Intelova sestavljanka

Ameriški čipovni gigant Intel si na vse kriplje prizadeva povrniti si procesorski primat, ki mu je v zadnjem času spolzel iz rok. Tokrat stavi na tehnologijo, ki ima tudi v praksi toliko obrazov, kolikor ima zanimivih novih gradnikov.

Kdor spremlja dogajanje na tržišču računalniških procesorjev, je opazil, da se je večni spopad med Intelom in AMD spet dodobra razplamtel. »Rdečemu« AMD je s tehnologijo Zen uspelo tekmeca ne samo ujeti, temveč mu pošteno zmešati štrene. Njegovi procesorji Ryzen, če govorimo o samostojnih artiklih za sestavljanje domačega računalnika, trenutno kraljujejo na prodajnih lestvicah. Tako globalnih, kot je Amazonova, kakor tudi na nemških spletnih tržnicah. Intel sicer niti slučajno ni povsem brez sape in je med drugim leta 2021 predstavil zanimivo arhitekturo Alder Lake, ki se malce zgleduje po čipih za telefone. Lansko nakupovalno jesen so bili izdelki iz obeh taborov na merjenjih dokaj izenačeni in pri odločitvah za nakup so odločale podrobnosti in seveda cena. Toda hegemonija »modrih«, ki je vladala v preteklem desetletju, je danes le še oddaljeni spomin.

Pospeševalci umetne inteligence

Prenosniški procesorji postajajo vse bolj podobni sistemskim čipom pametnih telefonov in že Applova linija M je prinesla namensko vezje za pospeševanje strojno učenih algoritmov, ki mu z okvirno oznako pravimo NPU oziroma neural processing unit. Seveda gre za izpeljanko iz nevronskih mrež, to je principa, na katerem delujejo moderni algoritmi, ki jim popularno pravimo umetna inteligenca. Trend je nato dobil močan pospešek z uspehom bota ChatGPT in naenkrat vsi tekmujejo v tem, kdo bo generatorje besedila in slik bolje strojno podprl. AMD je najnovejšo serijo prenosniških procesorjev Ryzen 8040 oblikoval preprosto tako, da je vzel pretekli model in mu pripojil zajeten NPU, ki mu pravijo kar Ryzen AI. Pri takšnih pospeševalcih je treba vedeti, da so trenutno prvenstveno namenjeni inferenci, torej izvajanju algoritmov, na varčnejših napravah. To pomeni, da za treniranje lastnega modela Stable Diffusiona še vedno precej bolj potrebujemo grafično kartico kot pa neki NPU. In da smisel ni toliko v zmogljivosti kot v varčnosti. V Meteor Laku grafični čiplet bolje izvaja umetno inteligenco od NPU, a pri tem potroši več elektrike. Če ne bomo na vrat na nos kupovali čipov z NPU, trenutno še ničesar ne zamujamo, sčasoma bodo pa tako in tako povsod.

Za to so si v Intelu krivi sami, saj so primat zapravili s katastrofalno izpeljanim prehodom na 10-nanometrski proizvodni proces. Ta se je vlekel kot jara kača, saj bi se moral začeti že v letu 2016, pa je množična proizvodnja takšnih čipov zaživela šele tri leta pozneje, zato so zamujale tudi nove generacije procesorjev Core. Danes v podjetju priznavajo, da so zagrizli v preveč tehničnih izzivov naenkrat, za nameček pa zaspali na lovorikah in izgubili fokus, ki ga milijarde evrov vredne nadgradnje posameznih tovarn brez dvoma zahtevajo. Izvršni direktor Brian Krzanich, ki je obveljal za grešnega kozla tega fiaska, je moral sicer družbo zapustiti leta 2018, toda le zaradi – romantičnega razmerja s sodelavko. Tudi njegov naslednik Bob Swan položaja ni znal popraviti dovolj hitro in leta 2020 je Intel po tržni kapitalizaciji prehitela celo Nvidia, kar je delničarje dovolj razhudilo, da so predlagali daljnosežne spremembe. Za začetek se je iz VMwara v podjetje kot izvršni direktor vrnil inženir Pat Gelsinger.

