Intel представила гибридную архитектуру Alder Lake с ядрами Performance и Efficient

В рамках мероприятия Intel Architecture Day 2021 компания представила две новые микроархитектуры x86-ядер и первую производительную гибридную архитектуру под кодовым названием Alder Lake с интеллектуальным планировщиком рабочих нагрузок Intel Thread Director.

Новая микроархитектура ядра Efficient, представленная Intel ранее с кодовым названием Gracemont, разработана для энергоэффективной производительности и оптимальной разгрузки фоновых задач в современных режимах многозадачности. По уверениям производителя, это самая энергоэффективная x86 микроархитектура Intel, занимающая немного площади на кристалле и позволяющая многопоточным приложениям эффективно распределяться по ядрам. E-ядро работает в широком диапазоне частот и экономит энергию за счет пониженного напряжения питания, обладая при этом резервом для наращивания частоты и увеличения производительности под более тяжелыми нагрузками.

Подчеркивается, что E-ядро использует передовые технологии, для приоритезации нагрузок без перерасхода процессорной мощности напрямую повышает производительность с помощью функций, увеличивающих число инструкций на такт.

Кэш подсистемы предсказания ветвлений на 5 тысяч записей для более точного результата; 64-килобайтный кэш инструкций позволяет обрабатывать больше кода и экономить ресурсы подсистемы за счет более редких обращений к внешней памяти; первый декодер длины инструкций Intel, который делает предварительную обработку данных до запроса; кластеризованный внеочередной (out-of-order) декодер, который позволяет декодировать до 6 инструкций за такт с сохранением уровня энергоэффективности; расширенный исполнительный модуль с 5 регистрами переназначения и 8 регистрами завершения инструкций, буфером на 256 внеочередных инструкций и 17 исполнительными портами; надежные функции безопасности, включая аппаратную защиту от кибератак Intel Control-Flow Enforcement Technology (CET) и защиту от перенаправлений Intel Virtualization Technology; реализация расширения системы команд AVX наряду с новыми дополнениями для поддержки целочисленных операций ИИ.

По сравнению с наиболее распространенной процессорной микроархитектурой Skylake, ядро Efficient в однопоточном режиме обеспечивает на 40% большую производительность при том же уровне энергопотребления, или сравнимую производительность при снижении энергопотребления на 40%. Четыре физических ядра Efficient обеспечивают на 80% больше производительности при меньшем энергопотреблении, нежели четыре потока двух физических ядер Skylake, или такую же производительность при энергопотреблении, уменьшенном на 80%.

Новая микроархитектура ядра Performance, представленная Intel ранее с кодовым названием Golden Cove, дает снижение задержек и повышение производительности в однопоточных приложениях. Увеличение объема кода и данных приложений требует больше ресурсов и большей пропускной способности. Новая процессорная микроархитектура Performance значительно повышает общую производительность и обеспечивает лучшую поддержку приложений с большим объемом кода.

P-ядро отличается более широким, глубоким и интеллектуальным исполнительным конвейером: 6 декодеров (ранее 4), кэш на 8 микроопераций (ранее до 6), 6 портов переименования/распределения (ранее 5), 12 исполнительных портов (ранее 10); увеличенные файлы регистров, увеличенные файлы физических регистров, более глубокий буфер переупорядочивания инструкций на 512 записей; повышенная точность предсказания ветвлений, уменьшенная эффективная латентность кэша L1, полная предикативная оптимизация записи кэша L2.

