Попри фінансові труднощі і розквіт архітектури ARM, Intel не сиділа останні роки склавши руки і значно переробила архітектуру своїх процесорів. Компанія заявляє, що це найбільша зміна архітектури за останні 40 років. Принаймні точно вперше за 40 років Intel більше не сама виготовляє власні процесори. Щоб підкреслити фундаментальність змін, Intel відмовляється від бренду Core, який компанія експлуатувала з 2006 року, на користь маркетингової назви Intel Ultra. Перше покоління Intel Ultra має кодову назву Meteor Lake.
Структура сучасних процесорів Intel
Основна фундаментальна зміна, яка відбулася в поколінні Meteor Lake, це те, що процесор Intel більше не являє собою один монолітний кристал, а складається з кількох окремих плиток (чиплетів), об’єднаних на одній підкладці. Між собою окремі частини процесора тепер спілкуються за допомогою зовнішньої шини, яку Intel називає Foveros.
Завдяки цьому кожну окрему частину процесора тепер можна виготовляти окремо за різними технологіями і навіть різними компаніями. Крім того, це спрощує тестування і відбраковку чипів, адже тепер не треба викидати увесь бракований чип, а лише його несправну частину, тож вихід придатної продукції збільшиться. Для Intel це також означає ширші можливості формування модельного ряду – з різних частин можна зібрати більше різних можливих комбінацій і гнучко формувати модельний ряд. Це також дозволяє оновлювати процесори частково, наприклад замінити лише обчислювальні ядра, не змінюючи відеоядро чи модуль введення-виведення. Intel заявляє, що процесор буде вимикати неактивні блоки цілими плитками, що буде сильніше економити енергію, ніж при вимиканні окремих блоків. Хоча це вірогідно призведе до збільшення затримки на подальший «холодний запуск» цих блоків якщо вони швидко знадобляться, але ці затримки навряд чи будуть критичними.
Є у такого підходу і недоліки. «Мозаїчне» компонування складніша, а відповідно дорожча у виробництві. Тим паче, замовлення у стороннього виробника частини кристалу, явно обійдеться дорожче, ніж на власному виробництві. Швидше за все комунікація між різними плитками процесора буде дещо повільніша, ніж при монолітній компонування.
Також Intel вирішила поділити чип одразу на 4 частини:
- Обчислювальна (Compute)
- Відеоядро
- Центральна логіка (SoC)
- Операції вводу-виводу (I/O)
В поколінні Meteor Lake блок Compute виготовлений на власному виробництві Intel за 7 нм. технологією, відеоядро за 5 нм TSMC, SoC та I/O за 7 нм TSMC. В наступному поколінні Arrow Lake Intel зовсім відмовилася від власного виробництва, заявивши, що готує нову революційну архітектуру компонування транзистора (елементарної частини процесора) RibbonFET, і через затримку у його створенні не зможе використати власне виробництво в цьому покоління.
Якщо задуматися, то відбувається цікавий завиток еволюції процесорів. Спочатку з’явилась купа окремих чипів для кожного завдання, потім вони почали об’єднуватися у монолітні великі (відеочип, інтернет-контролер, південний міст і т.д.), потім багато з них потрапили в центральний процесор. А зараз центральний процесор став настільки великим і складним, що він знову ділиться на частини. Все як в живій природі – спочатку фагоцитоз, потім мітоз.
Колись давно маркетологи Intel використовували назву архітектури ядер для позначення покоління. Вирішивши, що покупці не зможуть визначити, що було раніше Ivy Bridge чи Kaby Lake, вони вирішили маркувати процесори за поколіннями, але лише в межах марки Core. Intel явно відгодувала своїх маркетологів, тому що тепер ми маємо не 14 покоління процесорів, а Meteor Lake, але архітектура самих обчислювальних ядер називається (сюрприз-сюрприз!) не Meteor Lake а Rosewood Cove для продуктивних ядер і Crestmont для енергоефективних. А, так, тепер є ще третій тип ядер.
Обчислювальний блок
Це не найбільший блок в сучасному процесорі, як би це неочевидно не виглядало. Обчислювальна плитка спроектована таким чином, що найпотужніші ядра розташовані ближче до краю чипа, що добре для тепловідведення. Керує тим, яким процесом буде займатися яке з трьох типів ядер, Thread Director. І у Intel має бути, чорт забирай, найпотужніший Thread Director, щоб впоратися з цією задачею. Intel співпрацює зі своїми старими друзями Microsoft щоб Windows 11 могла повідомити процесор, наскільки важкою є кожна задача, щоб процесор розумів, якому ядру її відправити. На практиці це працює по-різному, десь нормально, а десь знову треба вимикати E-ядра щоб отримати нормальну продуктивність.
SoC
SoC це центральна і найбільша частина процесора, яка керує потоками даних між різними блоками, а також має кілька спеціалізованих блоків.
