Intel Ice Lake: 10 нанометров, мощная видеокарта и новая микроархитектура

Уже долгие годы компания Intel использует фактически одну и ту же архитектуру при производстве процессоров, внося раз за разом лишь незначительные изменения. Однако, наконец перед нами Ice Lake - новое поколение с действительно значительными изменениями в архитектуре процессорных ядер и улучшенной встроенной графикой. Последние четыре года компания занималась разработкой и производством 10-нанометрового чипа Intel Israeli Fab28, который и стал первым представителем Ice Lake. Он содержит 4 ядра, а встроенная видеокарта может нести вплоть до 64 вычислительных блоков, но на данный момент он будет доступен только в виде энергоэффективных чипов U- и Y-серии.

Более производительные чипы U-серии будут иметь TDP от 15 до 28 Вт, а экономичные модели Y-серии созданы специально для планшетов и сверхтонких и компактных ноутбуков. Тем не менее, количество ядер будет неизменно у обоих вариантов.

• В целом, архитектура Intel Ice Lake характеризуется тремя основными чертами:
  первые массовые 10-нм чипы от Intel. Cannon Lake были скорее пробой пера
• новая микроархитектура процессора и встроенной видеокарты
• поддержка Thunderbolt и Wi-Fi 6 на глубоком уровне

Для повышения производительности в Intel применили сразу два подхода:

1. Увеличение количества исполняемых инструкций за такт на 18%
2. Реализация новых инструкций функциональных блоков для популярных и часто используемых сценариев
   

Для увеличения общей производительности процессора конвейеры были расширены, а блок управления памятью был полностью переработан, а объем кэш-памяти увеличен. Если говорить проще, то Ice Lake язык не повернется назвать очередным небольшим улучшением.

Результатом стало увеличение количества исполняемых инструкций за такт на 18% - по крайней мере если верить бенчмаркам от Intel.

Увеличение количества обрабатываемых инструкций за один такт также компенсирует меньшие рабочие частоты Ice Lake (в сравнении с Whiskey Lake).

Помимо того, производитель реализовал новые наборы инструкций для обработки задач машинного обучения (ИИ), криптографии, компрессии/декомпрессии и набор AVX-512, который ранее был доступен только в серверных процессорах. Вполне естественно, для того, чтобы от данных нововведений был толк, используемые приложения должны поддерживать новые наборы инструкций. Мы ожидаем, что все свежие приложения будут работать на новых процессорах быстрее.

Ice Lake также стали первыми процессорами c Intel Dynamic Tuning 2.0 with Machine Learning - механизм, разработанный Intel и использующий машинное обучение для предсказания предстоящей в следующий момент нагрузки и оптимизации таким образом работы Turbo Boost. В лучшем случае такая методика позволит добиться 5% улучшения производительности.

Встроенная видеокарта была серьезно улучшена и модифицирована. Шейдерные блоки (они же исполнительные блоки) были расширены, а количество обрабатываемых за такт пикселей выросло вдвое. На момент написания данного материала, так сильно ожидаемые образцы с выделенной eDRAM памятью пока недоступны. Однако, самая производительная модель Iris Plus имеет доступ к 3 МБ кэш-памяти третьего уровня и 0.5 ГБ общей оперативной памяти.

Максимальная производительность повысилась до 1.12 TFLOPS в FP32 и 2.25 TFLOPS в FP16 при частоте 1.1 ГГц и наличии всех 64 исполнительных блоков. По факту, это уже на уровне Nvidia MX250 (1.25 TFLOPS в FP32). Вполне естественно, Intel будут использовать и менее производительную графику с меньшим числом исполнительных блоков. Наименее производительная версия будет названа как UHD Graphics G1. На данный момент известно о трех моделях:

• Intel Iris Pro G7 - 64 исполнительных блока, частота 1.1 ГГц 
• Intel Iris Pro G4 - 48 исполнительных блоков
• Intel UHD Graphics G1 - 32 исполнительных блока
  
  

Помимо возросшей производительности, новые видеокарты также будут поддерживать функцию variable rate shading, которая позволит разработчикам наименее важные участки сцены и эффекты рендерить в сниженном разрешении.

Видеокарта поддерживает подключение до трех дисплеев с разрешением до 5K при 60 Гц. При подключении двух дисплеев доступно разрешение 8K. Присутствует поддержка VESA Adaptive Sync (он же FreeSync) для синхронизации частоты обновления дисплея и частоты кадров в игре. Также, появилась поддержка HDR10 и Dolby Vision.

Аппаратное ускорение теперь поддерживает большее число кодеков, работает быстрее и выдает более качественную картинку: HEVC и VP9 в режимах 4K60 10 бит 4:4:4 или 8K30 10 бит 4:2:0.

Для снижения расходов при внедрении стандартов Thunderbolt 3 и будущего USB 4.0, Intel теперь встраивает необходимый контроллер прямо в процессоры. Чип теперь может обслуживать 2 или 4 порта, а все что нужно сделать производителю - это добавить необходимую обвязку и контроллер Power Delivery. Под максимальной нагрузкой встроенный контроллер Thunderbolt будет потреблять не более 300 мВт и, соответственно, не будет нести дополнительной нагрузки на адаптер питания и систему охлаждения. В особенной степени от такого решения выиграют чипы Y-серии, так как у них очень жесткие ограничения по TDP.

Контроллер Wi-Fi 6 (802.ax CNVi 2) встроен в PCH (то, что ранее называлось южным мостом) и будет работать в связке с дополнительным чипом AX201 RF. 

Таким образом, Intel удалось одной из первых реализовать поддержку стандарта 802.ax. Делалось это с целью обеспечения наивысшей пропускной способности в беспроводных сетях: Wi-Fi 6 Gig+, поддержка 160 МГц каналов и OFDMA. По факту, Wi-Fi 6 будет наиболее полезен для сетей с большим числом пользователей.