Intel’in 14nm Düğümü ve Broadwell Core
Intel’in işlemcilerini güncellemek için attığı adımlar iyi belgelenmiştir ve CPU endüstrisini takip eden herkes için eski şapka. Bu, şirketin “tik-tak” stratejisi olarak adlandırılır; burada tık, daha fazla transistörü daha küçük bir kalıba sıkıştırabilen bir düğüm küçültmesini temsil eder ve ardından önemli bir mimari güncellemeyi gösteren bir tıklama gelir. Bu, kabaca bir buçuk yıllık bir döngü içinde kendini tekrar eder. Geçen yılki 22 nm Haswell işlemcisi bir tıkırtıydı, bu nedenle bir sonraki adıma hızla yaklaşıyoruz: esasen 14 nm’ye kadar küçülen bir Haswell kalıbı, bu tik Broadwell olarak bilinir.
Buna zaten aşinaysanız, Intel’in özelliklerinden ne beklediğimizi zaten biliyorsunuzdur: önceki nesil ürüne kıyasla daha küçük işlemciler, daha düşük güç kullanımı, watt başına daha yüksek performans ve benzer genel performans. Bu beklenti, şirketin son birkaç ürün neslindeki tutarlılığını vurguladığı kadar başarıyı küçümsememelidir. Sizi şaşırtabilecek şey, bu ilerlemenin, 9 milimetreden daha ince fansız muhafazaları mümkün kılmak için yeterince düşük bir TDP’ye sahip bir Haswell-Y işlemci ile sonuçlanmasıdır. Bu, Intel’in Core markasının daha önce hiç girmediği bir arena. Ancak daha sonra, analizimize gösterinin yıldızıyla başlayalım: Intel’in yeni 14nm işlem düğümü.
14nm Düğüm: 2. Nesil FinFET
Bir süreç düğümünün sayısal tanımının belirli bir boyuta (yani 22nm düğüm veya 14nm düğüm) atıfta bulunduğunu varsaymak mantıklı görünebilir. Ölçümün transistörün en küçük parçasına (genellikle kapı) karşılık geldiği ilk nesillerde durum böyleyken, bu ilişki artık modern terminolojide mevcut değildir.
Günümüz düğümleri, önceki nesil düğümlere göre ortalama fiziksel ölçeğini belirtmek için tasarlanmış teorik bir temsilden sonra adlandırılır. Örneğin, Intel’in 22nm ile 14nm düğümlerini karşılaştırırsak, transistör kanatçık aralığının (kanatlar arasındaki boşluk) 60nm’den 42nm’ye düşürüldüğünü, transistör kapı aralığının (bitişik kapıların kenarları arasındaki boşluk) 90nm’den 42nm’ye düştüğünü buluruz. 70nm ve ara bağlantı aralığı (bağlantı katmanları arasındaki minimum boşluk) 80nm’den 52nm’ye değişti. 22nm düğümde 108 nanometre kare alan kaplayan bir SRAM bellek hücresi, 14nm düğümde 59nm2’ye kadar ölçeklenir.
Bu boyutlar, 0.70x’lik bir ölçekleme faktöründen (transistör kanatçık aralığı boyutu) 0.54x’e (SRAM bellek hücresi alanı ölçekleme) kadar değişir. 22 sayısını alır ve 0,64x ile çarparsanız, yaklaşık 14 ile sonuçlanırsınız, bu nedenle Intel’in 14nm işlem düğümüne uygun bir sayısal atama atadığını söylemek muhtemelen doğru olur. Aslında Broadwell-Y kalıbı, Haswell-Y kalıbından yaklaşık %63 daha az alana sahiptir.
Intel’in 22nm düğümü, şirketin ilk nesil FinFET (Tri-Gate olarak da bilinir) transistör tasarımıdır. Yeni 14nm süreci, geliştirilmiş yoğunluk için daha sıkı bir kanat aralığına sahip Intel’in ikinci nesil FinFET’ini temsil ediyor. Bunu daha uzun ve daha ince kanatçıklarla birleştirmek, daha yüksek sürücü akımı ve daha iyi transistör performansı ile sonuçlanır. Transistör başına kanat sayısı üçten ikiye düşürüldü, bu da kapasitansı düşürürken yoğunluğu da artırıyor.