Pat Gelsinger je veteran, ki je že pred epizodo na najvišjem položaju v Intelu preživel tri desetletja. Pat je osmi izvršni direktor v podjetju, ki sta ga leta 1968 ustanovila Robert Noyce in Gordon Moore.

Gelsingerjeva vizija

Da se je mudilo, pove med drugim podatek, da so menjavo na vrhu najavili januarja 2021, februarja je Gelsinger že sedel na vročem stolu in le mesec zatem razgrnil novo strategijo. Čeprav naj bi bila med predlogi prvotno celo oddvojitev proizvodnih zmogljivosti – podobno kot je to svojčas storil AMD z GlobalFoundries –, je na koncu družba vendarle ostala v enem kosu oziroma prav nasprotno; Intel vehementno gradi nove tovarne v svojem kampusu Ocotillo v Arizoni in še toliko bolj agresivno vlaga v najmodernejše proizvodne tehnologije, Gelsinger pa je nazaj v podjetje potegnil še celo množico inženirskih veteranov in jih posadil na pomembne položaje. Tako Intel ostaja podjetje s polno vertikalo za svoje izdelke, torej z dizajnom, izdelavo in s pakiranjem. Aktualno doktrino so zato poimenovali integrated device manufacturing 2.0 (oziroma IDM 2.0).

Strategija po novem dovoli precej več svobode in v družbi izdelavo odpirajo, v obe smeri. Tako navzven, kjer ponujajo svoje proizvodne kapacitete, kot tudi v nasprotno smer, saj lastne čipe ali njihove dele prepuščajo v izdelavo konkurenci – se pravi TSMC in Samsungu. Gre za klasično diverzifikacijo dejavnosti, s katero se želijo zaščititi pred potencialno nevarnostjo, da bi jim morebitne težave v lastnih tovarnah vnovič zavrle vse s tem povezane projekte. Grafične kartice Intel Arc so tako izdelane v načinu TSMC N6, sredi lanskega decembra predstavljene procesorje Core pa delno izdelajo Tajvanci.

Nova kolobocija z nazivi

Kdor bo na napravah z meteor laki dejansko preverjal modele, bo opazil neznačilno poimenovanje, na primer Intel Core Ultra 7 155H, kot se imenuje trenutno najpogostejši član nove generacije. Družba je namreč z njimi prešla v spremembo nazivanja procesorjev, s katero se tisti značilni »i« na Intelovi nalepki poslavlja. Odslej bo ostala zgolj še številka jakostne serije, torej 3, 5, 7, 9. Hkrati bodo premijski, zmogljivi modeli dobili oznako Ultra. Na to velja letos paziti, ker pri Intelu še vedno ne morejo brez skrajnega kompliciranja s poimenovanjem. Na januarskem sejmu CES so namreč napovedali tudi prepakirane starejše modele procesorjev 14. generacije z novim poimenovanjem, ki pa vsaj ne nosijo oznake Ultra, zato jih je moč za silo ločiti od meteor lakov. To se pravi: za zdaj so ultre samo meteor laki, ostali ne. Kar strah nas postane, kako bo čez leto ali dve, ko se bodo generacije dodobra pomešale.

Prav procesorji Meteor Lake so bili že za časa Swana mišljeni kot ena od prelomnih stopenj v Intelovi generacijski verigi, saj gre za prvi čip podjetja za domače računalnike, ki je sestavljen iz čipletov, se pravi manjših diskretnih polprevodniških gradnikov, ki jih nato »zložijo« v končni čip kot lego kocke. Gelsinger je zgolj poskrbel, da so še za stopnjo bolj posebni.

Silicijske ploščice

Če za hip odmislimo Intelove pošasti za superračunalnike, kot je čip Ponte Vecchio, so meteor laki brez dvoma ena najzanimivejših stvaritev iz modrega tabora doslej, in to v več kot enem pogledu. Sestavljajo jih kar štirje tipi različnih čipletov, ki jim v Intelu sicer pravijo tiles in ne chiplets. Najprej je tu računski čiplet, v katerem se nahaja večina računskih jeder. Podobno kot v arhitekturah od alder laka naprej, se jedra tudi tu delijo na zmogljive vrste P(erformance) in varčna vrste E(fficiency), podobno kot v sistemskih čipih ARM za telefone. Ta čiplet edini izdelajo v lastnih tovarnah, in sicer v procesu Intel 4, kar je v bistvu novejše preimenovanje nekdanjega 7-nanometrskega procesa.

