Intel na 32nm alebo čo bude s procesormi tento rok?

Včera Intel poodhalil svoje plány na najbližšie mesiace a roky – chystá sa rýchle uvedenie 32nm výrobného procesu, 6-jadrovéhu nástupcu Core i7 ale dozvedeli sme sa, že 45nm dvojjadrá na Nehalem architektúre nebudú. Čo všetko nás čaká a čo si budeme môcť možno už onedlho kúpiť, na to a iné sa pozrieme v dnešnom krátkom prehľade roadmapou Intel-u.

Výrobný proces

Na úvod povestný Tick-Tock model:

Tohto plánu sa Intel drží už dlhé roky, a je zrejmé, že veľmi pevne. Pravidelne, každé dva roky vidíme novú výrobnú technológiu, pričom na jednej technológií sa vystriedajú dve architektúry.
Inak to nie je (nebolo) ani s 45nm. Prvé 45nm procesory Penryn sme si mohli kúpiť už v roku 2007, na konci minulého roka Intel predstavil na totožnom výrobnom procese novú architektúru Nehalem.
2007 + 2 = 2009. Teda 32nm bude podľa Tick-Tock taktitky tento rok realitou. V podstate však má Intel 32nm proces hotový už dlhšiu dobu, no prvé produkty sú ešte pomerne ďaleko.

Povedzme si niečo o 32nm výrobnom procese.

Tento obrázok ilustruje, ako Intel vyriešil problém pri zmenšovaní tranzistorov z 65nm na 45nm.
CMOS tranzistory používané v procesoroch sa môžu nachádzať v dvoch stavoch – zapnutom, keď prúd tečie od S (Source) ku D (Drain) a vypnutum, keď by prúd tiecť nemal. Samozrejme nikdy nenastane stav, že vo vypnutom stave nepotečie absolútne žiaden prúd.
Ako sa výrobný proces zmenšoval, zmenšovali sa aj prvky tranzistorov a pri 65nm už Intel prišiel na to, že ďalej jednoducho nemôže zmenšovať bez toho, aby cez G (gate) neunikalo príliš veľa prúdu. Dielektrická vrstva oddeľujúca G od zvyšku tranzistora bola vtedy hrubá 1,2nm (cca 5 atómov). Kvôli tomu sa po prvý krát začali používať nové materiály – pre izolačnú vrstvu tzv. high-k s využitím prvku Hafnium a pre samotnú elektródu bol nasadený kov namiesto polovodiča.

U 32nm výrobného procesu od Intel-u sa stretneme s druhou generáciou tejto techniky výroby tranzistorov. Predovšetkým sa zmenší dielektrická vrstva. Celkovo budú 32nm tranzistory asi o 30% menšie ako súčasné 45nm.
Okrem toho, že na väčšiu plochu bude možné "natlačiť" viac tranzistorov (alebo rovnaký počet na menšiu plochu), výrazne sa má zlepšiť charakteristika výkon/spotreba:

To, na čo sa pozeráte, sú grafy pomeru prúdu v otvorenom stave a v stave uzavretom. Čím je priebeh viac posunutý vpravo, tým je prúd v stave ON vyšší (menší odpor priechodu) a zároveň je prúd v stave OFF nižší (teda nižšie straty). Intel celkom odvážne o novom procese tvrdí, že prúd v otvorenom stave je o 14% až 22% vyšší a zároveň sa znížil nežiaduci prúd o 5 až 10 krát oproti 45nm procesu.
Vďaka tomuto bude možné prevádzkovať 32nm tranzistory na vyšších frekvenciách (overclockeri si už zrejme začínajú mädliť ruky :-) ) alebo výrazne znížiť spotrebu. Navyše Intel sľubuje nárast výkonu o 22% oproti rovnako taktovaným 45nm procesorom.

