Секреты процессоров Haswell и повышение энергоэффективности будущих чипов Intel

На этой неделе проводится международная конференция Solid-State Circuits (ISSCC), где разработчики-практики и исследователи-фундаменталисты могут встретиться и обсудить последние веяния в мире полупроводниковых технологий и их будущие перспективы. В этом году в рамках конференции компания Intel проведёт несколько презентаций, где расскажет ранее неизвестные подробности относительно процессорной архитектуры Haswell и будущих мобильных процессоров со сверхнизким энергопотреблением.

Выпустив чипы Haswell под кодовым именем Crystal Well с 40 исполнительными блоками GPU и памятью EDRAM на кристалле объёмом 128 Мб, разработчики умолчали о таких их характеристиках, как площадь чипа, тактовая частота и архитектурные особенности. Теперь они поведали, что эта память представляет собой отдельный чип площадью 77 кв. мм, работающий на частоте 1 ГГц и напряжении 1 В. Интерфейс между центральным и графическим процессором называется on Package I/O (OPIO), и доступен он в двух разновидностях. В энергоэкономичных чипах Haswell-ULT он представляет собой мост между Platform Controller Hub и остальным ядром с пропускной способностью 4 Гб/с. В остальных процессорах Crystal Well интерфейс способен передавать 102 Гб/с, потребляя всего 1 Вт энергии.

Интегрированный на кристалл регулятор напряжения (FIVR, Full Integrated Voltage Regulator) призван минимизировать время перехода между простоем и состоянием полной загрузки. Выход из спящего режима у него занимает 320 нс (наносекунд), а переход в режим Turbo 100 нс.

Что касается размеров процессоров: площадь 4-ядерных моделей с GPU GT3 (40 исполнительных блоков) равна 260 кв. мм плюс вышеупомянутые 77 кв. мм на память. 4-ядерные чипы с GT2 (20 блоков) занимают 177 кв. мм.

Если же посмотреть в будущее, то цель поставлена добиться возможности экзаскалярных вычислений к 2020 году, а для этого нужно увеличивать энергоэффективность ещё дальше. В 2012 году были представлены процессоры Pentium с кодовым именем Claremont на 32 нм процессе с использованием технологии Near Threshold Voltage, радикально снижающей расход энергии. С тех пор Intel проделала немало работы в данном направлении.

Компания показала графическое ядро, в котором по сравнению с современными эффективность (Гфлопс/Вт) при аналогичном рабочем напряжении в номинальном режиме выше в 2,7 раз, а в пиковом режиме в 1,4 раза. Таким образом, работа над повышением уровней производительности процессоров при сохранении уровней TDP идёт полным ходом.