Intel Lakefield-Prozessor-Chipdiagramm: Ein Kern (Sunny Cove) und vier Atomkerne (Tremont)



Vor zehn Jahren führte ARM eine heterogene Architektur für big.LITTLE -Mehrkernprozessorenmit verschiedenen Kernen ein, von denen einige leistungsstark und andere energieeffizient sind. Dieses Hybridsystem reduzierte den CPU-Stromverbrauch erheblich, während Anwendungen im Hintergrund ausgeführt wurden (dh fast immer). Das Ergebnis war eine Verlängerung der Betriebszeit der Geräte.



2019 wurde die heterogene Architektur schließlich erstmals von Intel in x86-Prozessoren eingesetzt. Im Jahr 2020 werden zwei Lakefield-Prozessoren mit einer 1 + 4-Konfiguration (ein Kern- und vier Atom-Kerne) auf den Markt kommen, schreibt AnandTech.

Lakefield-Prozessoren

CPU

Benchmarks

Die Prozessoren selbst sind noch nicht öffentlich zugänglich, daher müssen nur noch Benchmarks von Intel verwendet werden. Das Unternehmen gibt nur zwei Vergleiche an: mit Amber Lake-Y, dh dem 5W i7-8500Y, und dem i5-L16G7 mit sich selbst in den Modi 1 + 4 und 0 + 4 (tatsächlich ein Vergleich mit dem Quad-Core-Atom-Design).



Zum ersten Punkt im Vergleich zu Amber Lake-Y:

• + 12% SPEC2006 Single-Thread-Leistung (3,0 GHz für Lakefield gegenüber 4,2 GHz für Amber Lake-Y)
• + 70% 3DMark11-Grafikleistung im Vergleich zu HD615 (24 EU, Gen 9,5 bei 1,05 GHz, 2 x 4 GB LPDDR3-1866) im Vergleich zu HD (64 EU, Gen 11 bei 500 MHz, 2 x 4 GB LPDDR4X-4267)
• + 24% Energieeffizienz pro Watt bei WebXPRT 3
• + 100% AI-Last auf Grafiken, ResNet50 128-Paket auf OpenVINO

Modus 1 + 4 im Vergleich zu 0 + 4 führt zu einer Steigerung der Webleistung um 33% und der Energieeffizienz um + 17%. Grundsätzlich läuft Lakefield für die meisten Aufgaben wie ein Quad-Core-Atom.





Werkseitig auf Haltbarkeit von Intel Lakefield-Prozessoren getestet. Foto: AnandTech



Warum braucht ein Prozessor einen „großen“ Kern? Es ist erforderlich, Interrupts mit der höchsten Priorität zu behandeln, wenn die minimale Latenzzeit bereitgestellt werden muss: Drücken des Bildschirms, Tippen auf der Tastatur und dergleichen. Dies garantiert das Ansprechverhalten des Geräts auch bei maximaler Belastung der anderen vier Kerne.

Wie heterogene CPUs funktionieren

Lakefield kombiniert einen großen Kern und vier kleine Atomkerne auf einem einzigen Chip. In gängigen Testberichten können diese x86-Prozessoren als "Fünf-Kern" -Prozessoren bezeichnet werden und werden normalerweise als 1 + 4 geschrieben.





Prozessorgröße 12 * 12 mm



Intels Ziel ist es, die Vorteile des energieeffizienten Atom-Kerns mit dem leistungshungrigeren, aber leistungshungrigeren Kern zu kombinieren. Das Ergebnis ist ein Zwischenprozessor zwischen dem Design "Alle Atomkerne" 0 + 4 und "Alle Kerne Kern" 4 + 0.



Der einfachste Weg, Lakefield mit den alten Quad-Core-Atom-Prozessoren zu vergleichen, die einen großen Kern hinzugefügt haben. Ein Cluster aus vier kleineren Atom-Kernen sorgt für große gleichzeitige Workloads, während ein großer Kern reagiert, wenn der Benutzer eine Anwendung lädt oder auf den Bildschirm tippt oder durch den Browser blättert.



Die Hybridarchitektur wird bereits in ARM-Prozessoren und sogar in Windows-Betriebssystemen wie den Qualcomm Snapdragon-Prozessoren in Laptops wie dem Lenovo Yoga (4 + 4-Design) verwendet. Qualcomm hat viel mit Microsoft zusammengearbeitet, um einen geeigneten Scheduler zu entwickeln, der Workloads zwischen verschiedenen Prozessorkerndesigns verwalten kann.





Entwurfsvisualisierung verschiedener heterogener CPU-Architekturen (ohne Maßstab)



Der Hauptunterschied zwischen Qualcomm und Intel besteht in der Softwareunterstützung: Qualcomm-Prozessoren führen ARM-Anweisungen aus, während Intel-Prozessoren x86-Anweisungen ausführen. Die meisten Windows-Programme sind für x86-Anweisungen konzipiert, was die Leistung von Qualcomm auf dem traditionellen Laptop-Markt einschränkt. Das Design von Qualcomm ermöglicht tatsächlich "x86-Streaming", aber der Umfang ist begrenzt und es gibt einen Leistungsverlust. Die Arbeit in diese Richtung geht jedoch weiter.