Sledijo grafični čiplet, ki ima vezja privlečena direktno iz grafičnih Arc; nato vhodno-izhodni čiplet s krmilniki PCIe 5.0 in Thunderbolt 4, na koncu pa še tako imenovani SoC čiplet, ki je ena glavnih kapric Meteor Laka. Vanj so namreč pospravljene vse reči, ki jih računalnik potrebuje za najbolj osnovno delovanje, saj gre ideja v smeri, da bi bil pri povsem osnovnih dejavnostih na napravi, kot je pisanje ali brskanje po spletu, vključen zgolj ta čiplet, ostali pa ugasnjeni. V SoC čipletu se tako nahajata dve dodatni, posebej varčni E-jedri, ki ju imenujejo low power-E oziroma LPE, krmilniki za Wi-Fi, bluetooth, HDMI (2.1) in DisplayPort (2.1), vključno z odkodirniki videa (!), pa za dobro mero še pospeševalnik strojnega učenja oziroma enota NPU (neural processing unit), kakršne poznamo na telefonih ali Applovih čipih M. Te tri čiplete izdela TSMC; tistega z grafičnim vezjem v načinu N5, zadnja dva v cenejšem N6.

Tovarniški proces Intel 4 je za družbo prelom, ker je prvi, ki na vseh stopnjah uporablja ekstremno ultravijolično (EUV) litografijo, torej postopek, pri katerem vzorce za elemente na siliciju posnamejo z laserjem valovne dolžine 13,5 nanometra. To počno z bajno dragimi napravami nizozemske družbe ASML.

Več nadstropij

Čipletni pristop ima v grobem dva poglavitna namena. Inženirji ga uporabijo, da omejijo vpliv okvar med izdelavo, saj se manjši okvarjen kos silicija z lažjim srcem zavrže kot večji. Koristi pa tudi strateškim načrtovalcem procesorskih generacij in proizvodnje, saj lahko izdelke bolj fleksibilno sestavljajo iz manjših gradnikov, ki so na voljo, in so tako bolj gibki. To lahko vidimo ravno pri Meteor Laku, kjer se je Intel na ta način povezal z zunanjim proizvajalcem. Toda čipletne tehnologije niso brez slabih plati. Spoji med ploščicami brez izjeme izgubijo nekaj električne energije, zato se jih doslej ni uporabljalo v segmentih, kjer je pomembna varčnost procesorja. AMD tako svoje čiplete po nastopu Zena večinoma uporablja pri zmogljivih izdelkih za namizne računalnike in strežnike, medtem ko so njihovi čipi za ultraprenosnike zvečine monolitni.

Toda Intel ima za Meteor Laka v rokavu novega asa: napredno tehnologijo pakiranja Foveros, ki smo jo čakali že celo večnost. Popularno jo poznamo kot »Intelove 3D-čipe«, saj omogoča spajanje več plasti polprevodnika. V konkretnem primeru v dveh nadstropjih, ki sta razmaknjeni za približno 40 mikrometrov in kjer zgornja plast predstavlja opisane štiri čiplete, spodnja pa je izključno povezovalna in ničesar ne računa. V njej so podatkovna in napajalna vezja ter krmilje, ki ima nalogo elektriko poslati tja, kamor je potrebno, vse ostalo pa ugasniti. Po besedah inženirjev komunikacija med »etažami« zahteva davek med 0,15 in 0,3 pikojouli, kar je manj kot tradicionalni spoji med čipleti, v zameno pa omogoča tudi robustno in razčlenjeno shemo delovanja, kjer so čipleti neodvisni in jih je mogoče v celoti ugašati. Pod črto v podjetju trdijo, da so s tehnologijo Foveros dosegli, da čipletni pristop ne pomeni zgolj stroškovne varčnosti, temveč tudi energetsko.

V Meteor Laku Intel uporablja že drugo generacijo tehnologije Foveros, s katero poveznejo plasti polprevodnikov eno na drugo. Prvič smo jo lahko v pilotnem poskusu videli v omejeni seriji varčnih čipov Lakefield pred štirimi leti. V delu sta tretja in četrta generacija.

