Diagramme de puce de processeur Intel Lakefield: un cœur (Sunny Cove) et quatre



cœurs Atom (Tremont) Il y a dix ans, ARM a introduit une architecture hétérogène pour les processeurs multicœurs big.LITTLE avec différents cœurs: certains étaient de haute performance et d'autres étaient économes en énergie. Ce système hybride a considérablement réduit la consommation d'énergie du processeur pendant que les applications s'exécutaient en arrière-plan (c'est-à-dire presque toujours). Le résultat a été une augmentation de la durée de fonctionnement des appareils.



En 2019, l'architecture hétérogène a finalement été utilisée par Intel pour la première fois dans les processeurs x86. En 2020, deux processeurs Lakefield avec une configuration 1 + 4 (un Core et quatre Atom core) entreront sur le marché, écrit AnandTech.

Processeurs Lakefield

CPU

Benchmarks

Les processeurs eux-mêmes ne sont pas encore apparus dans le domaine public, il ne reste donc plus qu'à se concentrer sur les benchmarks d'Intel. La société ne donne que deux comparaisons: avec Amber Lake-Y, c'est-à-dire le 5W i7-8500Y, et le i5-L16G7 avec lui-même en modes 1 + 4 et 0 + 4 (en fait, une comparaison avec la conception Atom quad-core).



Sur le premier point par rapport à Amber Lake-Y:

• + 12% de performances d'un seul thread SPEC2006 (3,0 GHz pour Lakefield contre 4,2 GHz pour Amber Lake-Y)
• + 70% de performances graphiques 3DMark11 par rapport au HD615 (24 EU, Gen 9.5 @ 1.05 GHz, 2x4 GB LPDDR3-1866) vs. HD (64 EU, Gen11 @ 500 MHz, 2x4 GB LPDDR4X-4267)
• + 24% d'efficacité énergétique par watt sur WebXPRT 3
• + 100% de charge AI sur les graphiques, package ResNet50 128 sur OpenVINO

Le mode 1 + 4 par rapport à 0 + 4 donne une augmentation de 33% des performances Web et de + 17% de l'efficacité énergétique. Fondamentalement, pour la plupart des tâches, Lakefield fonctionnera comme un Atom quadricœur.





Testé en usine pour la durabilité des processeurs Intel Lakefield. Photo: AnandTech



Pourquoi un processeur a-t-il besoin d'un «gros» cœur? Il est nécessaire de gérer les interruptions de priorité la plus élevée lorsqu'il est nécessaire de fournir la latence minimale: appuyer sur l'écran, taper sur le clavier, etc. Cela garantit la réactivité de l'appareil même aux moments de charge maximale des quatre autres cœurs.

Comment fonctionnent les processeurs hétérogènes

Lakefield combine un gros noyau et quatre petits noyaux Atom sur une seule puce. Dans les revues courantes, ces processeurs x86 peuvent être appelés "cinq cœurs" et sont généralement écrits comme 1 + 4.





Taille du processeur 12 * 12 mm



L'objectif d'Intel est de combiner les avantages du cœur Atom économe en énergie avec le cœur Core plus gourmand en énergie, mais plus gourmand en énergie. Le résultat est un processeur intermédiaire entre les conceptions «all Atom» 0 + 4 et «all Core» 4 + 0.



Le moyen le plus simple de comparer Lakefield est d'utiliser les anciens processeurs Atom quad-core, qui ajoutaient un gros cœur. Un cluster de quatre cœurs Atom plus petits prend en charge de grandes charges de travail simultanées, tandis qu'un grand cœur réagit lorsque l'utilisateur charge une application, touche l'écran ou fait défiler le navigateur.



L'architecture hybride est déjà utilisée dans les processeurs ARM et même dans les systèmes d'exploitation Windows, comme les processeurs Qualcomm Snapdragon dans les ordinateurs portables comme le Lenovo Yoga (conception 4 + 4). Qualcomm a beaucoup travaillé avec Microsoft pour développer un planificateur approprié capable de gérer les charges de travail entre différentes conceptions de cœur de processeur.





Visualisation de la conception de différentes architectures CPU hétérogènes (sans échelle)



La principale différence entre Qualcomm et Intel réside dans le support logiciel: les processeurs Qualcomm exécutent des instructions ARM, tandis que les processeurs Intel exécutent des instructions x86. La plupart des programmes Windows sont conçus pour les instructions x86, ce qui limite les performances de Qualcomm sur le marché traditionnel des ordinateurs portables. La conception de Qualcomm permet en fait le «streaming x86», mais la portée est limitée et les performances sont pénalisées. Cependant, les travaux dans ce sens se poursuivent.

