Amd e Intel aprono il fronte grafico nella battaglia del processore

In una serie di annunci recenti, Intel e AMD hanno svelato separatamente diversi importanti cambiamenti nelle architetture dei loro processori x86, che promettono di trasformare il modo in cui i processori x86 verranno utilizzati nei prossimi anni.

La scorsa settimana, AMD ha annunciato una nuova architettura di memoria volta ad avvicinare CPU e GPU. Intel ha rivelato una nuova enfasi sul miglioramento della sua posizione nella grafica per PC più tradizionale. Ieri Intel ha annunciato una versione completamente nuova della microarchitettura per la sua serie di processori Atom, che dovrebbe rendere questi chip molto più potenti e potenzialmente colmare il divario tra Atom e la famiglia di processori Core più mainstream dell'azienda.

Nuova architettura di memoria di AMD

L'annuncio di AMD di ciò che chiama eterogeneo Uniform Memory Access (hUMA) non è stata una grande sorpresa, poiché la società parla da tempo di Heterogeneous Systems Architecture (HSA).

Il concetto è piuttosto semplice. Anche in un chip che ha sia la CPU che l'elaborazione grafica (GPU) sullo stesso die, come nelle unità di elaborazione accelerata (APU) di AMD, la memoria utilizzata dalla CPU e la grafica è rimasta in pool separati. Mentre esiste fisicamente la stessa memoria, la CPU e la GPU utilizzano diversi puntatori alla memoria. Per utilizzare la GPU per il calcolo, un programma deve copiare i dati dalla parte di memoria utilizzata dalla CPU nella parte utilizzata dalla grafica, eseguire il calcolo e copiarlo di nuovo. Tutto ciò richiede tempo. Con un vero sistema di memoria unificata che include grafica, questo non sarà necessario.

AMD sta spingendo questo come parte della HSA Foundation, che comprende ARM, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, MediaTek e Imagination. In particolare, questo approccio utilizza un runtime software noto come HSAIL e un set di interfacce per applicazioni con accelerazione HSA.

Questa settimana AMD ha spiegato come, nella sua architettura hUMA, CPU e GPU possano allocare dinamicamente memoria dall'intero spazio di memoria e utilizzarla insieme allo stesso schema di indirizzamento virtuale. La memoria sarà bi-direzionale coerente, quindi qualsiasi aggiornamento della memoria effettuato dalla CPU o dalla GPU verrà visto dagli altri elementi di elaborazione. La GPU ora supporterà la memoria paginabile, con pagine virtuali, in modo che possa funzionare con set di dati più grandi (il modo in cui funzionano attualmente le CPU). L'idea è che CPU e GPU possano lavorare insieme in modo più efficiente. AMD ha affermato che gli sviluppatori saranno in grado di scrivere applicazioni con accelerazione HSA utilizzando linguaggi di programmazione standard come Python, C ++ e Java.

AMD non è l'unica azienda che considera il calcolo eterogeneo importante e anche la Fondazione HSA ha i suoi concorrenti. Nvidia è stato un grande sostenitore di quello che chiamava GP-GPU, spingendo le sue API CUDA e promettendo che una futura versione dei suoi processori grafici supporterà la memoria unificata. Molte delle grandi piattaforme software hanno le loro alternative: le estensioni DirectCompute di Microsoft a DirectX per il calcolo GP-GPU e l'API Renderscript di Google per il calcolo eterogeneo. Forse ancora più importante, il gruppo Khronos, un consorzio del settore, promuove lo standard OpenCL.

La grande domanda sarà quale di questi standard attirerà gli sviluppatori. Il primo processore AMD a supportare hUMA sarà il suo processore Kaveri, previsto per la fine del 2013 (anche se probabilmente non nei sistemi fino all'inizio del prossimo anno). AMD fornisce anche l'APU per PlayStation 4 e si dice che fornirà l'APU anche per la prossima generazione di Xbox. Sembra probabile che anche altri membri della HSA Foundation possano usare l'architettura hUMA, sebbene nessuno debba ancora annunciare tali progetti. Insieme, questo potrebbe essere sufficiente per creare una massa critica per gli sviluppatori e per gli strumenti e, in tal caso, potrebbe rivelarsi molto importante.

