مخطط رقاقة معالج Intel Lakefield: قلب واحد (صني كوف) وأربعة نوى Atom (Tremont)



قبل عشر سنوات ، قدم ARM بنية غير متجانسة للمعالجات الكبيرة متعددة النواةذاتالنوى المختلفة ، وبعضها عالي الأداء وبعضها الآخر موفر للطاقة. قلل هذا النظام الهجين بشكل كبير من استهلاك طاقة وحدة المعالجة المركزية أثناء تشغيل التطبيقات في الخلفية (أي دائمًا تقريبًا). وكانت النتيجة زيادة في وقت تشغيل الأجهزة.



في عام 2019 ، تم استخدام العمارة غير المتجانسة أخيرًا بواسطة Intel لأول مرة في معالجات x86. في عام 2020 ، سيدخل السوق معالجان Lakefield بتكوين 1 + 4 (قلب واحد وأربعة نوى Atom) إلى السوق ، كما يكتب AnandTech.

معالجات Lakefield

CPU

المعايير

لم تظهر المعالجات نفسها بعد في المجال العام ، لذلك يبقى التركيز فقط على المعايير من Intel. تقدم الشركة مقارنتين فقط: مع Amber Lake-Y ، أي 5W i7-8500Y و i5-L16G7 مع نفسها في أوضاع 1 + 4 و 0 + 4 (في الواقع ، مقارنة مع تصميم Atom رباعي النواة).



حول النقطة الأولى بالمقارنة مع Amber Lake-Y:

• + 12٪ أداء مؤشر ترابط واحد SPEC2006 (3.0 جيجا هرتز لـ Lakefield مقابل 4.2 جيجا هرتز لـ Amber Lake-Y)
• + 70٪ أداء رسومات 3DMark11 مقابل HD615 (24 EU ، Gen 9.5 @ 1.05 GHz ، 2x4 GB LPDDR3-1866) مقابل HD (64 EU ، Gen11 @ 500 MHz ، 2x4 GB LPDDR4X-4267)
• + كفاءة طاقة بنسبة 24٪ لكل واط على WebXPRT 3
• + 100٪ تحميل AI على الرسومات ، حزمة ResNet50 128 على OpenVINO

يوفر الوضع 1 + 4 مقارنةً بـ 0 + 4 زيادة بنسبة 33٪ في أداء الويب و + 17٪ في كفاءة الطاقة. في الأساس ، بالنسبة لمعظم المهام ، سيتم تشغيل Lakefield مثل Atom رباعي النواة.





تم اختباره من قبل المصنع من أجل متانة معالجات Intel Lakefield. الصورة: AnandTech



لماذا يحتاج المعالج إلى نواة "كبيرة"؟ هناك حاجة للتعامل مع المقاطعات ذات الأولوية القصوى عندما يكون من الضروري توفير الحد الأدنى من الكمون: الضغط على الشاشة ، والكتابة على لوحة المفاتيح ، وما شابه. وهذا يضمن استجابة الجهاز حتى في لحظات الحمل الأقصى للنوى الأربعة الأخرى.

كيف تعمل وحدات المعالجة المركزية غير المتجانسة

يجمع Lakefield بين قلب كبير واحد وأربعة نوى Atom صغيرة على شريحة واحدة. في المراجعات الشائعة ، قد تسمى هذه المعالجات x86 "خمسة النواة" وعادة ما تتم كتابتها كـ 1 + 4.





حجم المعالج 12 * 12 مم



هدف Intel هو الجمع بين مزايا Atom core الموفرة للطاقة مع Core المتعطش للطاقة ولكن الأكثر تعطشًا للطاقة. والنتيجة هي معالج وسيط بين تصميمات "all Atom" 0 + 4 و "all Core" 4 + 0.



أسهل طريقة لمقارنة Lakefield هي معالجات Atom رباعية النوى القديمة ، والتي أضافت نواة كبيرة. تتعامل مجموعة من أربعة نوى Atom أصغر حجمًا مع أعباء العمل المتزامنة الكبيرة ، بينما يستجيب قلب كبير عندما يقوم المستخدم بتحميل تطبيق أو النقر على الشاشة ، أو التمرير عبر المتصفح.



تُستخدم البنية المختلطة بالفعل في معالجات ARM وحتى في أنظمة تشغيل Windows ، مثل معالجات Qualcomm Snapdragon في أجهزة الكمبيوتر المحمولة مثل Lenovo Yoga (تصميم 4 + 4). عملت شركة كوالكوم كثيرًا مع Microsoft لتطوير برنامج جدولة مناسب يمكنه إدارة أعباء العمل بين تصميمات نواة المعالج المختلفة.





التصور التصميمي لمختلف بنيات وحدة المعالجة المركزية غير المتجانسة (بدون مقياس)



يكمن الاختلاف الرئيسي بين Qualcomm و Intel في دعم البرامج: تنفذ معالجات Qualcomm تعليمات ARM ، بينما تنفذ معالجات Intel تعليمات x86. تم تصميم معظم برامج Windows لتعليمات x86 ، مما يحد من أداء Qualcomm في سوق أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية. يسمح تصميم كوالكوم في الواقع بتدفق "x86" ، لكن النطاق محدود وهناك عقوبة أداء. ومع ذلك ، يستمر العمل في هذا الاتجاه.