Foveros 3D-Layout

Die gesamte Mikroschaltung befindet sich in einem 12 * 12 mm ^2- Gehäuse, sodass das echte Silizium viel kleiner ist: Die Fläche der unteren Mikroschaltung beträgt 92 mm ² und die der oberen 82 mm ^2.



Der allgemeine Aufbau einer CPU mit einem dreidimensionalen Layout von Foveros ist in der obigen Abbildung dargestellt. Wie Sie sehen können, befindet sich der Hauptcomputer-Mikrokreis oben und der Basis-Mikrokreis unten.







Die obere 13-Schicht wird unter Verwendung der 10-nm-Prozesstechnologie hergestellt, und die untere 10-Schicht wird unter Verwendung der 22-FFL-Prozesstechnologie hergestellt.

Mikroschaltung berechnen

Wie in der Tabelle angegeben, unterscheiden sich die Mikroschaltungen voneinander und werden unter Verwendung einer anderen Prozesstechnologie hergestellt.







Gen 11-Grafiken nehmen 37% der Fläche ein, die Konfiguration ist dieselbe wie bei Ice Lake-Prozessoren. Oben ist der Kern von Sunny Cove, genau wie Ice Lake. Intel-Ingenieure gaben an, die AVX-512-Register physisch vom Chip entfernt zu haben, obwohl sie auf dem Foto sichtbar sind.



Unten sind vier Tremont Atom-Kerne aufgeführt, die ungefähr die Größe eines Sunny Cove-Kerns haben.



Berechnung des Chipinhalts:

• 1 x Sunny Cove-Kern mit 512 KB L2-Cache
• 4 x Tremont Atom-Kerne, 1536 KiB L2-Cache alle
• 4 MB Cache der letzten Ebene
• Uncore- und Ringverbindungen
• 64 Recheneinheiten von Gen11-Grafiken
• Grafik-Engines Gen11, 2 x DP 1.4, 2x DPHY 1.2,
• Gen11 Media Core unterstützt 4K-Video mit 60 fps und 8K mit 30 fps
• Die Image Processing Unit (IPU) v5.5 unterstützt bis zu sechs 16-Megapixel-Kameras
• JTAG, Debug, SVID, P-Unit usw.
• LPDDR4X-4267 Speichercontroller

Stromversorgung und Design der Signalpunkte TSV (über Silizium-Vias)

Basis-Chip

Foto des unteren



Basischips Der Basischip ist viel einfacher und wird mit der 22FFL-Prozesstechnologie hergestellt, einer optimierten Version der 14-Nanometer-Prozesstechnologie mit weniger strengen Einschränkungen, sodass Intel diese Chips problemlos in beliebiger Menge und fast ohne Ausschuss herstellen kann. Die Hauptschwierigkeit sind die Chip-zu-Chip-Verbindungen zwischen den beiden Mikroschaltungen.





Forevos Die-to-Die-Verbindung (FDI) Basis- Chip







Inhalt:

• Audio-Codec
• USB 2.0, USB 3.2 Gen x
• UFS 3.x.
• PCIe Gen 3.0
• Touch Hub für immer eingeschaltet
• I3C, SDIO, CSE, SPI / I2C

Erste Laptops und Tablets

Eine Reihe von Lakefield-Laptops und -Tablets sind bereits in Produktion.



Early Adopters ... das Galaxy Book S (das auch mit Qualcomm Snapdragon 8cx-Prozessoren mit ähnlichen Spezifikationen geliefert wird), das im Juli 2020







mit dem verrückten Lenovo ThinkPad X1 Fold für die 1-TB-Version







und das Tablet für 2.499 US-Dollar erhältlich sein wird Microsoft Surface Book Neo, näher am Winter.

Lakefield Zukunft

Auch wenn diese Version von Lakefield bei Benchmarks nicht gut abschneidet, ist dies ein großer Schritt für Intel. In der Entwicklungs-Roadmap von Intel werden hybride Designs und mehrschichtige Verbindungen zwischen Substraten vorgestellt. Es hängt alles davon ab, wie viel Intel experimentierfreudig ist und wie gut es technische Ideen umsetzen kann. Es gab Diskussionen darüber, dass Intel in Zukunft ein hybrides 8 + 8-Prozessordesign in Betracht ziehen könnte. Darüber ist nichts bekannt, aber ein Ponte Vecchio mit mehrschichtigem Hintergrund ist definitiv für Ende 2021 geplant.





Lakefield-Motherboard-Größe (30 * 123 mm) im Vergleich zu Motherboards früherer Generationen



Möglicherweise werden einige innovative Intel-Prozessoren nicht für Desktop-Computer veröffentlicht, sondern beispielsweise für Autos oder 5G-Netzwerke. Lakefield ist im Wesentlichen eine CPU mit relativ geringer Leistung, die in Laptops und Tablets wie den Atom-Prozessoren installiert wird. Es kann im Voraus gesagt werden, dass es nicht einfach sein wird, in diesem Segment zu konkurrieren, insbesondere mit AMD-Mobilprozessoren und ARM-Prozessoren wie Snapdragon. Aber je mehr Wettbewerb, desto besser die Käufer.