Intel 4 предвещает сегментированное будущее мобильных процессоров

Во время вступительного выступления на мероприятии Intel Innovation в Сан-Хосе генеральный директор Пэт Гелсингер раскрыл множество подробностей о будущей клиентской платформе Meteor Lake. Intel Meteor Lake знаменует собой начало новой эры для производителя чипов, поскольку он отходит от беспорядочной 7-узловой системы Intel и начинает выпуск собственной 3D-упаковки Foveros с литографией EUV для своей будущей клиентской мобильной платформы. Meteor Lake впервые использует плиточную, дезагрегированную архитектуру чипов для своих процессоров, ориентированных на потребителя, меняя природу потребительских чипов Intel в будущем. По словам Intel, все эти изменения позволили им добиться значительных успехов на рынке мобильной связи.

Первый потребительский процессор Intel на базе набора микросхем разделяет общие функции современного процессора на четыре отдельных блока: вычисления, графику, SOC и плату ввода-вывода. В состав вычислительной платы входит новая пара ядер: ядро ​​P под названием Redwood Cove и новое ядро ​​E под названием Crestmont. Оба ядра обещают преимущества IPC по сравнению со своими предыдущими аналогами, но, пожалуй, самым интересным нововведением является новый тип электронного ядра, встроенный непосредственно в плату SoC, которую Intel называет «островом с низким энергопотреблением». Эти новые ядра LP E разработаны с учетом того, что легкие рабочие нагрузки и операции могут быть удалены из наиболее энергоемких вычислительных блоков и полностью перенесены на более эффективные блоки с меньшим энергопотреблением. Другие ключевые дополнения включают первый в мире блок нейронных процессоров (NPU) Intel, который размещен в SoC и предназначен для обеспечения встроенных возможностей искусственного интеллекта для вывода и рабочих нагрузок, прокладывая путь в будущее.

С помощью Meteor Lake Intel стремится позиционировать себя более конкурентоспособно на рынке мобильных устройств за счет заметных улучшений в иерархии основных вычислений, графической платы Intel Xe-LPG Arc на базе Arc, которая призвана расширить возможности встроенной графики, и NPU, добавляющего множество новых возможностей. преимущества — это преимущества искусственного интеллекта. Meteor Lake также создает основу для Intel и модульной разборки: упаковка Foveros 3D станет основой дорожной карты процессоров Intel на будущее, а процесс Intel 4 дебютирует и послужит отправной точкой для того, что станет следующей опорой Intel в области узлов. на всех своих заводах используется Intel 3.

Intel Meteor Lake: Intel 4 с использованием инкапсуляции Foveros 3D

Архитектура Intel Meteor Lake — это не просто еще одна итерация в длинной череде разработок процессоров; По мнению компании, это революционный шаг вперед. Во время тура Intel Technology Tour в Пенанге (Малайзия) в 2023 году Мишель Джонстон Холхаус, исполнительный вице-президент и генеральный менеджер группы Intel Customer Computing Group (CCG), красноречиво отметила, что Intel достигла переломного момента в своей дорожной карте обслуживания клиентов. Более подробная информация о Meteor Lake была представлена ​​во время технологического тура Intel в Малайзии. Эта архитектура является шагом вперед по сравнению с существующими процессорами клиентов с точки зрения производительности по мере продвижения по дорожной карте Intel «5 узлов за 4 года».

Meteor Lake построен на детальной архитектуре Intel, реализованной в пакетах Foveros. Это сделано для повышения производительности и энергоэффективности. Сама архитектура состоит из четырех уникальных и отдельных плиток, соединенных с помощью технологии упаковки Intel Foveros 3D. Сюда входит вычислительная плата, построенная на базе процессора Intel 4, а графическая плата построена на узле N5 TSMC. Две другие плитки, которые Intel реализует в Meteor Lake, представляют собой плитки SoC, которые действуют как центральный узел через встроенный NOC. Это первый раз, когда Intel использует технологию Network-on-Chip (NOC) в своих клиентских процессорах — упрощенный подход к NOC в существующих FPGA Agilex. В то время как в Agilex NoC распределяется по разным целям NoC и переключение происходит внутри инфраструктуры NoC, в Meteor Lake он подключается напрямую к фабрике ввода-вывода через IoC, который затем перемещается в фабрику ввода-вывода. Сам NoC напрямую связан с графическими плитками, вычислительными плитками и другими компонентами SoC.