Grafični Lok

Naslednja zanimivost je pošteno ojačan odsek, ki je namenjen izrisovanju grafike. S tem gre Intel po poti AMD, ki v čipih za prenosnike (ki jih imenuje APU – accelerated processing unit) že dolgo izkorišča lastne grafične tehnologije iz kartic Radeon, in pa Appla, ki je grafično kartico praktično pripojil v čipe serije M. Da so v modrem taboru doslej vedno stopicljali nekje zadaj, je precejšnja ironija, saj so ravno sami že več kot dve desetletji zaslužni za največji delež uporabnikov, ki zaslone poganjajo z integrirano grafiko. Žal pa vsi dosedanji poskusi, tudi pod opevano znamko Iris, preprosto niso šli dovolj daleč, da bi bilo mogoče na takšnih napravah spodobno poganjati, recimo, srednje zahtevne igre. Toda tokrat ima Intel dejansko lastne diskretne grafične kartice – družino Arc, ki jo je predstavil v letu 2022. Čeprav se trenutno še ne morejo neposredno spopadati z geforcei in radeoni, pa gre pri arcih za čisto spodobne izdelke za spodnji del tržišča. To pa za podjetje pomeni sveže izkušnje s povsem drugim ciljnim področjem zmogljivosti kot doslej. Ter seveda Tajvance, ki so v izdelavi takšnih vezij zares vešči.

AMD v prostem teku

V rdečem taboru so z razmeroma medlim odzivom na Intelove prišleki zadovoljni, saj je to nova priložnost, da z arhitekturo Zen 5 tekmecu podkurijo pod nogami. Datum njenega prihoda še ni znan. Po nedavnem zagotovilu, da bo to »še letos«, pa bo verjetno v drugi polovici 2024. Torej je še vedno čas za nakup trenutne generacije ryzenov 7000, ki so odlično zaokroženi izdelki, z dobrim ravnotežjem med zmogljivostjo, porabo in ceno, še posebej za igričarje. AMD še ni izumljal heterogenih konfiguracij jeder kot Intel, zato gre za čisto klasične sestave s šestimi do 16 jedri. Obvezno pa je treba opozoriti na to, da je podjetje s to serijo prešlo na podnožje AM5, kar pomeni nove matične plošče in obvezen pomnilnik DDR5. Oboje je trenutno še zaznavno dražje od starejših različic, zato platforma v celoti ni poceni, kar je lahko razlog za katerega od konkurenčnih intelov 14. generacije.

Grafični čiplet v Meteor Laku je hibrid dosedanje integrirane tehnologije Xe-LP in pa arhitekture Alchemist, ki je podlaga prve generacije kartic Arc. Tako so dobili vezje, ki mu pravijo Xe-LPG, za low power gaming. To pomeni vrsto najnaprednejših tehnologij, kot je strojno pospeševanje sledenju žarkov (ray tracing) in podpora standardu DirectX 12, toda hkrati v spregi s sistemskim pomnilnikom. Pri Meteor Laku torej niso šli tako daleč kot Apple, ki je na čip pritrdil tudi RAM, kar je bistvo zmogljivosti njihovih procesorjev M. Glede na irise iz alder lakov ima Xe-LPG približno za tretjino več fizičnih elementov, predvsem pa naj bi imel podvojeno zmogljivost na vat, kar naj bi na papirju pomenilo več kot dvojni skok v hitrosti v primerjavi s preteklimi generacijami oziroma, v absolutnem smislu, dovolj močno grafično vezje, da lahko ogrozi nižji segment diskretnih grafičnih kartic ... kjer stojijo ravno arci. Nerodno. Na tem mestu tudi ne gre brez omembe težav, ki jih imajo v Intelu z gonilniki za arce že vse od njihove predstavitve, posebno še v načinu DX12. Čeprav probleme vztrajno odpravljajo, je izkaz v različnih igrah še vedno precej nestanoviten, kar je opazno tudi pri Meteor Laku.

Grafične kartice Arc z uvodno družino merijo na najnižji razred diskretnih izdelkov v vrednosti 200 evrov, toda podjetje ima z njimi dolgoročne in odločne načrte. Na sliki različica za inženirje Pro A60.

