Amd и Intel отварят графичен фронт в битката за процесори

В поредица от скорошни анонси Intel и AMD разкриха няколко важни промени в архитектурата на своите x86 процесори, които обещават да трансформират начина, по който x86 процесорите ще бъдат използвани през следващите няколко години.

Миналата седмица AMD обяви нова архитектура на паметта, насочена към сближаване на процесорите и графичните процесори. Intel разкри нов акцент върху подобряването на позицията си в по-традиционната компютърна графика. Вчера Intel обяви напълно нова версия на микроархитектурата за своята серия процесори Atom, която би трябвало да направи тези чипове много по-мощни и потенциално да запълни празнината между Atom и по-масовото семейство на процесори на компанията.

Новата архитектура на AMD

Съобщението на AMD за това, което нарича хетерогенен униформен достъп до памет (hUMA), не беше голяма изненада, тъй като компанията говори за архитектурата на хетерогенните системи (HSA) от дълго време.

Концепцията е доста проста. Дори в чип, който има както процесора, така и графичната обработка (GPU) на същата матрица, както в ускорените процесорни единици (APU) на AMD, паметта, използвана от процесора и графиката, е останала в отделни пулове. Макар че има физически еднаква памет, процесорът и графичният процесор използват различни указатели към паметта. За да използва графичния процесор за изчисляване, програма трябва да копира данните от частта памет, използвана от процесора, в частта, използвана от графиката, да направи изчисленията и да ги копира отново. Всичко това отнема време. С истинска унифицирана система от памет, която включва графика, това няма да е необходимо.

AMD настоява за това като част от HSA Foundation, която включва ARM, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, MediaTek и Imagination. По-специално, този подход използва софтуерна програма, известна като HSAIL и набор от интерфейси за ускорени HSA приложения.

Тази седмица AMD подробно описа как в своята hUMA архитектура процесорът и графичният процесор могат динамично да разпределят паметта от цялото пространство на паметта и да използват това заедно със същата схема за виртуално адресиране. Паметта ще бъде двупосочна, така че всяка актуализация на паметта, направена от процесора или графичния процесор, ще се вижда от другите обработващи елементи. Графичният процесор вече ще поддържа памет за страници с виртуални страници, така че да може да работи с по-големи набори от данни (начинът, по който процесорите в момента работят). Идеята е CPU и GPU да работят заедно по-ефективно. AMD заяви, че разработчиците ще могат да пишат приложения, ускорени с HSA, използвайки стандартни езици за програмиране като Python, C ++ и Java.

AMD не е единствената компания, която вижда хетерогенните изчисления като важни, а HSA Foundation също има своите конкуренти. Nvidia беше голям привърженик на това, което използваше за повикване на GP-GPU, като избута своите CUDA API и обеща, че бъдеща версия на нейните графични процесори ще поддържа обединена памет. Няколко от големите софтуерни платформи имат свои алтернативи: разширенията на DirectCompute на Microsoft до DirectX за изчисляване на GP-GPU и API на Renderscript на Google за разнородни изчисления. Може би най-важното е, че Khronos Group, индустриален консорциум, промотира стандарта OpenCL.

Големият въпрос ще бъде кой от тези стандарти ще привлече разработчиците. Първият процесор на AMD, който поддържа hUMA, ще бъде неговият процесор Kaveri, който ще бъде доставен до края на 2013 г. (макар че вероятно няма в системите до началото на следващата година). AMD също така предлага APU за PlayStation 4 и се разпространява слух, че доставя APU и за следващото поколение Xbox. Звучи вероятно, че и други членове на фондация HSA също могат да използват архитектурата на hUMA, въпреки че никой все още не е обявил такива дизайни. Заедно това може да е достатъчно за създаване на критична маса за разработчици и за инструменти и ако е така, това може да се окаже много важно.

Intel удвоява графиката за Haswell

В края на миналата седмица Intel разкри повече подробности за идващия си процесор 4-то поколение Core, 22 nm продукт, известен като Haswell. Преди това Intel разкри редица нови функции за Haswell, включително нови инструкции AVX2 за работа с по-големи цели числа и разширени инструкции за множествено добавяне (FMA) за плаваща запетая. Това са неща, които крайните потребители вероятно няма да видят, освен по отношение на подобрената производителност при доста специализирани натоварвания.

Най-интересното при новото съобщение е фокусът върху графиката, област, в която конкурентите AMD и Nvidia със сигурност са имали преднина.

Но Intel предприема някои големи стъпки с процесорите Haswell. Intel отдавна казва, че ще добави повече графика към матрицата за някои модели на Haswell, включително версия от висок клас, известна като GT3. Ефективно това са само допълнителни графични инструкции, над сумите в текущите процесори Ivy Bridge. Само по себе си това е голяма промяна, като се има предвид, че в своите продукти Intel обикновено е отделяла повече пространство за матрици в процесорното пространство, докато конкурентните APU на AMD са отделили повече пространство на графиката.