Intel raddoppia sulla grafica per Haswell

Alla fine della scorsa settimana Intel ha rivelato ulteriori dettagli sul suo prossimo processore Core di quarta generazione, un prodotto a 22 nm noto come Haswell. Intel aveva precedentemente rivelato una serie di nuove funzionalità per Haswell, tra cui nuove istruzioni AVX2 per lavorare con vettori interi più grandi e istruzioni FMA (Fly) a virgola mobile. Queste sono cose che gli utenti finali non vedranno, tranne in termini di prestazioni migliorate in carichi di lavoro piuttosto specializzati.

La cosa più interessante del nuovo annuncio è l'attenzione per la grafica, un'area in cui i concorrenti AMD e Nvidia hanno sicuramente avuto un vantaggio.

Ma Intel sta facendo grandi passi con i processori Haswell. Intel ha da tempo affermato che aggiungerà più grafica al die per alcuni modelli di Haswell, inclusa una versione di fascia alta nota come GT3. In effetti, si tratta solo di ulteriori unità di istruzioni grafiche, al di sopra degli importi degli attuali processori Ivy Bridge. Di per sé, si tratta di un grande cambiamento dato che nei suoi prodotti Intel ha in genere dedicato più spazio allo spazio della CPU mentre le APU concorrenti di AMD hanno dedicato più spazio allo stampo alla grafica.

Ma Intel ha recentemente mostrato un'altra variante, quella che sta chiamando la grafica GT3e, che aggiunge un secondo die con 128 MB di DRAM integrata al pacchetto che contiene il die Haswell ed è progettato per accelerare le prestazioni grafiche. La scorsa settimana, Intel ha annunciato che le versioni ad alta velocità della grafica GT3 ora si chiameranno Iris e quelle con la DRAM integrata si chiameranno Iris Pro, poiché Intel spera di ottenere qualche vantaggio di branding dai nuovi livelli di grafica.

In particolare, la linea Haswell sarà segmentata con versioni con una piccola quantità di grafica (GT1) chiamata HD Graphics; con la grafica GT2 (equivalente alla fascia alta della linea Ivy Bridge) chiamata HD Graphics da 4200 a 4600, a seconda della velocità; con grafica GT3 ma funzionante a 15 watt chiamato HD Graphics 5000; quelle parti con grafica GT3 a 28 watt e oltre saranno ora chiamate Intel Iris Graphics 5100; e quelli con la grafica GT3e e la grafica integrata chiamata Iris Pro 5200. (Intel non è mai stata una per la semplicità di denominazione.)

I numeri di parte di Intel rimangono complicati ma si noti che un numero di parte che inizia con 4 indica Haswell mentre uno che inizia con 3 indica Ivy Bridge. La società sta utilizzando MQ per indicare parti di notebook GT3 standard e HQ per indicare parti che hanno la DRAM incorporata.

Come parte dell'annuncio, Intel ha condiviso i numeri delle prestazioni per le nuove parti, mostrando significativi miglioramenti delle prestazioni rispetto ai processori esistenti dell'azienda. Intel ha mostrato numeri che suggeriscono prestazioni degli Ultrabook fino a 1, 5 volte superiori rispetto alla generazione precedente a circa lo stesso consumo di energia (e il doppio delle prestazioni con un chip di potenza superiore destinato a notebook leggermente più grandi, quelli con schermi da 14 pollici e più grandi), il doppio della grafica prestazioni sui notebook tradizionali e prestazioni quasi tre volte superiori sui sistemi desktop.

