In occasione dell’evento Architecture Day 2020 dedicato alla stampa, Raja Koduri, Chief Architect di Intel, e altri associati e architetti del costruttore hanno reso pubblici dettagli sullo stato di avanzamento dei sei pilastri dell’innovazione tecnologica definiti dall’azienda. Intel ha presentato la propria tecnologia SuperFin da 10nm, definita come «Il più grande singolo miglioramento intranodale nella storia dell’azienda» in grado di produrre un aumento delle prestazioni paragonabile a quello ottenuto da un’intera transizione a nuovo processo produttivo.
L’azienda ha inoltre presentato i dettagli della microarchitettura Willow Cove e l’architettura SoC Tiger Lake per PC portatili, mostrando anche per la prima volta le proprie architetture grafiche Xe interamente impiegabili in diversi segmenti, dall’uso domestico all’high performance computing fino al gaming. Con l’approccio alla progettazione disaggregata, insieme all’avanzata tecnologia di packaging, all’offerta di XPU e alla strategia basata sul software, l’attenzione di Intel è volta a sviluppare per i clienti prodotti leader in tutto il proprio portfolio. Tutte le immagini di questo articolo sono di Intel.
Tecnologia SuperFin da 10nm
Dopo anni trascorsi a raffinare il transistor FinFET, Intel ridefinisce la tecnologia in modo da consentire il più grande miglioramento intranodale della propria storia, fornendo un aumento delle prestazioni paragonabile a una completa transizione a nuovo processo produttivo. La tecnologia SuperFin da 10nm combina i transistor FinFET con i condensatori Super MIM di Intel. La tecnologia SuperFin offre un miglioramento epitassiale di source/drain, un migliore processo del gate e un gate pitch addizionale, che determinano migliori prestazioni grazie a:
- Potenziamento della crescita epitassiale delle strutture cristalline su source e drain, che accresce la deformazione e riduce la resistenza consentendo i passaggio di maggiore corrente attraverso il canale
- Un miglioramento del processo del gate per fornire una maggiore capacità di movimento nel canale, che consente ai portatori di carica di muoversi più rapidamente
- Un’opzione di un gate pitch addizionale che fornisce una maggiore corrente di pilotaggio per certe funzioni del chip che richiedono le massime prestazioni
- Un’innovativa barriera sottile che riduce la resistenza del 30% migliorando le prestazioni di interconnessione
- Aumento di 5 volte della capacità a parità di ingombri rispetto agli standard di settore, con una riduzione del calo di tensione che risulta in prestazioni notevolmente migliori. La tecnologia è abilitata da un nuovo tipo di materiali dielettrici “Hi-K” impilati in strati ultrasottili dello spessore di diversi angstrom che vanno a formare una struttura a “super griglia” ricorrente. Si tratta di una tecnologia adottata per la prima volta nel settore, superiore rispetto alle capacità attuali di altri produttori.
Il processore mobile di nuova generazione di Intel, nome in codice Tiger Lake, si basa sulla tecnologia SuperFin a 10nm. Tiger Lake è in produzione e in consegna presso i clienti, con i primi sistemi degli OEM previsti sul mercato per il periodo natalizio.
Packaging
Un chip sperimentale con Hybrid bonding è stato testato nel secondo trimestre del 2020. L’Hybrid bonding è un processo alternativo al tradizionale fissaggio per compressione termica utilizzato in gran parte delle moderne tecnologie di packaging. Questa nuova tecnologia consente di avere bump pitch persino inferiori ai 10 micron che consentono una densità di connessione e ampiezza di banda molto superiori, oltre a consumi inferiori.
Architetture CPU Willow Cove e Tiger Lake
Willow Cove è la microarchitettura di nuova generazione per le CPU di Intel. Basata sui più recenti avanzamenti di processo, la tecnologia SuperFin da 10nm e il fondamento dell’architettura Sunny Cove, Willow Cove porta una crescita nelle prestazioni delle CPU superiore a quella di un passaggio generazionale, con grandi miglioramenti nelle frequenze e una migliore efficienza energetica. Introduce, inoltre, un’architettura delle cache riprogettata per ottenere una più grande mid-level cache (MLC) non inclusiva di 1,25MB e una maggiore sicurezza grazie alla tecnologia Intel Control Flow Enforcement.