Но наскоро Intel показа друг вариант, наречен GT3e графика, който добавя втори матрица със 128MB вградена DRAM към пакета, съдържащ матрицата Haswell, и е проектиран да ускорява графичната производителност. Миналата седмица Intel обяви, че по-високоскоростните версии на GT3 графиката вече ще се наричат ​​Iris, а тези с вградена DRAM ще бъдат наречени Iris Pro, тъй като Intel се надява да получи известно предимство на марката на новите нива на графика.

По-специално, линията Haswell ще бъде сегментирана с версии с малко количество графика (GT1), наречена HD Graphics; с графиката GT2 (еквивалентен на високия клас на линията Ivy Bridge), наречена HD Graphics 4200 до 4600, в зависимост от скоростта; с GT3 графика, но работи на 15 вата, наречена HD Graphics 5000; онези части с GT3 графика, работещи на 28 вата и повече, вече ще се наричат ​​Intel Iris Graphics 5100; и тези с GT3e графиката и вградената графика, наречена Iris Pro 5200. (Intel никога не е била за именуване на простотата.)

Номерата на частите на Intel остават сложни, но имайте предвид, че номер на част, който започва с 4, показва Haswell, докато този, който започва с 3, показва Ivy Bridge. Компанията използва MQ за обозначаване на стандартни части за лаптопи GT3, а HQ за обозначаване на части, които имат вградената DRAM.

Като част от съобщението Intel сподели номера на производителността на новите части, показвайки значителни подобрения в производителността в сравнение със съществуващите процесори на компанията. Intel показа цифри, предполагащи производителност на Ultrabook до 1, 5 пъти предишното поколение при приблизително една и съща консумация на енергия (и два пъти по-висока производителност с чип с по-голяма мощност, насочен към малко по-големи преносими компютри, тези с 14-инчови и по-големи екрани), два пъти повече от графиката производителност на традиционните преносими компютри и почти три пъти по-висока от производителността на настолните системи.

Intel казва, че новата графика на Iris и Iris Pro е сравнима с дискретни графични процесори и това е голяма работа. (Както винаги, вземам всички номера на производителността със зрънце сол, докато всъщност не мога да тествам продуктите.) Сигурен съм, че все още ще има много по-високопроизводителни дискретни десктоп графични части от AMD и Nvidia за приложения за игри и работни станции, но обикновено тези части използват много енергия. При лаптопите в пълен размер, където обвивката на мощността е много по-малка, графиките на матрицата са по-важни, но все още има голям пазар за дискретна графика. Изглежда, че Intel е насочена към този пазар. Ултрабуците и други тънки преносими компютри обикновено не са имали изискване за захранване за изпълнение на дискретни графики, така че подобрената графика при умрене със сигурност е добре дошла.

Новата микроархитектура на Atom на Intel

В много отношения, обаче, най-голямото съобщение на Intel разглеждаше неговата архитектура с ниска мощност, която е предназначена да замени архитектурата, използвана в настоящата архитектура на Atom на компанията. Фамилията Atom е известна най-вече с това, че се използва в мобилни устройства, като таблети и в по-малка степен в няколко смартфона. Новата архитектура, която е известна като Silvermont, също е насочена към разнообразни центрове за данни и вградени пазари.

Архитектурата представлява голяма промяна. Вместо механизма за изпълнение на поръчката, използван в предишните версии на архитектурата Atom, включително архитектурата Saltwell, използвана в текущите 32nm версии на Atom на компанията, Silvermont добавя двигател за изпълнение извън поръчката, както се използва в процесорите Core и Xeon на Intel, Това трябва значително да подобри обработката на еднопоточни приложения. Той предлага нова системна архитектура на плат, проектирана да мащабира до осем ядра (най-вероятно за приложения като микро сървъри). И накрая, той добавя нови инструкции (да го направи наравно с тези, използвани във версията на Westmere на Core процесорите), както и нови технологии за сигурност и виртуализация.

Новата архитектура има модулен дизайн, базиран на модули, които съдържат две ядра, 1MB споделен L2 кеш (много ниска латентност, висока честотна лента) и специален интерфейс от точка до точка към платната SoC. Забележете, че това замества концепцията за многократно нанизване, която Intel силно промотира и всъщност звучи малко като модулен подход на AMD, използван в текущите чипове на настолни и сървърни сървъри. (Intel обаче излезе от пътя си, за да обясни, че не е същото; модулите на AMD споделят повече неща, включително плаваща запетая.) Модулите могат да се комбинират, за да включват до осем ядра.