Отмечается, что ядро Performance – это самое производительное процессорное ядро из когда-либо созданных Intel, в котором удалось добиться снижения задержек и повышения производительности в однопоточных приложениях благодаря росту производительности до 19% при тестах на большом количестве популярных приложений по сравнению с архитектурой Intel Core 11 поколения (Cypress Cove) при сравнимой тактовой частоте (общий показатель роста считается как среднее геометрическое); упору на параллелизм и наращиванию исполнительного параллелизма; расширениям Intel Advanced Matrix – встроенным средствам ускорения ИИ нового поколения, предназначенным для инференса глубокого обучения и повышения эффективности обучения. Они включают выделенные аппаратные модули и новую архитектуру набора инструкций для значительного ускорения операций перемножения матриц; оптимизации работы с приложениями, имеющими большой объем данных и кода, в том числе c точки зрения уменьшения задержек.

Клиентская архитектура Intel следующего поколения с рабочим названием Alder Lake представляет собой первую высокопроизводительную гибридную архитектуру компании, в которой впервые интегрированы два типа ядер – Performance и Efficient – для обеспечения высокого уровня производительности на любых типах задач. Alder Lake производится по технологическому процессу Intel 7, поддерживает новейшие типы памяти и быстрый ввод-вывод.

Alder Lake обеспечит высокий уровень производительности, который будет поддерживаться всеми типами клиентских устройств – от ультрапортативных ноутбуков до систем для энтузиастов и коммерческих настольных ПК, благодаря использованию единой высокомасштабируемой процессорной архитектуры в трех ключевых сегментах.

Целью такой высокомасштабируемой архитектуры является удовлетворение растущих потребностей в вычислениях и быстром обмене данными без повышения энергопотребления. Для решения этой задачи Intel разработала три независимые внутренние коммуникационные архитектуры, каждая из которых основана на эвристике в реальном времени со следующими требованиями.

Внутрипроцессорное соединение может поддерживать скорости до 1000 ГБ/с – то есть, 100 ГБ/с на ядро или кластер, соединяет ядра и графику через кэш-память последнего уровня с памятью; обладает широким динамическим частотным диапазоном и может оперативно выбирать маршрут передачи данных для оптимизации соотношения задержки и производительности на основе фактической загрузки межсоединения; динамически настраивает политику работы кэша последнего уровня – инклюзивную или не инклюзивную – в зависимости от степени загруженности; интерфейс ввода-вывода со скоростью до 64 ГБ/с соединяет различные типы устройств и может плавно изменять скорость без нарушения нормальной работы устройств, выбирая скорость соединения в соответствии с требуемым объемом передачи данных; интерфейс памяти со скоростью передачи данных до 204 Гбит/с может динамически подстраивать ширину и скорость шины для поддержки высокой пропускной способности, низких задержек и низкого потребления энергии в нескольких рабочих точках.

Для эффективной и бесперебойной работы вычислительных ядер с операционной системой Intel разработала улучшенную технологию планирования под названием Intel Thread Director. Встроенная непосредственно в сам процессор, технология Intel Thread Director отслеживает низкоуровневую телеметрию о состоянии ядра и сочетании инструкций вычислительного потока, позволяя операционной системе размещать нужный поток в нужном ядре в нужное время. Технология Intel Thread Director является динамической и адаптивной, она подсказывает что делать планировщику в реальном времени в соответствии с вычислительными нуждами, в отличие от статичной привязки потоков к ядрам по заданным правилам.

Традиционно операционная система принимала решения на основе ограниченной информации, например, разделяя приоритетные и фоновые процессы. Технология Intel Thread Director добавляет новое измерение за счет использования аппаратной телеметрии для направления потоков, требующих большей производительности для подходящего в данный момент ядра Performance; отслеживания сочетания инструкций, состояния ядра и другой соответствующей детализированной телеметрии микроархитектуры, что помогает операционной системе принимать более рациональные решения планирования; оптимизации Intel Thread Director для лучшей производительности в Windows 11 благодаря сотрудничеству с Microsoft; расширения PowerThrottling API, который позволяет разработчикам явно указывать атрибуты качества обслуживания для своих потоков; применение новой классификации EcoQoS, которая оповещает планировщик о предпочтительной энергоэффективности потока (такие потоки планируются в ядрах Efficient).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365