Nova stara jedra

Še najbolj pohleven je videti predel, ki je pravzaprav središče procesorja, torej računska jedra. Polna različica računskega čipleta vsebuje 6 P-jeder Redwood Cove in 8 E-jeder Crestmont. Prva so neposreden povzetek jeder Golden Cove v Raptor Laku in ne prinesejo praktično nič novega. V bistvu je eno glavnih razočaranj Meteor Laka, da imajo celo kanec nižje takte! To je sila nenavadno v luči prehoda na modernejši proizvodni proces, ki običajno prinese zaznavne skoke v zmogljivosti, in kaže, da imajo v podjetju nemara večje težave z načinom Intel 4 ali Meteor Lakom v celoti, kot pa je videti na prvi pogled. Odgovornost za pospeške tako pade na pleča jeder Crestmont, ki so nadgradnja jeder Gracemont iz pretekle generacije. V podjetju navajajo štiri odstotke večjo zmogljivost na urin takt in povečano zmogljivost poganjanja strojno učenih algoritmov, a tudi v tem primeru ne gre za omembe vredne pospeške.

Ker ima Meteor Lake že tri različne tipe jeder – P, E in LPE –, so morali posodobiti tudi mehanizem, ki jim dodeljuje procesne niti. Doslej so v alder lakih naloge privzeto odhajale na P-jedra, nakar jih je sistem zbijal po lestvici pomembnosti navzdol, če so Okna povedala, da potrebujejo manj sistemskih sredstev od predvidenih. Novi Thread Director v Meteor Laku pa stvar obrne in poskuša vsak proces najprej pognati na najbolj varčen način, se pravi jedru LPE, nakar ga potiska navzgor, če se izkaže, da to ni zadosti. Na ta način je v ospredju varčevanje z energijo, toda na račun zmogljivosti, saj pri takšnem plezanju niti navzgor neobhodno prihaja do zaznavne latence. Hkrati imejmo v mislih, da so vse bolj raznoliki tudi sami tipi nalog, ki lahko izmenično potrebujejo, na primer, funkcije v odkodirnikih videa, nato pospeševanju izvajanja umetne inteligence in tako dalje, pa je jasno, da je takšen Thread Director še zgodba v nastajanju. To velja imeti v mislih, ko obravnavamo stvarne zmogljivosti.

Ultra novinci

Bržkone najpomembnejši podatek pri stvarnih izdelkih na podlagi arhitekture Meteor Lake je, da gre prvenstveno za prenosniške čipe, medtem ko jih v škatelni obliki, za vgradnjo v domači računalnik, v prvi generaciji ne bo na voljo. Pozneje letos naj bi predstavili še vdelane različice (BGA) za naprave all-in-one in HTPC, toda za zdaj so omejeni zgolj na prenosnike. Aktualna 14. generacija Intelovih procesorjev Core za namizne naprave, ki je prispela lansko jesen, je zato zasnovana na pomladitvi pretekle tehnologije in ima dejansko naziv Raptor Lake Refresh. Navdušenci nad sestavljanjem igričarskih mašin in delovnih postaj bodo morali na nov krik tehnologije čakati najmanj do konca tega leta, ko naj bi predvidoma predstavili 15. generacijo, Arrow Lake-S. Ta se bo rahlo razlikovala od trenutnih meteor lakov, saj čipov za zmogljive računalnike verjetno ne bodo zavirali s SoC čipletom. A ker naj bi hkrati vnovič preskočili na nov proizvodni proces, to je 20A, ki s seboj nosi kar nekaj novosti, se lahko vmes še marsikaj zalomi.

