Diagrama del chip del procesador Intel Lakefield: núcleos de un núcleo (Sunny Cove) y cuatro átomos (Tremont)



Hace diez años, ARM introdujo una arquitectura heterogénea para procesadores multi-núcleo big.LITTLE con diferentes núcleos, algunos de alto rendimiento y otros de bajo consumo. Este sistema híbrido redujo significativamente el consumo de energía de la CPU mientras las aplicaciones se ejecutaban en segundo plano (es decir, casi siempre). El resultado fue un aumento en el tiempo de funcionamiento de los dispositivos.



En 2019, la arquitectura heterogénea finalmente fue utilizada por Intel por primera vez en procesadores x86. En 2020, dos procesadores Lakefield con una configuración 1 + 4 (un núcleo y cuatro núcleos Atom) ingresarán al mercado, escribe AnandTech.

Procesadores Lakefield

CPU

Puntos de referencia

Los procesadores mismos aún no han aparecido en el dominio público, por lo que solo queda centrarse en los puntos de referencia de Intel. La compañía ofrece solo dos comparaciones: con Amber Lake-Y, es decir, el 5W i7-8500Y y el i5-L16G7 consigo mismo en los modos 1 + 4 y 0 + 4 (de hecho, una comparación con el diseño Atom de cuatro núcleos).



Sobre el primer punto en comparación con Amber Lake-Y:

• + 12% de rendimiento de hilo único SPEC2006 (3.0 GHz para Lakefield vs. 4.2 GHz para Amber Lake-Y)
• + 70% de rendimiento de gráficos 3DMark11 frente a HD615 (24 UE, Gen 9.5 a 1.05 GHz, 2x4 GB LPDDR3-1866) frente a HD (64 UE, Gen11 a 500 MHz, 2x4 GB LPDDR4X-4267)
• + 24% de eficiencia energética por vatio en WebXPRT 3
• + 100% de carga AI en gráficos, paquete ResNet50 128 en OpenVINO

El modo 1 + 4 en comparación con 0 + 4 proporciona un aumento del 33% en el rendimiento web y del + 17% en la eficiencia energética. Básicamente, para la mayoría de las tareas, Lakefield se ejecutará como un átomo de cuatro núcleos.





Probado en fábrica para la durabilidad de los procesadores Intel Lakefield. Foto: AnandTech



¿Por qué un procesador necesita un núcleo "grande"? Es necesario para manejar las interrupciones de mayor prioridad cuando es necesario proporcionar la latencia mínima: presionar la pantalla, escribir en el teclado y similares. Esto garantiza la capacidad de respuesta del dispositivo incluso en los momentos de carga máxima de los otros cuatro núcleos.

Cómo funcionan las CPU heterogéneas

Lakefield combina un núcleo grande y cuatro núcleos Atom pequeños en un solo chip. En revisiones comunes, estos procesadores x86 pueden llamarse "cinco núcleos" y generalmente se escriben como 1 + 4.





Tamaño del procesador 12 * 12 mm



El objetivo de Intel es combinar las ventajas del núcleo Atom de bajo consumo energético con el núcleo que consume más energía pero que consume más energía. El resultado es un procesador intermedio entre los diseños "todo Atom" 0 + 4 y "todo Core" 4 + 0.



La forma más fácil de comparar Lakefield es con los procesadores Atom de cuatro núcleos más antiguos, que agregaron un núcleo grande. Un grupo de cuatro núcleos Atom más pequeños se encarga de grandes cargas de trabajo concurrentes, mientras que un núcleo grande responde cuando el usuario carga una aplicación o toca la pantalla o se desplaza por el navegador.



La arquitectura híbrida ya se usa en procesadores ARM e incluso en sistemas operativos Windows como los procesadores Qualcomm Snapdragon en computadoras portátiles como Lenovo Yoga (diseño 4 + 4). Qualcomm ha trabajado mucho con Microsoft para desarrollar un programador apropiado que pueda administrar las cargas de trabajo entre diferentes diseños de núcleos de procesador.





Visualización de diseño de diferentes arquitecturas de CPU heterogéneas (sin escala)



La principal diferencia entre Qualcomm e Intel está en el soporte de software: los procesadores Qualcomm ejecutan instrucciones ARM, mientras que los procesadores Intel ejecutan instrucciones x86. La mayoría de los programas de Windows están diseñados para instrucciones x86, lo que limita el rendimiento de Qualcomm en el mercado tradicional de computadoras portátiles. El diseño de Qualcomm en realidad permite la "transmisión x86", pero el alcance es limitado y hay una penalización de rendimiento. Sin embargo, el trabajo en esta dirección continúa.

