Alder Lake ali Intelovo žuganje Applu M1

Druga poglavitna tema Intelovega dogodka Architecture Day 2021 je bil centralni procesor Alder Lake. Ali nemara bolje rečeno sistemski čip, kajti to bo prvi bolj razširjen hibridni procesor iz Santa Clare, ki v več kot enem elementu spomni na Applovega M1.

Čeprav je Intel postal malone sinonim za proizvajalca CPUjev, ki se iz generacije v generacijo komaj kaj razlikujejo, pa navdušenci nad področjem vendarle z radovednostjo čakamo na konec letošnjega leta - takrat naj bi namreč prispeli čipi arhitekture Alder Lake, ki bodo temelj družine izdelkov Core 12-te generacije za namizne in prenosne računalnike. Zanimivost alder lakov je, da so hibridni sistemski čipi, ki vsebujejo jedra dveh velikosti: večja, hitra jedra (p-core, za performance) arhitekture Golden Cove in pa manjša, varčnejša jedra (e-core, za efficiency) arhitekture Gracemont. Samo večja podpirajo hyperthreading. Zaenkrat so predvidene tri osrednje konfiguracije, ki bodo temelj za posamezne platforme. Namizni računalniki bodo v novo podnožje LGA1700 dobili čipe z do osmimi velikimi in osmimi majhnimi jedri. Laptopom bodo namenjene rešitve z do šestimi velikimi in osmimi majhnimi jedri, medtem ko bodo ultraprenosniki in tablice dobili izdelke z dvema p-jedroma in osmimi e-jedri.

Ker gre pravzaprav za sistemske čipe, v vseh različicah najdemo tudi razne pritikline, kot je pospeševalnik nevronskih mrež GNA 3.0, toda le obe mobilni različici imeta še IPU (image processing unit) in vmesnike za Thunderbolt. Tudi njun grafični del je zajetnejši, s 96 izrisovalnimi enotami, medtem ko jih ima namizniški čip le 32. Intel se je močno potrudil pri vhodno-izhodnih vodilih: Alder Lake podpira pomnilnike DDR5-4800, DDR4-3200, LPDDR5-5200 in LPDDR4X-4266, obenem pa tudi PCIe 5.0, kateremu je namenjenih 16 stez (poleg so še štiri steze standarda PCIe 4.0). Glede predpomnilnika L3 še ni natančnejših podatkov; namizniška inačica naj bi ga imela do 30 MB.

Ker je to prvi Intelov hibridni mainstream procesor, so morali inženirji prenoviti dodeljevanje nalog različnim jedrom. Novi podsistem imenujejo Intel Thread Director (ITD) in ima tako strojno kot programsko komponento. V vsakem od p-jeder je dodatno vezje, ki natančneje zaznava zahteve programskih niti, da jih lahko bolje razporedi med jedra. Programska komponenta se tiče operacijskega sistema - natančneje, Windowsov 11, kjer je Microsoft z Intelom tesno sodeloval. Prav ITD naj bi bil eden od razlogov za prehod na novo verzijo Oken, kajti desetica naj te napredne zmogljivosti ne bi nikdar poznala in torej na alder lakih očitno teče počasneje, čeprav še ne vemo, koliko. V Santa Clari sicer obljubljajo tudi različico ITD za Linux, toda o datumih niso govorili.

Jedro Golden Cove je naslednik Willow Cova iz arhitekture Tiger Lake. Toda z njim Intel vleče nekaj pogumnih potez, ki pomenijo pomemben prelom in po trditvah inženirjev je Golden Cove temelj, na katerem bo zgrajenih več naslednjih generacij Intelovih jeder. Najpomembnejši je bržkone prehod s štirih na šest dekodirnih enot za mikrooperacije, s čimer se cevovod precej razširi. Takšne sorte ukrep je bil želja že dolgo časa in Apple je s čipom M1, ki ima kar osem dekoderjev, pokazal moč takšnega pristopa. Toda M1 je Armova zasnova z inštrukcijami RISC, ki so zaradi uniformne velikosti temu bolje prilagojene. Alder Lake je še vedno zasnova x86 oziroma CISC, kjer nad štirimi dekoderji trčimo ob težave, ker zaradi različne dolžine inštrukcij dekoderji porabljajo dodatne cikle za ugotavljanje dolžine, bolj pa boli tudi zgrešeno ugibanje ob pošiljanju mikrooperacij v cevovod (branch prediction). V Intelu menijo, da se tveganje izplača, podobno potezo pa so potegnili še v izvenserijskem izvajanju operacij (out-of-order execution), kjer so njegov medpomnilnik (re-order buffer) povečali s 352 na 512 mest, kar je še en pomig M1. Vse to naj bi na koncu pripeljalo do 19-odstotnega pribitka hitrosti na urin cikel glede na jedro Cypress Cove v procesorjih Rocket Lake.

Gracemont je predstavnik druge Intelove družine procesorjev - namreč mobilnih atomov. Ta jedra so napravljena predvsem z mislijo na varčnost. Tu je Intel v tem oziru najbolj zanimivo spremembo izvedel v predelu računskih enot, ki ima kar 17 izvrševalnih vrat (execution port); Golden Cove jih ima 12, Gracemontov predhodnik Tremont celo samo 8. Ker lahko cevovod kljub temu dostavlja zgolj po pet mikrooperacij na urin cikel, je namen očitno ta, da se operacije izvajajo čim bolj nemoteno, nedelujoča vrata pa dinamično ugaša, s čimer dobijo varčnost ob hkratni nizki latenci. Omeniti velja še, da je Gracemont prvo atomovo jedro s podporo inštrukcijam AVX2. Toda ker so se v Santa Clari odločili, da bo imel ves čip enoten inštrukcijski nabor, Alder Lake ne pozna ukazov AVX-512! Ti bodo rezervirani za strežniškega sorodnika Sapphire Rapids, ki bo tudi hibridne zasnove - toda tam bodo imela p-jedra ob sebi drugo sorto družbe, specializirane podatkovne pospeševalnike, in ne e-jeder.