Disposition 3D Foveros

L'ensemble du microcircuit est placé dans un boîtier de 12 * 12 mm ² , donc le silicium réel est beaucoup plus petit: la surface du microcircuit inférieur est de 92 mm ² et celle du haut de 82 mm ^2.



La conception générale d'un CPU avec une disposition tridimensionnelle de Foveros est illustrée dans le diagramme ci-dessus. Comme vous pouvez le voir, le microcircuit informatique principal est situé en haut et celui de base en dessous.







La couche supérieure à 13 couches est fabriquée à l'aide de la technologie de procédé 10 nm et la couche inférieure à 10 couches est fabriquée à l'aide de la technologie de procédé 22 FFL.

Microcircuit informatique

Comme indiqué dans le tableau, les microcircuits diffèrent les uns des autres et sont fabriqués en utilisant une technologie de procédé différente.







Les graphiques Gen 11 occupent 37% de la surface, la configuration est la même que dans les processeurs Ice Lake. Ci-dessus se trouve le cœur de Sunny Cove, tout comme Ice Lake. Les ingénieurs d'Intel ont déclaré qu'ils avaient physiquement supprimé les registres AVX-512 de la puce, bien qu'ils soient visibles sur la photo.



Vous trouverez ci-dessous quatre cœurs Tremont Atom, à peu près de la taille d'un noyau Sunny Cove.



Contenu de la puce de calcul:

• 1 x noyau Sunny Cove avec cache L2 de 512 Ko
• 4 cœurs Tremont Atom, 1536 KiB L2 cache tout
• 4 Mo de cache de dernier niveau
• Dissocier et sonner les interconnexions
• 64 unités de calcul de graphiques Gen11
• Moteurs graphiques Gen11, 2 x DP 1.4, 2x DPHY 1.2,
• Noyau multimédia Gen11 prenant en charge la vidéo 4K à 60 ips et 8K à 30 ips
• Unité de traitement d'image (IPU) v5.5, prend en charge jusqu'à six caméras 16MP
• JTAG, Debug, SVID, P-Unit, etc.
• Contrôleur de mémoire LPDDR4X-4267

Alimentation et conception des points de signal TSV (via des vias silicium)

Puce de base

Photo de la puce de base inférieure



La puce de base est beaucoup plus simple et est fabriquée à l'aide de la technologie de processus 22FFL, qui est une version optimisée de la technologie de processus de 14 nanomètres avec des restrictions moins strictes, afin qu'Intel puisse produire ces puces sans problème en toute quantité, presque sans déchets. La principale difficulté réside dans les connexions die-to-die entre les deux microcircuits.





Contenu de la puce de base Forevos die-to-die interconnect (FDI)







:

• Un codec audio
• USB 2.0, USB 3.2 génération x
• UFS 3.x
• PCIe génération 3.0
• Hub tactile pour toujours
• I3C, SDIO, CSE, SPI / I2C

Premiers ordinateurs portables et tablettes

Un certain nombre d'ordinateurs portables et de tablettes Lakefield sont déjà en production. Parmi les premiers appareils ... le



Galaxy Book S (également disponible sur les processeurs Qualcomm Snapdragon 8cx avec des spécifications similaires), dont la sortie est prévue en juillet 2020, l'







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et la tablette Microsoft Surface Book Neo, qui devrait sortir plus près de l'hiver.

L'avenir de Lakefield

Même si cette version de Lakefield ne fonctionne pas bien dans les benchmarks, c'est un grand pas pour Intel. Les conceptions hybrides et la liaison multicouche entre les substrats sont présentées dans la feuille de route de développement d'Intel. Tout dépend de combien Intel est prêt à expérimenter et de sa capacité à mettre en œuvre des idées d'ingénierie. Il y a eu des discussions selon lesquelles Intel pourrait envisager une conception de processeur hybride 8 + 8 à l'avenir. On ne sait rien à ce sujet, mais un Ponte Vecchio avec un support multicouche est définitivement prévu pour la fin de 2021.





Taille de la carte mère Lakefield (30 * 123mm) par rapport aux cartes mères des générations précédentes



Peut-être que certains processeurs Intel innovants ne seront pas commercialisés pour les ordinateurs de bureau, mais, par exemple, pour les voitures ou les réseaux 5G. Lakefield est essentiellement un processeur relativement peu performant qui sera installé dans les ordinateurs portables et les tablettes, comme les processeurs Atom. On peut dire à l'avance qu'il ne sera pas facile de rivaliser sur ce segment, en particulier avec les processeurs mobiles AMD et les processeurs ARM comme Snapdragon. Mais plus il y a de concurrence, meilleurs sont les acheteurs.