Этот модульный подход позволяет создать комплексную и масштабируемую архитектуру управления питанием, которая поддерживает сегментацию, позволяя каждому блоку работать независимо. Эта разделенная конструкция отдает приоритет производительности за счет устранения узких мест в полосе пропускания за счет таких вещей, как ввод-вывод в монолитной конструкции, и нацелена на повышение энергоэффективности. Возможно, наиболее примечательным элементом классификации является то, что Intel может определять конкретные полупроводниковые процессы для каждого элемента и не ограничивается одним узлом процесса. Помимо преимуществ плиточной архитектуры в области энергоэффективности и занимаемого пространства, для Intel дешевле производить процессоры с меньшим количеством масок через EUV, но это позволяет Intel распространять новый IP на будущие продукты, сохраняя при этом ту же базу, что является еще одной экономией средств. фактор (для Intel).

По сравнению с портативным Raptor Lake, который изготовлен с использованием многочиповой упаковки (MCP), Meteor Lake использует корпус Foveros BGA и обеспечивает межсоединения с низким энергопотреблением, которые, как подтвердила Intel, имеют небольшой штраф за энергопотребление — от 0,15 до 0,3 пикоджоуля. (pJ) Связь между плитками. Некоторые из преимуществ Foveros включают в себя лучшую настраиваемость с помощью тайлов, что позволяет Intel производить чипы и реализовывать определенные тайлы и IP в зависимости от класса чипа и т. д., низкое энергопотребление с большим количеством операций ввода-вывода или высокопроизводительные плитки со всеми новейшими гаджетами. и вещицы. Поскольку узел Intel 7 не так жизнеспособен, как они надеялись, Intel обещает более высокую пропускную способность чипов на Intel 4, который использует меньше места для кристаллов на основе логики.

Управление питанием осуществляется с помощью масштабируемой системы управления питанием, которая поддерживает независимую производительность каждой плитки. Координация между несколькими контроллерами управления питанием (PMC) и системным программным обеспечением предназначена для оптимизации различных рабочих нагрузок. Архитектура Intel Meteor Lake также представляет новую масштабируемую структуру для повышения энергоэффективности и расширения пропускной способности в ранее ограниченных областях, таких как ввод-вывод.

Переходя к контроллерам питания в архитектуре Meteor Lake, Intel интегрировала независимые контроллеры управления питанием в каждую плату. В рамках использования Foveros необходимо независимо управлять питанием каждой плитки, а использование PMC в NoC, фабрике ввода-вывода, а также каждой плитке позволяет управлять питанием независимо в зависимости от количества ядер на каждой плитке. куча.

Meteor Lake сам по себе представляет собой масштабный архитектурный сдвиг, а не просто постепенное обновление, поскольку он представляет собой самый значительный архитектурный сдвиг в клиентских процессорах за четыре десятилетия. Это связано с тем, что это первый клиентский процессор, изготовленный с использованием микрочипов вместо монолитной конструкции. Эта архитектура призвана стать краеугольным камнем стратегии Intel по развитию инноваций в области ПК на следующее десятилетие. Глядя на некоторые детали архитектуры Intel Meteor Lake, можно отметить, что она использует технологию упаковки Intel Foveros, которая использует 3D-стекинг чипов для устранения недостатков традиционных 2D-схем чипов.

Как мы видим из презентации Intel выше на Hot Chips 2023, верхний и нижний слои имеют выступы для соединения каждого кристалла вместе. Использование пакета Foveros FDI обеспечивает интерфейс с низковольтными комплементарными металлооксидными полупроводниками (КМОП), а это означает, что силовые цепи могут работать при более низком напряжении и, следовательно, с меньшим диапазоном мощности. Еще одним преимуществом FDI является синхронная и асинхронная передача сигналов, что означает, что передача сигнала может обрабатывать полнодуплексные блоки данных.

Создание SoC Meteor Lake включает в себя пакет подложек, основу, на которую размещаются плитки, в которой используется Foveros Die Interconnect (FDI). Основная плитка имеет матрицу толщиной 36 мкм с металлическими слоями и энергию срабатывания от 0,15 до 0,3 пДж на частоте 2 ГГц; Это значение может колебаться или изменяться в зависимости от напряжения, силы тока и частоты. Поскольку это базовая плитка, это не так. Сам активный чипЕго единственная функция — служить основой для всех различных логических и металлических слоев чипов. быть размещенным.

В архитектуре Intel Meteor Lake используются четыре отдельных блока для создания процессора Meteor Lake. Сюда входят вычислительная плата, SoC, графический процессор и плата ввода-вывода, каждая из которых имеет различные области применения, возможности и гибкость по отношению к IP. Управление энергопотреблением также подвергается обновлению. А благодаря технологии упаковки Intel Foveros каждая плитка в Meteor Lake требует собственного управления питанием. Решение Intel представляет собой иерархическую систему управления питанием, в которой используются контроллеры управления питанием в фабрике NoC и ввода-вывода, а также на каждой отдельной плате.

На следующих нескольких страницах мы дадим представление о каждом из четырех квадратов, о том, что каждый квадрат приносит с собой, и подробнее о различных технологиях, способствующих инновациям в Meteor Lake.