14-нм вузол Intel і ядро Broadwell
Кроки, які Intel вживає для оновлення своїх процесорів, добре задокументовані, і це старий капелюх для всіх, хто слідкує за індустрією процесорів. Це називається стратегією компанії «тік-так», коли тик являє собою скорочення вузла, яке може втиснути більше транзисторів у менший кристал, за яким слід так, що вказує на значне оновлення архітектури. Це повторюється в циклі приблизно півтора року. Торішній 22-нм процесор Haswell був неперевершеним, тож ми швидко наближаємося до наступного кроку: по суті, матриця Haswell скорочується до 14 нм, цей тік відомий як Broadwell.
Якщо ви вже знайомі з цим, то ви вже знаєте, чого ми очікуємо від Intel: менші процесори, нижче енергоспоживання, вища продуктивність на ват і подібна загальна продуктивність порівняно з продуктом попереднього покоління. Це очікування не повинно применшувати досягнення настільки, наскільки підкреслити послідовність компанії за останні кілька поколінь продуктів. Те, що вас може здивувати, так це те, що цей прогрес призвів до процесора Haswell-Y з достатньо низьким TDP, щоб забезпечити безвентиляторні корпуси товщиною менше 9 міліметрів. Це арена, на яку бренд Intel Core ніколи раніше не заходив. Але докладніше про це пізніше, давайте почнемо наш аналіз із зірки шоу: нового 14-нм технологічного вузла Intel.
14-нм вузол: 2-е покоління FinFET
Може здатися розумним припустити, що числове позначення вузла процесу відноситься до певного виміру (тобто вузол 22 нм або 14 нм вузол). Хоча це було в ранніх поколіннях, де вимірювання відповідало найменшій частині транзистора (зазвичай затвору), це співвідношення більше не існує в сучасній номенклатурі.
Сучасні вузли названі на честь теоретичного представлення, призначеного для вказівки середнього фізичного масштабу відносно вузлів попереднього покоління. Наприклад, якщо порівняти вузли Intel від 22 нм до 14 нм, ми виявимо, що крок транзисторного ребра (відстань між ребрами) зменшився з 60 нм до 42 нм, а крок транзисторного затвора (простір між краєм сусідніх воріт) збільшився з 90 нм до 70 нм, а крок між з’єднанням (мінімальний простір між шарами з’єднання) змінився з 80 нм до 52 нм. Комірка пам’яті SRAM, яка займає 108 квадратних нанометрів на 22-нм вузлі, зменшується до 59 нм2 на 14-нм вузлі.
Ці розміри коливаються від коефіцієнта масштабування 0,70x (розмір кроку ребра транзистора) до 0,54x (масштабування області комірки пам’яті SRAM). Якщо ви візьмете число 22 і помножите його на 0,64x, ви отримаєте приблизно 14, тому, ймовірно, буде справедливо сказати, що Intel присвоїла відповідне числове позначення своєму 14-нм технологічному вузлу. Фактично, матриця Broadwell-Y має приблизно на 63% меншу площу, ніж матриця Haswell-Y.
22-нм вузол Intel — це транзистор першого покоління FinFET (також відомий як Tri-Gate). Новий 14-нм процес являє собою FinFET другого покоління Intel з більш жорстким кроком ребра для покращення щільності. Поєднання цього з більш високими та тонкими ребрами призводить до більшого струму приводу та кращої продуктивності транзистора. Кількість ребер на транзистор зменшено з трьох до двох, що також покращує щільність при зниженні ємності.
Конкуренти Intel в даний час переходять від транзисторів MOSFET до FinFET, але компанія стверджує, що вона має конкурентні переваги, коли справа доходить до масштабування логічної області. На основі опублікованої інформації від TSMC та альянсу IBM, а також за допомогою формули масштабування (крок воріт x крок металу), Intel стверджує, що майбутній 16-нм вузол TSMC не дає покращення масштабування логічної області понад 20 нм і що конкуренція значно відступить у наступні два. поколінь. Звичайно, ця формула є лише одним показником, але вона змушує нас зацікавитися тим, як працюватиме 16-нм вузол TSMC, коли його впровадять наступного року. Ми також повинні задатися питанням, чи не стануть закони фізики нездоланним бар’єром під 10 нм, що може дати конкуренції деякий час, щоб наздогнати Intel. Сказавши це, Мур
Давайте швидко торкнемося врожайності. Жодна компанія з виробництва напівпровідників не є повністю прозорою, коли справа доходить до цієї теми, але Intel поділилася кількома ласими шматочками інформації. Загалом, Intel повідомила нам, що її 22-нм процес дає найвищу продуктивність за останні кілька поколінь вузлів, а вихід 14-нм SoC Broadwell знаходиться в нормальному діапазоні та має оптимістичний напрямок. Перші продукти є кваліфікованими і в даний час виробляються масово, і очікується, що вони будуть доступні в кінці 2014 року.
Суть всього цього полягає в тому, що витік, споживання енергії та вартість транзистора зменшуються, а продуктивність і продуктивність на ват збільшуються в порівнянні з вузлом попереднього покоління. Як ми вже говорили, все це не є несподіванкою, але це завжди бажана зміна, особливо якщо вона дозволяє використовувати нові моделі використання. Це вступає в гру, коли ми розглядаємо фактичні продукти, які Intel буде поставляти на 14-нм вузлі. Одним з таких продуктів є Broadwell-Y, мобільний чіп наступного покоління, про який Intel поділилася найбільше подробиць. Ми поговоримо більше про це на наступній сторінці, але давайте спочатку розглянемо загальні архітектурні вдосконалення, які будуть використані для всіх процесорів на базі Broadwell.
Конвергентне ядро Бродвелла
Intel стверджує, що Broadwell може похвалитися збільшенням IPC щонайменше на 5% порівняно з Haswell. Це незначна різниця, але не дуже дивно, враховуючи, що це галочка вдосконалення процесу, а не нова архітектура.
Таким чином, покращення здебільшого є результатом посилення наявних ресурсів, а не їх реорганізації. Покращення щільності вузлів 14 нм було досить успішним, щоб дати Intel більше місця для додавання транзисторів, тому вони зробили: більший планувальник виходу з ладу (Intel не вказала різницю в розмірах) призводить до швидшої пересилання від магазину до завантаження. Буфер L2 Translation Lookaside Buffer (TLB) збільшено з 1k до 1,5k записів, а також додано нову сторінку входу L2 1GB/16. Додано другий обробник пропуску сторінки TLB, щоб тепер можна було паралельно виконувати сторінки.
Множник з плаваючою комою набагато ефективніший, тепер він може виконувати за три тактових такти, які Haswell займає п’ять циклів. Broadwell також має дільник radix-1024 і нібито швидше виконує операції збирання векторів. Intel також стверджує, що передбачення гілок і віддача покращено.
Окрім цих загальних областей, були націлені деякі специфічні функції. Покращено інструкції для прискорення криптографії, а обміни віртуалізації швидшими. Звичайно, зниження енергоспоживання займає перше місце в списку пріоритетів Intel, і компанія стверджує, що витрачала транзистори лише на функції, які додають продуктивність з мінімальними витратами електроенергії. На наступній сторінці ми дізнаємося більше про деякі з оптимізацій потужності та ефективності, які Intel реалізувала в Broadwell.
