 единици на месец?). Това стартиране може да започне още през първото тримесечие.

Сега следващото е Raptor Lake. Всъщност кодовото име на Raptor Lake беше разкрито от миналата година. Първата ясно показана е страницата със списък с продукти на SATA-IO (Photo03). В края на това има два PCH, но и двата са „Кодовото име Alder-Raptor Lake PCH-S SATA Controller“, което предполага, че PCH е един и същ за Alder Lake и Raptor Lake. След това оттук-оттам излязоха информации и съществуването на Raptor Lake вече е съвсем сигурно.

Raptor Lake, както споменах по-рано, се очаква да бъде произведен в N3 на TSMC. има две причини

. Въпреки това, може ли Alder Lake да бъде напълно заменено с Rapter Lake? Мисля, че това също е трудно. Причината е капацитетът на TSMC N3. Представих статията на г-н Tsuyoshi Hattori за процеса по-рано, но преди тормоза на AMD, Intel нямаше производствен капацитет за усъвършенствани процеси до степен, че искаха целия капацитет на Fab18B, ако имаха нужда от него. Това ще бъде изпълнено след 2024 г., когато Fab на Intel, който в момента се строи в Аризона, ще започне да функционира. Ще трябва да разчитаме на TSMC поне през 2022-2023 г.

Аз обаче лично имах съмнения относно N3. Това е така, защото, както беше обяснено по-рано в процеса на TSMC, самото масово производство на N3 се очаква да започне през второто тримесечие на 2022 г., но масовото производство за различни от Apple се очаква да бъде отложено до 2023 г. По-скоро N4 или N4P изглеждаха по-вероятни. Въпреки това, с такива доклади, може да е възможно да го осигурите неочаквано.

Така че процесът изглежда върви с N3, но информацията, която съм чувал досега за други конфигурации, е

или нещо подобно. Самото ядро ​​изглежда основно същото като Golden Cove + Gracemont на Alder Lake, въпреки че трябва да се свърши известна работа. Може ли да има някакво подобрение? По-скоро, като дизайнерски екип, ще бъде много работа, за да направим ядрото, което е проектирано за Intel, съвместимо с N3 на TSMC.

Въпреки че информацията не е потвърдена другаде, консумацията на енергия може да бъде намалена донякъде, като се превърне в процес на TSMC. Освен това се говори за монтиране на DLVR (цифров линеен регулатор на напрежение) от страната на опаковката. Това е история, описана в патент, придобит от Intel през юли 2021 г., и има за цел да подобри ефективността на захранването чрез инсталиране на FIVR (напълно интегриран регулатор на напрежение) или DLVR в пакета на процесора. , В примера, описан в патент, когато ток от 40A протича през ядрото, е възможно да се подобри ефективността на потреблението на енергия с до 25% (Photo04). Това ще бъде ли инсталирано в Raptor Lake? За това говоря.

Това, което обаче означава този патент, е, че когато натоварването е средно, има несъответствие между напрежението, което ядрото първоначално трябва да управлява, и напрежението, което действително се подава, и това се коригира от регулатора на напрежението в чипа , Това е история за предотвратяване на безполезно повишаване на напрежението чрез покриване. Причината, поради която има несъответствие, е, че PMIC (IC за управление на захранването) е извън пакета и отнема време, за да се издаде заявка от ядрото на процесора и да се промени напрежението според натоварването. Следователно страната на процесора винаги изисква малко по-високо напрежение от необходимото напрежение и дори ако е необходимо внезапно да се увеличи напрежението, заявката се подава към PMIC и се печели марж, докато не бъде отразено. , Чрез поставяне на втори регулатор на напрежение върху опаковката, възможно е бързо да се подаде напрежение, близко до необходимото напрежение, елиминирайки необходимостта от разточително искане на по-високо напрежение. В резултат на това се намаляват загубите и консумацията на енергия може да бъде намалена с до 25%. Това обаче е ефективно в случай на средно натоварване, при което възникват колебания на напрежението, но когато се задвижва на пълна мощност, няма промяна или колебание на напрежението и напрежението винаги е на максимална настройка, така че например Photo04 In в случая на 70A може да се види, че степента на подобрение е 0. В този смисъл той е полезен за мобилни устройства и може да бъде оценен от T SKU на настолен компютър, но не допринася за понижаване на TDP (или по-скоро PL1 или PL2) на K SKU, които са напълно захранвани.