Що се отнася до консумацията на енергия, Intel казва, че новата архитектура позволява по-широк динамичен диапазон на мощност и позволява на всяко ядро ​​самостоятелно управление на честотата и мощността, като по този начин позволява на всяко движение нагоре и надолу да се намалява производителността и мощността. (За разлика от мобилните процесори, това е по-скоро това, което Qualcomm използва със своите ядра Krait, отколкото по-стандартната комбинация ARM big.LITTLE.) Освен това е проектирана с подобрено управление на мощността и по-бързо влизане и излизане от режими на готовност, функции, които са особено важни на пазара на мобилни устройства.

Компанията казва, че може по-добре да регулира мощността между процесорното ядро ​​и други елементи като графиката, което позволява по-сложно изпълнение на режим на разрушаване.

Като цяло Intel казва, че новата архитектура и преминаването към 22nm процеса на фирмата FinFet SoC трябва да позволи чипове, които предлагат до три пъти по-висока производителност или пет пъти по-ниска мощност от сегашните чипове Atom. Като цяло Intel заяви, че "ефективният" му двуядрен процесор може да превъзхожда неефективния четириядрен процесор с ток при ограничения на мощността. (Отново, както винаги, ще изчакам продуктите да преценят това.)

Подобно на сегашната линия Atom, архитектурата Silvermont вероятно ще се използва в различни процесори, като се започне от тези, насочени към мобилни устройства, до по-големи системи. Те трябва да включват Avoton, насочен към микро сървъри, Rangely насочен към мрежови устройства, Merrifield, насочен към смартфони, и Bay Trail, насочени към таблети и конвертируеми. От тях най-чаканата е 22nm Bay Trail платформата, която Intel очаква да има на пазара навреме, за да могат таблетите да бъдат достъпни до празничния сезон, като повече подробности ще бъдат представени скоро.

Като цяло архитектурата на Silvermont звучи като голяма крачка от съществуващата архитектура Atom и аз съм особено заинтригуван да видя как Bay Trail, базиран на тази архитектура, всъщност се представя. Към днешна дата съществува забележителна разлика в производителността между ниския клас на семейството Core и високия клас Atoms, но тази архитектура изглежда сякаш наистина може да затвори празнината.

Заключение: Графика и мощност определя конкуренцията

Всеки основен процесор, който виждате днес - независимо дали чип Intel или AMD, насочен към настолни компютри или лаптопи, или чип, базиран на ARM, насочен към смартфони и таблети - има множество ядра на процесора, обикновено множество ядра на GPU (с изключение на сървърни чипове) и всякакъв вид друга специализирана логика, за неща като обработка на изображения, кодиране и декодиране на видео и обработка на криптиране.

Тъй като чип процесът става по-малък, повече транзистори могат да бъдат включени в един чип. Но кои функции да се интегрират (и как да ги интегрирате) остават основен диференциал сред доставчиците на чипове, както и специфичния дизайн и микроархитектура на самите чипове.

Тези съобщения показват компромиси, които правят Intel и AMD, и това трябва да има огромни последици за компютрите през следващите няколко години.

За настолни компютри и лаптопи изглежда, че Intel не само се опитва да настигне AMD с вградена графична производителност чрез добавяне на повече единици за изпълнение, но и се опитва да върви напред с функции като вградена DRAM, възползвайки се от технологията на процесите си водя. AMD също няма да стои неподвижно със своята графика, така че трябва да направи интересно съвпадение. Междувременно AMD се опитва усилено да интегрира по-добре графичните и CPU функции, което може да доведе до нов начин на програмиране; това отнема повече време, но може да се окаже изключително важно.

Следователно битката между Kaveri на AMD и Haswell на Intel може да бъде по-интересна от конкуренцията Intel-AMD от последните няколко години. Хасуел със сигурност ще бъде доставен първи. (Очаквам да видя системи това лято, в сравнение с началото на следващата година за Kaveri.) Отново това е най-вече за основните настолни компютри и преносими компютри. Потребителите на геймъри и работни станции все още несъмнено ще искат да съчетаят чип с дискретни графични решения или от AMD, или от Nvidia.

За таблети и потенциално евентуални телефони подходът на хетерогенната архитектура на системите, който AMD и други настояват, може да се окаже още по-важен, въпреки че отново ще отнеме известно време, ако приложенията наистина се възползват от това. Новата архитектура на Intel трябва да я направи по-конкурентна в това пространство. Това наистина изглежда като голяма стъпка напред, но конкурентите му също ще продължат да се движат.

Малко ми е любопитно дали неща като базираната в Силвърмонт платформа Bay Trail за Atom всъщност работи достатъчно бързо, така че да започне да се появява в по-масови ноутбуци от нисък клас или дори на настолни компютри. Вече днешните таблети, базирани на Atom, работят добре с Windows и с подобренията биха могли да са достатъчни за много основни потребители, дори ако изостават от производителността на Haswell или Kaveri (или сегашния Sandy Bridge на Intel и сегашния Richmond на AMD, за това материя).

Това трябва да създаде вълнуваща конкуренция през следващата година.