تخطيط Foveros 3D

يتم وضع الدائرة المصغرة بالكامل في علبة مقاس 12 * 12 مم ² ، لذا فإن حجم السيليكون الحقيقي أصغر بكثير: مساحة الدائرة المصغرة السفلية 92 مم ² ، والجزء العلوي هو 82 مم ^2.



ويظهر التصميم العام لوحدة المعالجة المركزية مع تخطيط ثلاثي الأبعاد من Foveros في الرسم البياني أعلاه. كما ترون ، تقع الدائرة الدقيقة للحوسبة الرئيسية في الأعلى ، وتقع القاعدة الأساسية أدناه.







يتم تصنيع الطبقة الـ 13 العليا باستخدام تقنية معالجة 10 نانومتر ، بينما يتم تصنيع الطبقة العشرة السفلية باستخدام تقنية معالجة 22 FFL.

الحوسبة الدقيقة

كما هو موضح في الجدول ، تختلف الدوائر المصغرة عن بعضها البعض ويتم تصنيعها باستخدام تقنية معالجة مختلفة.







تشغل رسومات الجيل 11 37 ٪ من المساحة ، والتكوين هو نفسه كما في معالجات Ice Lake. أعلاه هو جوهر صني كوف ، مثل بحيرة الجليد. قال مهندسو Intel إنهم قاموا فعليًا بإزالة تسجيلات AVX-512 من الشريحة ، على الرغم من أنها مرئية في الصورة.



فيما يلي أربعة نوى من Tremont Atom ، تقريبًا بحجم قلب واحد من صني كوف.



محتوى رقاقة الحوسبة:

• 1 × صني كوف كور مع ذاكرة تخزين مؤقت 512 كيلوبايت L2
• 4 x Tremont Atom core، 1536 KiB L2 cache all
• 4 ميغابايت من ذاكرة التخزين المؤقت على المستوى الأخير
• Uncore وربط الروابط
• 64 وحدة حسابية لرسومات Gen11
• محركات الرسومات Gen11 ، 2 x DP 1.4 ، 2x DPHY 1.2 ،
• Gen11 media core يدعم فيديو 4K بمعدل 60 إطارًا في الثانية و 8 كيلوبايت بمعدل 30 إطارًا في الثانية
• تدعم وحدة معالجة الصور (IPU) الإصدار 5.5 ما يصل إلى ست كاميرات بدقة 16 ميجابكسل
• JTAG و Debug و SVID و P-Unit وما إلى ذلك.
• وحدة تحكم الذاكرة LPDDR4X-4267

امدادات الطاقة وتصميم نقاط الإشارة TSV (من خلال السيليكون)

رقاقة الأساسية

صورة لشريحة القاعدة السفلية الرقاقة



الأساسية أبسط بكثير ويتم تصنيعها باستخدام تقنية معالجة 22FFL ، وهي نسخة محسنة من تقنية المعالجة 14 نانومتر مع قيود أقل صرامة ، بحيث يمكن لشركة Intel إنتاج هذه الرقائق بدون مشاكل بأي كمية ، تقريبًا بدون خردة. وتتمثل الصعوبة الرئيسية في توصيلات الموت بين الموتتين المصغرتين. محتويات





رقاقة قاعدة Forevos inter-die-to-die interconnect (FDI)







Base:

• ترميز الصوت
• USB 2.0 و USB 3.2 Gen x
• UFS 3.x
• PCIe Gen 3.0
• مركز اللمس للتشغيل دائمًا
• I3C و SDIO و CSE و SPI / I2C

أول أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية

عدد من أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية Lakefield قيد الإنتاج بالفعل.



الأوائل ... Galaxy Book S (الذي يأتي أيضًا مع معالجات Qualcomm Snapdragon 8cx بمواصفات متشابهة) ، المقرر إصداره في يوليو 2020







مع جهاز Lenovo ThinkPad X1 Fold المجنون الذي تبلغ قيمته 2499 دولارًا لإصدار 1 تيرابايت







والكمبيوتر اللوحي Microsoft Surface Book Neo ، قريبًا من فصل الشتاء.

مستقبل ليكفيلد

حتى إذا لم يكن أداء هذا الإصدار من Lakefield جيدًا في المعايير ، فهذه خطوة كبيرة لشركة Intel. تظهر التصميمات الهجينة والربط متعدد الطبقات بين الركائز في خريطة طريق تطوير Intel. كل هذا يتوقف على مدى استعداد إنتل للتجربة ومدى قدرتها على تنفيذ الأفكار الهندسية. كانت هناك مناقشات مفادها أن Intel قد تفكر في تصميم معالج هجين 8 + 8 في المستقبل. لا يوجد شيء معروف عن هذا ، لكن من المؤكد أنه سيتم جدولة Ponte Vecchio مع دعم متعدد الطبقات في نهاية عام 2021.





حجم اللوحة الأم Lakefield (30 * 123mm) مقارنة بالأجيال السابقة من اللوحات الأم



ربما سيتم إصدار بعض معالجات Intel المبتكرة ليس لأجهزة الكمبيوتر المكتبية ، ولكن ، على سبيل المثال ، للسيارات أو شبكات 5G. Lakefield هو في الأساس وحدة معالجة مركزية منخفضة الأداء نسبيًا سيتم تثبيتها في أجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية ، مثل معالجات Atom. يمكن القول مسبقًا أنه لن يكون من السهل التنافس في هذا الجزء ، خاصة مع معالجات AMD المحمولة ومعالجات ARM مثل Snapdragon. ولكن كلما زادت المنافسة ، كان المشترين أفضل.