Ko nastopi ARM

Intel že trži procesorje s 14 nm tehnologijo, AMD pa šele napoveduje prehod z 28 na 20 nm. So rešitev za AMD 64-bitne arhitekture ARM?

ARM postaja zelo pomemben tretji sodelujoči pri delitvi trga procesorjev za manjše strežnike, osebne računalnike, prenosne in nosljive naprave. Tak ali drugačen procesor z arhitekturo ARM najdemo v večini pametnih mobilnih telefonov in nosljivih naprav, pa tudi v cenejših tabličnih računalnikih.

Toda ARM procesorjev ne izdeluje, temveč razvija samo arhitekturo. Procesorje (jedra ali celotne SoCe) licencira kupcem, kot so Apple, Qualcomm ali Samsung, fizično izdelujejo pa jih marsikdaj kar tretja podjetja, kot sta GlobalFoundries in TSMC. Slednji imata razvite lastne proizvodne procese, a ti ne dosegajo Intelove natančnosti izdelave s 14 nm tehnologijo FinFET, ki je vsaj leto dni pred konkurenco.

Silicijeva rezina procesorja Intel Core i7-3960X s šestimi jedri

ARM in AMD skupaj proti Intelu

Segmenta mobilnih telefonov in poceni tabličnih računalnikov, v katerih prevladujejo procesorji z arhitekturami ARM, v zadnjem času dosegata največjo rast, pri čemer število prodanih računalnikov v drugih segmentih upada. Zato se Intel v zadnjih letih pogosto spopada s presežki zmogljivosti v svojih tovarnah. Čeprav se je začel predlani pogajati z ARM o proizvodnji procesorjev z do štirimi jedri Cortex-A57 po najnovejši, 14 nm tehnologiji, to še ni obrodilo sadov.

ARM pripisuje velik poudarek razvoju novih jeder na temelju 64-bitne arhitekture ARMv8. Z novo arhitekturo želi prodreti tudi v svetova osebnih računalnikov in manjših strežnikov. Zato ne preseneča, da sta bili skupaj predstavljeni jedri Cortex-A57 z zelo nizko porabo energije in A57, ki je prilagojeno za hitro procesiranje. AMD namerava ta jedra vgrajevati v svoje do 8-jedrne procesorje za namizne računalnike in manjše strežnike. Razvoj procesorjev z arhitekturo ARMv8 naj bi pri AMD poslej potekal vzporedno z razvojem procesorjev z lastno arhitekturo, K12, ki bo še naprej temeljila na x86.

Intel se za podoben korak zaenkrat ni odločil, saj v prihodnjem letu načrtuje prodajo lastnih procesorjev za mobilne naprave z arhitekturo SoFIA (pametni ali posebni telefon z Intelovo arhitekturo, angl. Smart or Feature phone with Intel Architecture), ki bo bolj modularna in bolj prilagojena zahtevam izdelovalcev teh naprav. SoFIA je arhitektura za sistem v enem čipu (SoC, angl. system on chip), ki je namenjen poceni mobilnim telefonom. SoFIA LTE 3G v enem čipu, izdelanem po 28 nm tehnologiji, združuje dvojedrni Intel Atom z arhitekturo Silvermont in modem 3G. V pripravi je tudi izboljšana različica, SoFIA LTE 4G. Lahko bi rekli: končno! Zdajšnji procesorski družini Intel Atom se namreč nikakor ne uspe prebiti le v svet mobilnih telefonov in nosljivih naprav, kjer imajo primat procesorji z arhitekturami ARM; čeprav je uspešna v segmentih poceni mini namiznikov, mini PCjev in notesov. Kljub temu je zanimivo, da naj bi SoC s tehnologijo SoFIA vsaj na začetku za Intel izdeloval  TSMC, proti kateremu v boju za večjo prodajo procesorskih čipov v zadnjem času skupaj nastopata Samsung in GlobalFoundries.