Intel afferma che la nuova grafica di Iris e Iris Pro è paragonabile a GPU discrete, e questo è un grosso problema. (Come sempre, prendo tutti i numeri delle prestazioni con un pizzico di sale fino a quando non riesco davvero a testare i prodotti.) Sono sicuro che ci saranno ancora parti grafiche desktop discrete ad alte prestazioni di AMD e Nvidia per applicazioni di gioco e workstation, ma in genere quelle parti consumano molta energia. Nei laptop full-size in cui l'inviluppo di alimentazione è molto più piccolo, la grafica on-die è più importante ma esiste ancora un grande mercato per la grafica discreta. Intel sembra puntare a quel mercato. Gli ultrabook e altri notebook sottili in genere non hanno i requisiti di alimentazione necessari per eseguire una grafica discreta, quindi una grafica on-die migliorata è sicuramente gradita.

La nuova microarchitettura Atom di Intel

Per molti aspetti, tuttavia, il più grande annuncio di Intel riguardava la sua architettura a basso consumo, che è destinata a sostituire l'architettura utilizzata nell'attuale architettura Atom dell'azienda. La famiglia Atom è nota soprattutto per essere utilizzata nei dispositivi mobili, come i tablet e, in misura minore, per alcuni smartphone. La nuova architettura, nota come Silvermont, si rivolge anche a una varietà di data center e mercati embedded.

L'architettura rappresenta un grande cambiamento. Invece del motore di esecuzione in ordine utilizzato nelle versioni precedenti dell'architettura Atom, inclusa l'architettura Saltwell utilizzata nelle attuali versioni Atom a 32 nm dell'azienda, Silvermont aggiunge un motore di esecuzione fuori servizio, come viene utilizzato nei processori Intel Core e Xeon. Ciò dovrebbe migliorare significativamente l'elaborazione delle applicazioni a thread singolo. Offre una nuova architettura di fabric di sistema, progettata per scalare fino a otto core (molto probabilmente per applicazioni come i micro-server). Infine, aggiunge nuove istruzioni (per renderle alla pari con quelle utilizzate nella versione Westmere dei processori Core) e nuove tecnologie di sicurezza e virtualizzazione.

La nuova architettura ha un design modulare basato su moduli che contengono due core, 1 MB di cache L2 condivisa (latenza molto bassa, elevata larghezza di banda) e un'interfaccia punto-punto dedicata al tessuto SoC. Nota che questo sostituisce il concetto di multi-threading che Intel ha fortemente promosso, e in effetti suona un po 'come l'approccio modulare di AMD utilizzato nei suoi attuali chip desktop e server. (Intel, tuttavia, ha fatto di tutto per spiegare che non era la stessa cosa; i moduli AMD condividono più cose, incluso il virgola mobile.) I moduli possono essere combinati per includere fino a otto core.

Per quanto riguarda il consumo di energia, Intel afferma che la nuova architettura consente una gamma di potenza dinamica più ampia e consente a ciascun core la propria frequenza indipendente e la propria gestione dell'alimentazione, permettendo così a ogni movimento di aumentare e diminuire le prestazioni e l'assorbimento di potenza. (Contrariamente ai processori mobili, è più simile a quello che Qualcomm utilizza con i suoi core Krait rispetto alla combinazione ARM big.LITTLE più standard.) È inoltre progettato con una migliore gestione dell'alimentazione e una più rapida entrata e uscita dalle modalità standby, caratteristiche che sono particolarmente importanti nel mercato mobile.

La società afferma di poter regolare meglio la potenza tra il core della CPU e altri elementi come la grafica, consentendo un'implementazione più sofisticata della modalità burst.

Nel complesso, Intel afferma che la nuova architettura e il passaggio al processo SoC FinFet a 22 nm dell'azienda dovrebbero consentire chip che offrono prestazioni fino a tre volte superiori o una potenza cinque volte inferiore rispetto agli attuali chip Atom. In generale, Intel ha affermato che il suo dual-core "efficiente" può superare un inefficiente processore quad-core in condizioni di potenza limitata. (Ancora una volta, come sempre, aspetterò che i prodotti giudichino questo.)