Първоначално Intel интегрира FIVR в пакета на процесора в поколението Haswell и го премахна в поколението Skylake. Това е така, защото FIVR в чипа може да се справи ефективно с висока мощност, но е по-малко ефективен при ниска мощност (главно поради ограничения на индуктивния пакет). AMD взема това предвид и внедрява LDO регулатор и е малко интересно, че отговорите на двете компании са впечатляващо различни.

Връщайки се към историята, малко е мистерия дали този DLVR наистина е инсталиран в Raptor Lake. Не бих се изненадал, ако беше внедрено, но ще бъде ли направено с Raptor Lake, който използва процеса на TSMC? Това е доста мистерия и имам чувството, че ще го направя на следващото Meteor Lake.

Последният е Meteor Lake, но все още няма конкретна история. Въпреки това, например, въпреки че декодерът се наричаше Peak 6 инструкции/цикъл, Устойчивият имаше 5 инструкции/цикъл, но очаквам подобрения като броя на инструкциите за декодиране в Устойчив да се увеличи още малко и латентността на кеша да намалее. изглежда, че ще бъде добре. Също така, в това поколение, това ще бъде пълна модулна конфигурация и CPU Die, I/O Die и GPU Die ще бъдат пакетирани с Foveros.

В слайда по време на обявяването на този пакет, Intel 4, беше нарисуван като три матрици на CPU, PCH, GPU, но в действителност това е CPU Tile, SoC Tile, GT Tile, както е показано на фигура 1 Освен това изглежда има IOE Tile, който съдържа PCIe и Thunderbolt контролери.

Фигура 1 обаче е за мобилни устройства и ако е за настолен компютър, IOE Tile може да бъде пропусната. Като писател мислех, че CPU Tile ще бъде отделна, например P-Core Tile и E-Core Tile, но изглежда, че няма да бъде разделена до такава степен.

Това също е SoC Tile, но има слухове, че GNA ще бъде премахнат в това поколение Meteor Lake и вместо това ще бъде включено ядрото Movidius AI, придобито от Intel. Въпреки че Intel GNA може да се похвали с високо съотношение производителност/консумация на енергия, абсолютната производителност на обработка е доста ниска, така че често чуваме, че производителността е недостатъчна, дори ако се опитате да го използвате чрез OpenVINO на Intel. Е, има и една история, че приложенията, които използват OpenVINO не са подходящи за GNA, може да съм решил да сменя.

Сега самото езеро Meteor е опаковано с Foveros. Гледайки видеото в изданието „Intel Breakthroughs Propel Moore's Law Beyond 2025“, обявено от Intel на 11 декември 2021 г., примерът за използване на Foveros (Photo05) е Meteor Lake и има много други. Твърди се, че е възможно за комбиниране на плочки с различни размери (Photo06) и плочки с различни размери (Photo07). Meteor Lake е консервативна конфигурация, която взема мярка за безопасност, тъй като е първото поколение процесори с конфигурация Tile за потребителите, а по-нататъшното подразделение на Tile може да бъде след Meteor Lake.

Както беше споменато в Process, това Meteor Lake е Intel 4. Въпреки това, в случай на такъв Multi-Tile, "Кое е произведено от Intel 4?" Например CPU Tile и GPU Tile могат да бъдат Intel 4, а SoC Tile и IOE Tile могат да бъдат Intel 7. Ще трябва да изчакаме още малко, за да разберем повече за това.