Intel’in rakipleri şu anda MOSFET’ten FinFET transistör tasarımlarına geçiyor, ancak şirket, mantık alanı ölçeklendirme söz konusu olduğunda rekabet avantajına sahip olduğunu iddia ediyor. TSMC ve IBM ittifakından yayınlanan bilgilere dayanarak ve ölçekleme formülünü (kapı aralığı x metal aralığı) kullanan Intel, TSMC’nin yakında çıkacak olan 16nm düğümünün 20nm üzerinde hiçbir mantıksal alan ölçekleme iyileştirmesi sağlamadığını ve rekabetin sonraki iki için önemli ölçüde takip edeceğini iddia ediyor. nesiller. Elbette bu formül yalnızca bir ölçü ama TSMC’nin 16nm düğümünün gelecek yıl uygulandığında nasıl performans göstereceğini merak etmemizi sağlıyor. Ayrıca, fizik yasalarının 10nm altında aşılmaz bir engel haline gelip gelmeyeceğini merak etmeliyiz, bu da rekabete Intel’i yakalaması için biraz zaman verebilir. Bunu söyledikten sonra, Moore’
Hızlıca verimlere değinelim. Bu konu söz konusu olduğunda hiçbir yarı iletken şirket tamamen şeffaf değildir, ancak Intel birkaç bilgi paylaştı. Genel anlamda Intel, 22nm işleminin son birkaç düğüm neslinin en yüksek verimini ürettiğini ve 14nm Broadwell SoC veriminin sağlıklı bir aralıkta olduğunu ve iyimser bir yönde eğilim gösterdiğini söyledi. İlk ürünler kalifiyedir ve şu anda toplu üretimdedir ve 2014’ün sonunda beklenen mevcudiyetle birlikte.
Bütün bunların amacı, önceki nesil düğüme kıyasla hem performans hem de watt başına performans artarken, kaçak, güç kullanımı ve transistör başına maliyetin azalmasıdır. Söylediğimiz gibi, bunların hiçbiri sürpriz değil, ancak her zaman memnuniyetle karşılanan bir değişiklik, özellikle de yeni kullanım modellerini mümkün kılıyorsa. Intel’in 14nm düğümünde göndereceği gerçek ürünleri düşündüğümüzde bu devreye giriyor. Bu ürünlerden biri de Intel’in en fazla ayrıntısını paylaştığı yeni nesil mobil çip olan Broadwell-Y. Bir sonraki sayfada bunun hakkında daha fazla konuşacağız, ancak önce tüm Broadwell tabanlı işlemcilerde kullanılacak genel mimari iyileştirmeleri ele alalım.
Broadwell Yakınsanmış Çekirdek
Intel, Broadwell’in Haswell’e göre en az %5 IPC artışına sahip olduğunu iddia ediyor. Bu küçük bir fark, ancak bunun yeni bir mimari taktiği değil, bir süreç iyileştirme işareti olduğu düşünüldüğünde pek de şaşırtıcı değil.
Bu nedenle, iyileştirmeler çoğunlukla mevcut kaynakları güçlendirmenin sonucudur, onları yeniden yapılandırmanın değil. 14nm düğüm yoğunluğu iyileştirmesi, Intel’e transistör eklemek için daha fazla alan sağlayacak kadar başarılıydı, bu yüzden yaptılar: daha büyük bir sıra dışı zamanlayıcı (Intel, boyut farkını belirtmedi) mağazadan yüke daha hızlı iletmeyle sonuçlanır. L2 Çeviri Lookaside Buffer (TLB) 1k girişten 1.5k girişe yükseltildi ve L2’nin yeni 1GB/16 giriş sayfası eklendi. Sayfa yürüyüşlerinin artık paralel olarak gerçekleştirilebilmesi için ikinci bir TLB sayfa kaçırma işleyicisi eklendi.
Kayan nokta çarpanı çok daha verimli, Haswell’in tamamlaması gereken beş döngüyü artık üç saat döngüsünde gerçekleştirebiliyor. Broadwell’de ayrıca bir radix-1.024 bölücü vardır ve vektör toplama işlemlerini gerçekleştirmede iddia edildiği gibi daha hızlıdır. Intel ayrıca şube tahminlerinin ve getirilerinin iyileştirildiğini iddia ediyor.
Bu genel alanların yanı sıra, bazı özel işlevler hedeflendi. Kriptografi hızlandırma talimatları geliştirildi ve sanallaştırma gidiş-dönüşleri daha hızlı. Elbette güç kullanımında azalma Intel’in öncelik listesinde üst sıralarda yer alıyor ve şirket, minimum güç maliyetiyle performans katan özelliklere yalnızca transistörler harcadığını iddia ediyor. Sonraki sayfada, Intel’in Broadwell’de uyguladığı bazı güç geçişleri ve verimlilik optimizasyonları hakkında daha fazla bilgi edineceğiz.