Come l'attuale linea Atom, è probabile che l'architettura Silvermont venga utilizzata in una varietà di processori, che vanno da quelli destinati ai dispositivi mobili a sistemi più grandi. Questi dovrebbero includere Avoton, rivolto ai micro-server, Rangely rivolto ai dispositivi di rete, Merrifield rivolto agli smartphone e Bay Trail rivolto ai tablet e ai convertibili. Di questi, il più atteso è la piattaforma Bay Trail da 22 nm, che Intel prevede di avere sul mercato in tempo per i tablet che saranno disponibili entro le festività natalizie, con ulteriori dettagli in arrivo.

Nel complesso, l'architettura Silvermont suona come un grande passo avanti rispetto all'architettura Atom esistente, e sono particolarmente incuriosito nel vedere come Bay Trail, basato su questa architettura, si esibisca effettivamente. Ad oggi, c'è stato un notevole divario di prestazioni tra la fascia bassa della famiglia Core e gli atomi di fascia alta, ma questa architettura sembra che potrebbe davvero colmare il divario.

Conclusione: grafica e potenza definiscono la concorrenza

Tutti i principali processori che vedi oggi, che si tratti di un chip Intel o AMD destinato a desktop o laptop o di un chip basato su ARM rivolto a smartphone e tablet, hanno più core CPU, in genere più GPU (tranne i chip server) e tutti i tipi di altra logica specializzata, ad esempio elaborazione di immagini, codifica e decodifica video e gestione della crittografia.

Man mano che il processo del chip si riduce, è possibile includere più transistor su un singolo chip. Ma quali caratteristiche integrare (e come integrarle) rimane un fattore chiave di differenziazione tra i fornitori di chip, così come il design specifico e la microarchitettura dei chip stessi.

Questi annunci mostrano i compromessi che Intel e AMD stanno facendo e dovrebbero avere enormi implicazioni per il calcolo nei prossimi anni.

Per desktop e laptop, Intel sembra non solo cercare di raggiungere AMD con prestazioni grafiche integrate aggiungendo più unità di esecuzione, ma anche di andare avanti con funzionalità come la DRAM integrata, sfruttando la sua tecnologia di processo condurre. Anche AMD non starà fermo con la sua grafica, quindi dovrebbe creare un matchup interessante. Nel frattempo, AMD si sta impegnando a fondo per integrare meglio la grafica e le funzionalità della CPU, il che potrebbe tradursi in un nuovo modo di programmare; richiede più tempo, ma potrebbe rivelarsi incredibilmente importante.

La battaglia tra Kaveri di AMD e Haswell di Intel potrebbe quindi essere più interessante della competizione Intel-AMD degli ultimi anni. Haswell spedirà sicuramente per primo. (Mi aspetto di vedere i sistemi questa estate, rispetto all'inizio del prossimo anno per Kaveri.) Ancora una volta, questo è principalmente per desktop e notebook tradizionali. I giocatori e gli utenti delle workstation vorranno sicuramente associare entrambi i chip a soluzioni grafiche discrete di AMD o Nvidia.

Per i tablet e potenzialmente i telefoni, l'approccio eterogeneo all'architettura dei sistemi che AMD e altri stanno spingendo potrebbe rivelarsi ancora più importante, anche se ci vorrà ancora un po 'per vedere se le applicazioni ne traggono davvero vantaggio. La nuova architettura di Intel dovrebbe renderla più competitiva in questo spazio. Sembra davvero un grande passo avanti, ma anche i suoi concorrenti continueranno a muoversi.

Sono un po 'curioso di sapere se cose come la piattaforma Bay Trail basata su Silvermont per Atom funzionano effettivamente abbastanza velocemente da iniziare a comparire su notebook di fascia bassa o desktop più tradizionali. Già oggi i tablet basati su Atom eseguono Windows abbastanza bene, e con i miglioramenti potrebbe essere sufficiente per molti utenti mainstream, anche se è in ritardo rispetto alle prestazioni di Haswell o Kaveri (o dell'attuale Sandy Bridge di Intel e dell'attuale Richmond di AMD, per quello importa).

Dovrebbe essere una competizione entusiasmante per l'anno a venire.