Tiger Lake offrirà prestazioni intelligenti e avanzamenti pionieristici nei vettori fondamentali del calcolo. Con ottimizzazioni della CPU e degli acceleratori di AI, e grazie al fatto che si tratta della prima archiutettura SoC con la nuova microarchitettura grafica Xe-LP, Tiger Lake offrirà un miglioramento nelle prestazioni della CPU pari a più di una generazione, significativi miglioramenti nelle prestazioni dell’AI, un enorme balzo in avanti nelle prestazioni della grafica e una serie completa delle migliori IP in tutto il SoC, come ad esempio il nuovo Thunderbolt 4. L’architettura SoC Tiger Lake offre:
- Nuovo core Willow Cove della CPU – con un significativo aumento della frequenza grazie agli avanzamenti tecnologici di SuperFin da 10nm
- Nuova grafica Xe con un massimo di 96 EU (execution units) per un significativo miglioramento delle prestazioni per Watt
- Gestione energetica – dynamic voltage frequency scaling (DVFS) autonomo in coherent fabric, maggiore efficienza del fully integrated voltage regulator (FIVR).
- Fabric e memoria – raddoppio dell’ampiezza di banda della coherent fabric bandwidth, ~86GB/s di ampiezza di banda della memoria, validata LP4x-4267, DDR4-3200; capacità di architettura LP5-5400
- IP dedicata Gaussian Network Accelerator (GNA) 2.0 per un power neutral inferencing basso in offload dalla CPU. Utilizzo della CPU inferiore del ~20% su GNA rispetto alla CPU (con carico di lavoro di noise suppression)
- IO – TB4/USB4 integrato, PCIe di quarta generazione (Gen 4) integrato sulla CPU per accesso alla memoria a bassa latenza ed elevata ampiezza di banda
- Display – Fino a 64GB/s di ampiezza di banda isocrona per molteplici display ad alta risoluzione. Fabric path verso la memoria dedicato per mantenere un’elevata qualità del servizio.
- IPU6 – fino a sei sensori con video 4K30, immagini da 27MP; capacità architetturale dell’immagine fino a 4K90 e 42MP.
Architettura ibrida
Intel avanza la propria architettura ibrida con Alder Lake, il primo prodotto client della prossima generazione dell’azienda. Alder Lake riunirà le due nuove architetture, Golden Cove e Gracemont, ottimizzandole per ottenere un eccellente rapporto prestazioni/consumi.
Architetture grafiche Xe
Intel ha definito la microarchitettura Xe-LP (low power) e il software ottimizzandoli per fornire prestazioni efficienti per le piattaforme mobile. Xe-LP è la più efficiente architettura di Intel per i PC e le piattaforme di calcolo portatili con un massimo di 96 EU, ed è fornita dei nuovi design architetturali, compreso il calcolo asicrono, il view instancing, il sampler feedback, un media engine aggiornato con AV1 e un motore del display aggiornato. Questo abiliterà nuove funzionalità per l’utente finale con Instant Game Tuning, capture & stream e image sharpening. Per quanto riguarda l’ottimizzazione del software, Xe-LP presenterà driver ottimizzati con un nuovo percorso DX11 path e un compilatore ottimizzato.
Il primo chip Xe-HP è stato avviato ed è di ritorno dai laboratori. Xe-HP è la prima architettura multi-tiled, altamente scalabile e ad alte prestazioni del settore con prestazioni da rack di data center, scalabilità della GPU e ottimizzazione per l’AI. Copre una gamma dinamica di calcolo da un tile fino a due e quattro tile, funzionando come una GPU multi-core.
In occasione di Architecture Day, Intel ha fatto una demo di Xe-HP facendo il transcoding di 10 flussi completi di video 4K di alta qualità a 60 fps su un singolo tile. Un’altra demo ha mostrato la scalabilità di calcolo di Xe-HP su molteplici tile. Intel sta ora testando Xe-HP con clienti chiave e prevede di rendere Xe-HP disponibile agli sviluppatori di Intel DevCloud for developers. Xe-HP sarà disponibile il prossimo anno.
Intel ha presentato una nuova variante della mircoarchitettura Xe – Xe-HPG, ottimizzata per il gaming, che riunisce l’ottimo rapporto prestazioni/consumi di Xe-LP con la scala di Xe-HP per una configurazione più potente e la frequenza di calcolo ottimizzata di Xe-HPC. Un nuovo sottosistema di memoria basato su GDDR6 è aggiunto per migliorare il rapporto prestazioni/prezzo e Xe-HPG avrà un supporto di ray tracing accelerato. Xe-HPG è previsto sul mercato per il 2021.