Intel je prve čipe arhitekture Meteor Lake uradno predstavil 14. decembra, toda v resnici je šlo za papirnati prihod, saj je bila takrat na voljo res zgolj peščica dejanskih naprav. Stanje se je za spoznanje popravilo po januarskem sejmu CES, a še vedno se do tovrstnih naprav ni vselej lahko dokopati oziroma na tržišče prihajajo »po kapljicah«. Očitno je, da imajo proizvajalci prenosnikov polne roke dela z navajanjem na nove čipe, predvsem z njihovimi režimi delovanja in toplotnimi odzivi. Prva serija obsega 11 različnih modelov čipa, ki sodijo v liniji Core Ultra H in U (o prenovljenem Intelovem poimenovanju procesorjev več v okvirčku). Ultre 7H so 16-jedrniki s konfiguracijo 6P+8E+2LPE, 5H pa 14-jedrniki z dvema P-jedroma manj; oboji imajo nazivno porabo med 28 in 115 vati. Ultre U nosijo konfiguracijo 2P+8E+2LPE in imajo razpon porabe med 15 in 57 vati. Višja številka povsod velja za »naviti« način turbo in da vedeti, da je pred sistemskimi integratorji velik izziv, saj gre za ogromen razpon in visoke vrednosti. Ni torej nenavadno, da je prihod naprav na trg tako počasen.

Po prvih preizkusih je videti, da se bodo z uvodnim Meteor Lakom še posebej dobro razumele hibridne naprave, torej mešanci med prenosnikom in tablico. Raznoliki režimi delovanja teh čipov gredo na roko različnim načinom rabe takšnih naprav.

Ne povsem ultra zmogljivost

Pat Gelsinger je lani večkrat omenil, da bo Meteor Lake nov preboj, s katerim bo Intel »sezul« tako uporabnike kot konkurenco, in porajalo se je upanje, da bomo priče razburjenju, kakršnega je prinesel navdušujoči prihod Applovih čipov M1. To se ni zgodilo in odzivi na novince so hudo različni, od navdušenja na enem koncu do kritik in razočaranja drugod. Meteor Lake je precej bolj klasično »intelovsko« lansiranje sveže, prebojne tehnologije: obetajoče, toda hkrati na več koncih še nezloščeno in problematično. Zmogljivosti oziroma odziv naprav nasploh se bistveno razlikujejo tako od modela do modela kakor tudi med različnimi tipi nalog. Nekateri računalniki, kot je MSI Prestige 16 Studio AI Evo, se močno segrevajo, ker so oblikovalci prenosnika očitno zgrešili primerne toplotne režime. Po drugi plati HP dvoživka Spectre x360 14 s takšnim procesorjem odlično shaja, ker zna v tabličnem načinu dobro izkoriščati opisane novosti SoC čipleta.

Kot je bilo pričakovati, hitrostnih rekordov v klasičnih nalogah ti procesorji nikjer ne podirajo in si jih tudi zato nima smisla želeti v namiznih napravah. Znajo pa biti varčni ... sem in tja. To pomeni, če Thread Director uspešno razparcelira računske naloge, kar ta hip še ni pravilo. Ali če zna procesor shajati zgolj z vključenim SoC čipletom. Podobno večplastna je zgodba pri grafiki. Skok v zmogljivosti poganjanja iger je dejansko v primerjavi z irisi skoraj dvojen in brez dvoma gre za procesorje z daleč najboljšo Intelovo integrirano grafiko doslej, s katero so modri v tem oziru ujeli AMD. Ne bodo poganjali Cyberpunka 2077, je pa mogoče z njimi zadovoljivo igrati večino igralnih naslovov, toda vezje še tarejo podobne težave z nestanovitnimi gonilniki kot kartice Arc in izkaz je bistveno odvisen od posamezne igre.

Meteor Lake je torej v tem trenutku zelo zanimiva in obetavna nova tehnologija ter nujna tehnična stopnica za Intel na poti do želene vrnitve na tron. Hkrati gre za tisto tipično prvo generacijo neke novitete, pri kateri velja biti zelo previden, ker jo še tare kopica poporodnih nevšečnosti. Tako Intelove inženirje kot dizajnerje prenosnih računalnikov čaka veliko neprespanih noči zaradi optimizacije delovanja. Dodatna nerodnost je, da so modeli z meteor laki trenutno razmeroma dragi in takšni prenosniki večinoma stanejo nekaj sto evrov več od primerljivih modelov s čipi prejšnje generacije (ali tistimi iz AMD!). Upajmo, da se bo stanje popravilo, ko se bo repertoar razširil. Preden se podamo v nakup, zato velja res dodobra preveriti teste konkretnih modelov. Ali pač počakati na naslednjo generacijo.