Найцікавіше, що SoC тепер має власні обчислювальні ядра. Вони називаються LP E-cores, або LPE, тобто Low Power. Тобто тепер в процесорах Intel є вже 3 типи ядер: P, E та LPE, але перші два розташовані в окремому блоці. Тепер в процесорах склалася комічна ситуація, коли є енергоефективні ядра і є дуже енергоефективні ядра.
Зрозуміти хід думок інженерів Intel не складно, таким ходом в простої можна повністю вимкнути самий ненажерливий блок. Причому, інженери Intel розмістили на плитці SoC також і блоки апаратного декодування відео, тож в ідеалі при багатогодинному відтворенні потокових фільмів в 1080р Обчислювальна плитка з потужними ядрами може бути вимкнена. Зараз мало хто пам’ятає, але ще в 2009 році так само спробувала зробити nVidia в своєму чипі Tegra, заклавши в архітектуру одне ефективне технічне ядро.
Для настільних комп’ютерів випускається версія SoC без LPE-ядер, тому що настільним комп’ютерам економія кількох ват не потрібна.
Вірогідно, тепер є певна затримка, необхідна на холодний запуск великих ядер, але її можна заміряти лише в певних умовах, коли після відносного спокою треба швидко обробити «важкий» процес. А от що можна сказати точно, так це те, що маркетинговий відділ Intel в рекламі рахує усі ядра, включаючи LPE, але ці ядра точно не свідчать про потужність процесора, тож цей показник абсолютно знецінюється. Також залишається відкритим питанням, навіщо тепер в архітектурі E-cores? Коли Intel вперше презентувала архітектуру гетерогенних ядер, E-cores повинні були таким самим чином економити заряд, вимикаючи хоч і не цілий блок процесора, але окреме ядро. Якщо компанії вдалося створити працездатний механізм ще більш енергоефективних ядер, краще було б геть викинути 4 E-cores, розмістивши на цьому місці одне P-core. Зрештою, технологія big.LITTLE, яка вже багато років успішно працює в процесорах ARM зазвичай має конфігурацію або двох кластерів ядер (потужні і енергоефективні), або два кластери і одне дуже високопродуктивне ядро. Мабуть, еволюція найближчих років покаже який підхід більш вдалий і конфігурація ядер зміниться.
Окрім того на SoC тепер вперше розміщено окремий блок прискорення обчислень штучного інтелекту NPU, що суттєво прискорює роботу з нейромережами. Цей блок розміщено в центральній плитці, щоб доступ до нього могли отримати не лише обчислювальні ядра, а і графіка чи блок вводу-виводу, наприклад. Завдяки цьому спрощується робота як професійних інструментів, на зразок редакторів відео, аудіо та зображень, так і повсякденні інструменти, наприклад заміна фону в Zoom за допомогою ШІ. З часом, локальних інструментів ШІ буде ставати все більше.
SoC також займається підтримкою виведення зображення HDMI 2.1 та DisplayPort 2.1. Саме плитка SoC має прямий вихід на лінії оперативної пам’яті DDR5.
Графічне ядро
Графічне ядро тепер теж винесено в окрему плитку, а тому по-перше, Intel тепер може гнучко комбінувати різної потужності відеоядра, створюючи більше варіантів процесорів. Теоретично, тепер можна використати найпотужніше відеоядро для найслабшого процесорного блоку і створити ігрову консоль, чи медіакомбайн.
В чипі Meteor Lake Intel використовує нове покоління свого графічного чипа Intel Arc. Але для бюджетних лінійок процесорів intel буде використовувати більш просте графічне ядро.
Виготовляє відеоядро Intel Arc теж TSMC, але по більш дорогому і сучасному 5нм техпроцесу.
Блок вводу-виводу (I/O)
Цей блок відповідає за комунікацію з шиною PCIe Gen5, портами USB і Thunderbolt 4. Фактично в цьому блоці розташовується усе те, що колись було Південним мостом. Необхідність виділяти його в окремий блок не зовсім зрозуміла, можливо це обумовлене бажанням Intel дещо заощадити, адже цей блок навряд чи буде оновлюватися щороку, а може й ще рідше. А можливо це банально стало наслідком його розташування.
Висновок
Як ми бачимо, Intel не сидить, склавши руки. У відповідь на агресивну зміну ситуації на ринку компанія кардинально змінила компонування своїх процесорів і саму філософію їх виготовлення. Вперше компанія замовляє виготовлення процесорної частини у сторонніх компаній. Слід очікувати, що цей новаторський підхід пройде деяку обкатку і оптимізацію, вірогідно якісь технології в найближчому майбутньому зміняться чи покращаться, але сам підхід на найближчі роки, швидше за все, збережеться. Також добре, що компанія йде схожим в цілому, але суттєво іншим за реалізацією, ніж AMD шляхом, а отже ми будемо конкуренцію і спостерігатимемо, чий підхід покаже кращі результати.