Przegląd architektury Broadwell dla tabletów i hybryd

Na łamach tabletowo kilka razy pisaliśmy już o architekturze Broadwell, głównie ze względu na informacje na temat Core M i cieniutkich, bezwentylatorowych tabletów z tym procesorem. Do tej pory jednak bardzo niewiele wiadomo było na temat samej technologii jak i przyszłych czipów.

Po wczorajszej konferencji Intela Advancing Moore’s Law in 2014 mamy znacznie więcej informacji. Nie chcę zanudzać Was technologicznymi szczegółami, ale niektórych z nich nie sposób ominąć. Zaczniemy jednak od samego nazewnictwa i nomentklatury. Jeśli śledzicie poczynania Intela, słyszeliście pewnie o cyklu tick-tock. Jest to dwuletni cykl, podczas którego co roku ukazuje się nowa architektura. Przeanalizujmy to na przykładzie czterech ostatnich generacji procesorów od tej firmy. Cykl tick zawsze wprowadza nowy, mniejszy proces litograficzny – na przykład przejście z 22 nm na 14 nm. Cykl tock utrzymuje poprzednią litografię, jednak wprowadza zmiany architektoniczne oraz systemowe, które pozwalają na jeszcze większą redukcję poboru prądu i zwiększenie mocy obliczeniowej.

Najważniejszą zmianą przy przejściu z Haswella na Broadwell będzie zmniejszenie procesu litograficznego do poziomu 14 nm, co jeszcze kilka lat temu wydawało się nieprawdopodobne. Zwykle nowa generacja procesorów Intela trafiała najpierw do desktopów, a dopiero później powstawały wersje mobilne. W tym przypadku będzie odwrotnie – już na zimowe święta mają zadebiutować urządzenia 2 w 1 i tablety z pasywnie chłodzonym procesorem Core M (Broadwell).

Najpierw jednak powinniśmy wyjaśnić sobie czym jest Core M i do czego odnosi się ta nazwa. Najprościej rzecz ujmując, jest to następca serii Haswell-Y czyli Extreme low-power. Procesory z rodziny Haswell-Y znalazły się w takich urządzeniach jak Surface Pro 3 (wersja i3), Dell XPS 11, Sony Vaio Tap czy HP Spectre 13 X2, który był chłodzony pasywnie, bez wentylatora. Już na podstawie tych danych widać, że pozbycie się aktywnego chłodzenia nie jest absolutną nowością w serii Core. Do tej pory jednak było to problematyczne, a urządzenia z których wyeliminowano wentylator mocno się grzały i sztucznie obniżały swoje taktowanie. Podsumowując – Core M (inaczej Broadwell-Y) to bezpośredni następca Haswell-Y dedykowany dla tabletów i urządzeń 2 w 1 z pasywnym chłodzeniem.

W kontekście Intela, brak wentylatorów kojarzył się do tej pory głównie z Atomami. Czy Core M ma konkurować z tą rodziną albo ją zastąpić? Nic z tych rzeczy. Procesory architektury Broadwell będą skierowane do urządzeń klasy premium, które będą kosztować znacznie więcej niż ich tańsze alternatywy z Atomami Bay Trail czy wkrótce Sherry Trail. Jednym z takich urządzeń będzie Asus Transformer Book Chi o grubości 7,5 mm i przekątnej ekranu 12,5 cala zaprezentowany podczas tegorocznych targów Computex.

Po szczegóły dotyczące architektury odsyłam do prezentacji z wczoraj, ale chciałbym skupić się na kilku punktach. Najważniejsze elementy, które osiągnięto projektując Core M to miedzy innymi: umożliwienie produkcji urządzeń cieńszych niż 9 mm z pasywnym chłodzeniem, prawie dwukrotne zmniejszenie TDP  (Thermal Design Power, czyli ilość wydzielanego ciepła, którą trzeba odebrać z jednostki centralnej), zmniejszenie wymiarów samego czipa (50% mniejsza powierzchnia, 30% cieńszy) oraz zmniejszenie poboru prądu o 60% w trybie bezczynności (idle). Jak tego dokonano?