Intel kljub vsemu še ni dokončno zavrgel načrtov za sodelovanje z ARM. Veliko bo odvisno tudi od začetnega uspeha ali poloma Intelove nove arhitekture za mobilne naprave, SoFIA.

Jedra ARM Cotrex-A57

Je Skylake ključ do uspeha?

Oktobra lani smo dobili prve ultra tanke notese s procesorji z Intelovo arhitekturo Broadwell-Y, ki je z 22 nm na 14 nm pomanjšana arhitektura Haswell-Y. Petega januarja je Intel na konferenci CES že predstavil tudi procesorje s 14 nm arhitekturo Broadwell-U za lahke in mobilne platforme, kot so: tablice, računalniki 2 v enem in ultra tanki notesi. Intelovi strokovnjaki pričakujejo, da bodo novi procesorji s 35 % manjšo porabe energije (od 7,5 W do 10 W) v povprečju zagotavljali tudi 20 % večjo zmogljivost od svojih predhodnikov z arhitekturo Haswell-U. Konec prvega četrtletja lahko pričakujemo tudi procesorske čipe Core i5 in Core i7 z vgrajenim grafičnim procesorjem Iris 6100, ki bo v celoti strojno podpiral funkcije knjižnice DirectX 12.

Procesorji z arhitekturo Broadwell za namizne računalnike bodo združljivi z obstoječimi osnovnimi ploščami s čipovnimi nabori Z97. Vsi, ki radi »navijajo« svoje računalnike, bodo naslednje leto lahko kupili »odklenjene« procesorje Core i7-5000 z arhitekturo Broadwell-K, kasneje pa še Core i7-6000 z arhitekturo Skylake-S.

Skylake in izpeljanka, Braswell, sta povsem novi arhitekturi. V drugi polovici letošnjega leta naj bi najprej dobili Intel Atom za prenosne računalnike in mini PCje s 14 nm arhitekturo Braswell (ne le pomanjšani Haswell-Y), nazadnje pa še posodobitve drugih procesorskih družin z arhitekturo Skylake. Toda arhitektura Skylake bo zahtevala novo procesorsko podnožje, LGA1151, in nov čipovni nabor iz serije 100. Menjavi osnovne plošče se tako ne bo mogoče izogniti.

Neuradno naj bi zmogljivejši procesorji Skylake ne imeli več vgrajenega napetostnega regulatorja, ki se med delovanjem procesorja zelo segreva. Izvedba slednjega v ločenem vezju bo znatno zmanjšala količino odvečne toplote, ki jo je treba odvesti iz procesorskega čipa, in omogočila, da bo hitreje deloval. Kljub temu bo treba za ustrezno hlajenje zunanjega napetostnega regulatorja na osnovni plošči zdaj poskrbeti posebej. Napetostni regulator naj bi ohranili le procesorji z ultra nizko porabo energije.

Novosti se obetajo tudi na področju pomnilniških tehnologij. Arhitektura Skylake bo poleg pomnilniških modulov DDR3 podpirala tudi module DDR4. Toda ni še jasno, ali bodo na voljo tudi kombinirane osnovne plošče, ki bodo hkrati podpirale obe vrsti pomnilniških modulov. Kljub temu je pričakovati, da bodo lahko imeli novi računalniki do več deset GB glavnega pomnilnika.

Procesorski predpomnilniki naj bi se krepko povečali. Čeprav je v procesorski čip vgrajeni grafični procesor pogosto premalo zmogljiv za navdušene igričarje, naj bi bila dodana še podpora DirectX 12 in predpomnilnik na četrtem nivoju (L4, angl. layer 4), ki naj bi bil vrste eDRAM in naj bi imel 128 MB, to je toliko kot pri arhitekturi Broadwell. Posodobljeni naj bi bili tudi vektorski procesorski ukazi in registri, ki bodo veliki 512 bitov, kot zahteva standard AVX 3.2/512F.

Intel MPX (Memory Protection Extensions, slov. razširitve za zaščito pomnilnika) naj bi zagotovil boljšo zaščito pomnilnika. V ta namen bodo dodani novi registri in novi strojni ukazi.