Diseño 3D de Foveros

Todo el microcircuito se coloca en una caja de 12 * 12 mm ² , por lo que el silicio real es mucho más pequeño: el área del microcircuito inferior es de 92 mm ² y la superior es de 82 mm ^2.



El diseño general de una CPU con un diseño tridimensional de Foveros se muestra en el diagrama anterior. Como puede ver, el microcircuito informático principal se encuentra en la parte superior, y el de base se encuentra debajo.







La capa superior de 13 capas se fabrica con la tecnología de proceso de 10 nm, y la capa inferior de 10 capas se fabrica con la tecnología de proceso 22 FFL.

Microcircuito computacional

Como se indica en la tabla, los microcircuitos difieren entre sí y se fabrican utilizando una tecnología de proceso diferente.







Los gráficos Gen 11 ocupan el 37% del área, la configuración es la misma que en los procesadores Ice Lake. Arriba está el núcleo de Sunny Cove, al igual que Ice Lake. Los ingenieros de Intel dijeron que eliminaron físicamente los registros AVX-512 del chip, aunque son visibles en la foto.



A continuación hay cuatro núcleos Tremont Atom, aproximadamente del tamaño de un núcleo Sunny Cove.



Contenido del chip informático:

• 1 x núcleo Sunny Cove con 512 KB de caché L2
• 4 x núcleos de Tremont Atom, 1536 KiB L2 caché todos
• 4 MB de caché de último nivel
• Uncore y interconexiones de anillo
• 64 unidades de cómputo de gráficos Gen11
• Motores gráficos Gen11, 2 x DP 1.4, 2x DPHY 1.2,
• Núcleo de medios Gen11 que admite video 4K a 60 fps y 8K a 30 fps
• Unidad de procesamiento de imagen (IPU) v5.5, admite hasta seis cámaras de 16MP
• JTAG, depuración, SVID, unidad P, etc.
• Controlador de memoria LPDDR4X-4267

Fuente de alimentación y diseño de puntos de señal TSV (a través de vías de silicio)

Chip base

Foto del chip base inferior



El chip base es mucho más simple y se fabrica utilizando la tecnología de proceso 22FFL, que es una versión optimizada de la tecnología de proceso de 14 nanómetros con restricciones menos estrictas, de modo que Intel puede producir estos chips sin problemas en cualquier cantidad, casi sin desperdicio. La principal dificultad son las conexiones de morir a morir entre los dos microcircuitos. Contenido del





chip base de interconexión de muerte a muerte (FDI) de Forevos







:

• Códec de audio
• USB 2.0, USB 3.2 Gen x
• UFS 3.x
• PCIe Gen 3.0
• Touch hub para siempre encendido
• I3C, SDIO, CSE, SPI / I2C

Primeras computadoras portátiles y tabletas

Varias computadoras portátiles y tabletas de Lakefield ya están en producción. Entre los primeros dispositivos ... el



Galaxy Book S (también disponible en los procesadores Qualcomm Snapdragon 8cx con especificaciones similares), que saldrá en julio de 2020, el







portátil con tableta plegable Lenovo ThinkPad X1 Fold con un precio increíble de $ 2,499 para la versión de 1 TB







y la tableta Microsoft Surface Book Neo, que se lanzará más cerca del invierno.

Futuro de Lakefield

Incluso si esta versión de Lakefield no funciona bien en los puntos de referencia, este es un gran paso para Intel. Los diseños híbridos y la unión multicapa entre sustratos se presentan en la hoja de ruta de desarrollo de Intel. Todo depende de cuánto Intel está dispuesto a experimentar y qué tan bien puede implementar ideas de ingeniería. Ha habido discusiones de que Intel podría estar considerando un diseño de procesador híbrido 8 + 8 en el futuro. No se sabe nada sobre esto, pero un Ponte Vecchio con un respaldo de múltiples capas definitivamente está programado para fines de 2021.





Tamaño de la placa base Lakefield (30 * 123 mm) en comparación con las placas base de generaciones anteriores



Quizás se lanzarán algunos procesadores Intel innovadores no para computadoras de escritorio, sino, por ejemplo, para automóviles o redes 5G. Lakefield es esencialmente una CPU de rendimiento relativamente bajo que se instalará en computadoras portátiles y tabletas, como los procesadores Atom. Se puede decir de antemano que no será fácil competir en este segmento, especialmente con procesadores móviles AMD y procesadores ARM como Snapdragon. Pero cuanto más competencia, mejores serán los compradores.