O najważniejszej zmianie już powiedzieliśmy. Przejście na niższy, 14-nanometrowy proces litograficzny w naturalny sposób zmniejszyło rozmiary czipa i ograniczyło pobór prądu. Nie są to jednak jedyne zmiany, które przyczyniły się do tak drastycznej poprawy wydajności. Drugim kluczowym czynnikiem jest druga generacja tranzystorów „3D” (FinFET), która przynosi redukcję odstępów między finami o 30% (do 42 nm). Wszystko to przyczyniło się do zniwelowania niekorzystnego zjawiska wycieku i obniżeniu współczynnika koszt/tranzystor, a zmiany architektoniczne pozwoliły zwiększyć liczbę wykonywanych rozkazów na cykl o 5-6%.

Intel zaprezentował też bardzo ciekawy wykres przedstawiający jaką grubość i jaką moc TDP mogą mieć bezwentylatorowe procesory o różnych przekątnych ekranu (dla metalowej obudowy, temperatury otoczenia 25 stopni i temperatury skóry – 41 stopni). Co najciekawsze, tablet 10,1 cala mógłby zejść do niewiele powyżej 3 W TDP zachowując grubość na poziomie 7 mm. Jeśli zwiększymy ten wymiar do 12 mm, osiągniemy 4,5 W TDP, a co za tym idzie większe moce obliczeniowe. Seria Core M (Broadwell Y) będzie natywnie wspierać 4K, co nie było możliwe w przypadku Haswell-Y. Warto wspomnieć, że Core M doczekał się dedykowanej optymalizacji i jego architektura będzie wyglądać trochę inaczej niż wyższe serie takie jak Broadwell-U. Zmniejszono pojemność elektryczną o 15%, minimalne napięcia punktu pracy o 10%, a zmniejszenie wpływu wycieku spowodowało oszczędność kolejnych 10% pobieranej mocy – ten ostatni parametr uzyskano między innymi przez obniżenie temperatur układu podczas jego regularnej pracy (wyciek jest zależny między innymi od temperatury).

Zmniejszenie wymiarów fizycznych pozwoli producentom na projektowanie jeszcze cieńszych urządzeń, a grubość układu sprawia, że w większości przypadków, procesor nie będzie wystawał ponad pozostałe elementy obwodu elektrycznego, co ułatwi pracę konstruktorom. Możemy zatem oczekiwać, że już w te święta doczekamy się fali (mniejszej lub większej) tabletów z procesorami Core M, pasywnym chłodzeniem i wysoką wydajnością, pozostawiającą daleko w tyle Atomy. Pytanie tylko – czy potrzebujemy takich urządzeń? Jeśli ktoś wykorzystuje tablet tylko do rozrywki – Atom Bay Trail czy już niedługo Sherry Trail w zupełności mu wystarczy. Jeśli ktoś jednak szuka urządzenia do pracy – Core M może okazać się zbyt słaby do ciężkich obliczeniowo zadań. Czy potrzebny nam tablet za 700-800 $ (tyle pewnie będą one kosztować), który plasuje się gdzieś pomiędzy klasycznymi dachówkami a ultrabookami? To pytanie wciąż pozostaje otwarte.

Czy oznacza to jednak, że Broadwell wreszcie wyeliminuje wentylatory z hybryd i laptopów? Nic z tych rzeczy. Mógłbym się założyć, że nowy MacBook Air z Broadwellem czy Surface Pro 4 będą wyposażone w czipy z serii U, a nie Y i chłodzone będą nadal aktywnie. Dlaczego? Core M (Broadwell-Y) jest tylko nieznacznie mocniejszy niż procesory i3 z rodziny Haswell-Y, a taka wydajność na pewno byłaby dużym krokiem wstecz dla Apple czy Microsoftu. Na pozbycie się aktywnego chłodzenia z tej klasy urządzeń będziemy musieli poczekać do architektury Skylake, a może i jeszcze dłużej. W każdym razie – nie wcześniej niż na początku roku 2016.