Vývoj tohto nového procesu je už hotový, teraz chce Intel prerobiť svoje fabriky tak, aby mohli začať vo veľkom produkovať nové procesory na ňom založené. Tu sa zachoval ako pravý vlastenec – plán je investovať 7 miliárd amerických dolárov do štyroch fabrík, všetkých z USA. V čase hospodárskej krízy a všemožných škrtov v rozpočtoch je to (pre domácich) potešujúca správa.

Westmere – Nehalem na 32nm

Tak ako poznáme 45nm procesory a celú platformu (vrátane čispetu) pod menom Nehalem, rovnako sa celá platforma na 32nm bude nazývať Westmere. Pôjde v podstate o 32nm verzie 45nm Nehalemov.

Doteraz sú na trhu však zatiaľ iba tri štvorjadrové procesory architektúry Nehalem – Core i7 965XE, 940 a 920 (onedlho sa objavia dva nové modely – Core i7 975XE a 950). Ďalšie procesory sú naplánované až na druhú polovicu tohto roka:

Pokiaľ sa vám zdá, že tých socketov je nejako priveľa, nemusíte sa obávať – v bežnom predaji sa stretneme iba s dvoma – LGA-1366 (Core i7 - Bloomfield) a LGA-1156 (Core i5 - Lynnfield).
Zaujímavé je tiež, že tento rok sa žiadne nové 45nm dvojjadro konať nebude. Očakávaná novinka Lynnfield alias Core i5 (pravdepodobne) so sebou prinesie lacnejšiu platformu LGA1156 s dvojkanálovým radičom pre DDR3 a štyrma jadrami s podporou HyperThreadingu.

Pôvodne sa do socketu LGA-1156 pre lacnejšie Core i5 mali predávať aj procesory s kódovým značením Havendale. Malo ísť o dvojjadrový čip vyrábaný 45nm procesom a grafické jadro takisto na 45nm, to všetko pod jednou strechou na jednom procesore. Nedávno sme informovali, že celý projekt bol najprv odložený na neskôr, a potom dokonca celkom zrušený. Namiesto Havendale tu bude Clarkdale, rozdiel bude v tom, že procesorové jadrá sa vyrobia už 32nm procesom.

Podobná situácia nastane aj u mobilných čipov – na 45nm sa budú vyrábať iba štvorjadrové Nehalem-y, dvojjadrové procesory novej architektúry prídu až s nasadením 32nm procesu.


32nm prichádza...

Keď sa ale 32nm mašinéria rozbehne naplno, bude to vyzerať zaujímavejšie.
Core i7 so štyrmi jadrami dostane nástupcu v podobe 32nm Gulftown procesora s počtom jadier 6 (vďaka HyperThreadingu sa bude v systéme tváriť ako 12-jadrový procesor).
Pre socket nižšej výkonovej aj cenovej triedy – LGA-1156, sa objavia konečne prvé dvojjadrové procesory Clarkdale s integrovaným grafickým jadrom.
Dvoojadier sa dočkajú aj mobilné počítače s procesormi Arrandale.

Mimochodom, pokiaľ by vás zaujímalo, aké budú tie integrované grafické čipy, pripravte sa možno na sklamanie. Zatiaľ sa totiž tvrdí, že pôjde iba o deriváty súčasných grafických kariet, ktoré sú integrované v Intel čipsetoch (teda napr. Intel X4500HD (G45)).


S príchodom LGA-1156 neskôr tento rok sa podstatne zmení aj štruktúra čipsetov. Do procesorového jadra sa okrem pamäťového radiča premiestni PCIexpress radič, a tak v podstate nezostane nič, čo by musel obsluhovať čip známy dnes ako NorthBridge (severný mostík). Zostane tak na základnej doske iba akýsi Platform Controller Hub (PCH), ktorý sa bude starať o pripojenie diskových radičov, USB, PCI či iných periférií. S procesorom bude prepojený cez pomalšiu (ale plne postačujúcu) zbernicu DMI.

Grafické karty sa budú teraz zbernicou PCIexpress pripájať priamo k procesoru a jeho pamäťovému radiču, výrazne by sa tak mohli znížiť latencie a možno očakávať aj adekvátne zvýšenie grafického výkonu.