Skylake predvideva novosti tudi na področju tehnologij varovanja podatkov. Nove naj bi bile razširitve Intel SHA-1 in SHA-256 (Secure Hash Algorithms, slov. algoritmi za varnostne kode), s katerimi bi procesor lahko nad podatki računal varnostne kode. Na podlagi slednjih je med drugim mogoče ugotoviti, ali je bil neki dokument neavtorizirano popravljan.

Mogočih naj bi bilo tudi do 20 vmesnikov PCI Express 3.0, osnovne plošče z arhitekturami Skylake-E/EP/EX pa naj bi imele še podporo za vodilo PCI Express 4.0. Vendar bo njihova dejanska implementacija odvisna od izdelovalcev osnovnih plošč. Pričakovati je, da bodo imeli cenejši izdelki manj možnosti za razširitve.

A kljub temu nikar preveč ne hitite v trgovino po nov računalnik z arhitekturo Skylake. Strokovnjaki predvidevajo, da bodo brez vektorske strojne kode po standardu AVX pri enakem taktu novi procesorji la za okoli 7 % hitrejši od procesorjev z arhitekturo Ivy Bridge.

Evolucija tehnologij izdelave tranzistorjev za računalniške čipe

Procesorji AMD Carrizo

AMD z novo strategijo

AMD za letos obljublja le 20 nm tehnologijo. Toda projekt Skybridge, katerega ime spominja na Intelov Skylake, obeta nove APU (pospešena procesna enota, angl. accelerated processing unit) in SoC z arhitekturama K12 (združljiva z x64) in ARMv8. Podnožja novih SoC z jedri Cortex-A57 bodo združljiva s podnožji SoC z arhitekturami x86, ki bodo temeljila na novih procesorskih jedrih AMD Puma+. Slednje je AMD pred kratkim predstavil kot novi družini APU: Mullins in Beema.

Po drugi strani bodo procesorji z jedri ARM Cortex-A57 zelo dobro prilagojeni operacijskemu sistemu Android in bodo AMD omogočili lažji vstop v segment mobilnih telefonov, tablic in drugih mobilnih računalniško podprtih naprav.

Projekt Skybridge bo podprl tudi novo heterogeno sistemsko arhitekturo (HSA, angl. Heterogeneous System Architecture). Procesorji s HSA 1.0, ki naj bi bili na voljo že letos, bodo splošnonamenski in bodo uporabni predvsem v zgoščenih (multiračunalniških) strežnikih, kot vgrajeni procesorji za različne naprave ali poluporabniško zasnovane sisteme, pa tudi v odjemalskih platformah z izjemno nizko porabo energije.

Enajstega novembra lani je AMD na enem izmed dogodkov predstavil nove procesorje s kodnim imenom Carrizo, s katerimi naj bi uspešno pariral zadnjim Intelovim procesorjem. Nova arhitektura x86 Excavator predvideva tudi nekoliko okrnjeno različico Carrizo-L, obe pa bosta združljivi s HSA 1.0. Carrizo. V procesorske čipe bo vgrajen tudi grafični procesor iz serije Radeon R9 z arhitekturo Volcanic Islands. Izgubna moč bo med 45 W in 65 W, kar predstavlja skoraj še enkrat manjšo porabo, kot jo imajo danes aktualni procesorji Kaveri in Berlin z arhitekturo x86 Steamroller, ki jih AMD trži od lani.

AMD namerava letos predstaviti tudi novo generacijo procesorjev z jedrom »K12« ARM Core, ki jo bo ARM pripravil izključno za AMD in bo temeljila na arhitekturi ARMv8. Zgrajeni naj bi bili s 16 nm ali 14 nm tehnologijo FinFET. Tako bi AMD tudi po tehnološki plati dosegel stopnjo razvoja, na kateri je danes Intel. Vendar Intel za prihodnje leto napoveduje že procesorje z 10 nm arhitekturo Cannonlake. Zato AMDju prav gotovo ne bo lahko nadoknaditi zamujenega …