La GPU Intel Server (SG1) è la prima GPU discreta di Intel basata su architettura Xe per data center. SG1 porta nel data center le prestazioni di quattro DG1 in un form factor piccolo ed è pensato per lo streaming video e gaming a bassa latenza e alta densità su cloud Android. SG1 sarà consegnato nel corso di quest’anno e presto in produzione.
La prima GPU discreta di Intel basata su Xe, nome in codice DG1 è in produzione con le prime consegne previste nel 2020. Come annunciato a CES, DG1 è la prima GPU discreta di Intel per PC basata sulla microarchitettura Xe-LP.
Sono state annunciate nuove funzionalità per Intel Graphics Command Center (IGCC) comprese Instant Game Tuning e Game Sharpening. Instant Gaming Tuning è un driver specifico per il gaming. Fix e ottimizzazioni possono essere inviate all’utente finale più velocemente che mai senza scaricare e installare l’intero driver. Richiederà solo un singolo opt-in da parte dell’utente per gioco.
Game Sharpening è una nuova funzione di post-elaborazione per rendere più nitide le immagini attraverso il perceptual adaptive sharpening – un algoritmo di sharpening adattativo basato su compute shader che migliora la chiarezza delle immagini nei videogame. Questa funzione è particolarmente utile per quei titoli che utilizzano il resolution scaling per bilanciare le prestazioni e la qualità delle immagini, ed è una funzione opt-in all’interno di IGCC.
Architetture per Data Center
Ice Lake, Il primo prodotto Xeon Scalable basato su processo produttivo a 10 nm di Intel, previsto per la fine di quest’anno, fornirà prestazioni significative sia in termini di throughput sia di reattività tra carichi di lavoro. I prodotti server Ice Lake offriranno prestazioni significative sia in termini di throughput sia di reattività tra i carichi di lavoro. Porterà una serie di tecnologie tra cui la crittografia della memoria totale, PCIe Gen 4, otto canali di memoria e miglioramenti dei set di istruzioni che accelerano le operazioni crittografiche. All’interno della famiglia Ice Lake, saranno introdotte varianti per l’archiviazione di rete e l’IoT.
Sapphire Rapids è il processore Xeon Scalable di nuova generazione di Intel basato sulla tecnologia SuperFin avanzata e offrirà diverse tecnologie, tra cui DDR5, PCIe Gen 5, Compute Express Link 1.1. Sapphire Rapids sarà la CPU utilizzata nel sistema di supercomputer Aurora Exascale presso l’Argonne National Lab. Continuerà la strategia di accelerare l’AI integrata con un nuovo acceleratore chiamato Advanced Matrix Extensions (AMX). Le prime consegne di Sapphire Rapids sono previste per la seconda metà del 2021.
A dimostrazione della continua innovazione nelle tecnologie field programable gate array (FPGA) e la terza generazione consecutiva di ricetrasmittenti leader di settore, Intel ha ora il primo transceiver 224G-PAM4 TX di nuova generazione al mondo.
Software
La release OneAPI Gold sarà disponibile nel corso di quest’anno e fornirà agli sviluppatori una soluzione di qualità e prestazioni da unità di produzione, su architetture scalari, vettoriali, matriciali e spaziali. Intel ha lanciato l’ottava iterazione della beta oneAPI a luglio, con nuove caratteristiche e potenziamenti per l’analisi dei dati distribuiti, le prestazioni in rendering, il profiling e la library video e threading di Intel. La GPU discreta DG1 è attualmente disponibile agli sviluppatori con diritti di accesso in anteprima in Intel DevCloud, e fornisce accesso a librerie e toolkit, consentendo loro di utilizzare oneAPI prima di avere in mano l’hardware.
Questi nuovi annunci rappresentano il progresso di Intel nella sua strategia basata su sei pilastri di innovazione; Intel si avvantaggia della propria esclusiva posizione per fornire una varietà di architetture scalari, vettoriali, matriciali e spaziali in CPU, GPU, Acceleratori e FPGA – unite da oneAPI, un modello di programmazione aperto basato su standard per semplificare lo sviluppo di applicazioni.
Tutte queste novità e tecnologie potrebbero essere impiegate non solo sui PC Windows ma anche sui Mac con i processori Intel in arrivo da qui al 2021. Infatti anche se Apple ha già annunciato i suoi processori proprietari Apple Silicon, la migrazione sarà completata entro due anni.
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