Prvým takýmto čipsetom bude Intel P55, platforma sa kódovo bude značiť Ibexpeak.

Nové usporiadanie bude veľmi vhodné pri použití v mobilných počítačoch – okrem toho že sa zníži spotreba vďaka menšiemu počtu čipov na doske, bude možné zmenšiť z rovnakého dôvodu aj rozmery základnej dosky.

Ako bude také riešenie asi vyzerať si môžeme ukázať na tomto diagrame:



A ako bude teda vyzerať ponuka 32nm procesorv keď bude kompletná?

Čo sa týka ponuky čipsetov, bude situácia vcelku jednoduchá – pre high-end tu zostane X58, pre mainstream P50 séria (napr.: P55, P57,...) a pre notebooky taktiež séria 5 v mobilnom prevedení.

Záver

Na záver dnešného prehľadu toho čo nás čaká, si ukážeme pár fotografií už teraz funkčných prototypov, spomenieme nové inštrukcie a zhrnieme celú „udalosť“.




Okrem prechodu na 32nm sa nové procesory dočkajú pridania niekoľkých nových inštrukcií. Vďaka možnosti využiť uvoľnený priestor pridaním ďalších tranzistorov a teda aj funkcií, pribudnú inštrukcie pre akceleráciu šifrovacieho algoritmu AES, konkrétne 6 a jedna osobitná inštrukcia Caryless multiply (PCLMULQDQ, užasná skratka :-) ). Intel uvádza využitie napríklad u šifrovania celých pevných diskov.

Podobnú funkcionalitu už dávno ponúka napríklad VIA u svojich procesorov – PadLock Engine.

Ako teda zhrnúť čo sme sa dozvedeli?
Pokiaľ chcete byť stále TOP a plánujete upgrade na šesťjadro, neváhajte a investujte do Core i7 a LGA-1366 základnej dosky.
Ak sa ale nebojíte pretaktovania a radi by ste v týchto ťažkých časoch aj ušetrili, procesory Lynnfield – Core i5 a dosky s Intel P55 sú pre vás jasná voľba. Teda, budú. Pokiaľ vydržíte a počkáte si na ne, pretaktovaním takmer určite dosiahnete výkonu Core i7 za nižšiu cenu (stále pôjde o štvorjadrové procesory s HyperThreadingom). Rozdiel dvojkanálového a trojkanálového DDR3 radiča zrejme taký výrazný nebude.

Pokiaľ pracujete s notebookmi a máte niektorú z posledných platforiem, počkajte s nákupom ešte aspoň ten jeden rok. Áno, hovorí sa to možno ťažko, rok je doba dlhá, no vyzerá to tak, že 32nm procesory Arrandale budú naozaj stáť za to. Nový proces prinesie citeľne vyšší výkon a aj nižšiu spotrebu vďaka menším tranzistorom a integrovanému grafickému jadru. Navyše na týchto dvojjadrových čipoch s HyperThreadngom pobežia slušne aj aplikácie optimalizované pre viac jadier (ktorých stále viac pribúda).

Je síce zvláštne, že Intel zvolil takúto taktiku – ukázať verejne, čo všetko bude. Bežne by firma radšej predávala to, čo má práve vo výrobe a až keď bude novinka kompletne hotová, vrhne ju na trh. Takto prinúti mnohých vyčkávať a peniaze radšej odložiť, čo v dnešnej situácií nie je pre firmu ideálne. Možno že chcel Intel iba ukázať svetu, že je pred svojim práve sa „prebudeným“ konkurentom kus vpredu (na tomto mieste so mnou budú chcieť mnohí skalní fanúšikovia AMD „podiskutovať“ :-) ), aspoň čo sa výrobného procesu týka. AMD práve uviedlo svoje prvé 45nm procesory Phenom II, ktoré majú veľmi pozitívny ohlas, Intel tak chcel dať jasne najavo, že on už má pripravené 32nm procesory...



Zdroj: Anandtech, TechConnect, PCWatch