Amd ו- Intel פותחים חזית גרפית בקרב מעבד

בסדרת הכרזות שהתפרסמו לאחרונה, אינטל ו- AMD חשפו בנפרד כמה שינויים חשובים בארכיטקטורות של מעבדי ה- x86 שלהם, שמבטיחים להפוך את אופן השימוש במעבדי ה- x86 במהלך השנים הקרובות.

בשבוע שעבר הודיעה AMD על ארכיטקטורת זיכרון חדשה שמטרתה לקרב בין מחשוב CPU ו- GPU זה לזה. אינטל חשפה דגש חדש על שיפור המיקום שלה בגרפיקה טובה יותר של מחשב אישי. אתמול הודיעה אינטל על גרסה חדשה לחלוטין של המיקרו-ארכיטקטורה לסדרת המעבדים Atom שלה, כזו שצריכה להפוך את השבבים הללו לחזקים בהרבה ובאופן פוטנציאלי לסגור את הפער בין אטום ומשפחת המעבדים העיקריים העיקריים של החברה.

אדריכלות הזיכרון החדשה של AMD

ההכרזה של AMD על מה שהיא מכנה גישה לזיכרון אחיד הטרוגני (HUMA) לא הייתה הפתעה גדולה, מכיוון שהחברה מדברת על ארכיטקטורת מערכות הטרוגניות (HSA) מזה זמן רב.

הרעיון די פשוט. אפילו בשבב בו גם המעבד וגם העיבוד הגרפי (GPU) זהים למות, כמו ביחידות העיבוד המואצות של AMD (APU), הזיכרון שמשמש את המעבד והגרפיקה נשאר בבריכות נפרדות. אמנם יש באותו זיכרון פיזית, אך ה- CPU וה- GPU משתמשים בנקודות שונות לזיכרון. כדי להשתמש ב- GPU לצורך מחשוב, על תוכנית להעתיק את הנתונים מחלק הזיכרון שמשמש את ה- CPU לחלק המשמש את הגרפיקה, לבצע את החישוב ולהעתיק אותם שוב. כל זה לוקח זמן. עם מערכת זיכרון אחידה אמיתית הכוללת גרפיקה, הדבר לא יהיה נחוץ.

AMD דוחפת זאת כחלק מקרן HSA הכוללת ARM, קוואלקום, סמסונג, טקסס אינסטרומנטס, מדיה טק ודמיון. בפרט, גישה זו משתמשת בזמן ריצה של תוכנה המכונה HSAIL ובמערכת ממשקים עבור יישומים מואצים HSA.

השבוע AMD פירט כיצד בארכיטקטורת ה- HUMA שלו ה- CPU וה- GPU יכולים להקצות דינמי זיכרון מכל שטח הזיכרון ולהשתמש בו יחד עם אותה תוכנית פתרונות וירטואלית. הזיכרון יהיה קוהרנטי דו כיווני כך שכל עדכון לזיכרון שיבוצע על ידי המעבד או ה- GPU יראה על ידי גורמי העיבוד האחרים. ה- GPU יתמוך כעת בזיכרון הניתן לניתוח, עם דפים וירטואליים, כך שהוא יכול לעבוד עם מערכי נתונים גדולים יותר (הדרך בה מעבדים עובדים כרגע). הרעיון הוא שה- CPU ו- GPU יכולים לעבוד יחד בצורה יעילה יותר. ב- AMD נמסר כי מפתחים יוכלו לכתוב יישומים מואצים HSA תוך שימוש בשפות תכנות סטנדרטיות כמו Python, C ++ ו- Java.

AMD אינה החברה היחידה שרואה את המחשוב ההטרוגני כחשוב ולקרן HSA יש גם מתחרותיה. Nvidia הייתה תומכת גדולה במה שנהגה לכנות GP-GPU, דחפה את ממשקי ה- CUDA שלה והבטיחה כי גרסה עתידית של מעבדי הגרפיקה שלה תתמוך בזיכרון המאוחד. לכמה מפלטפורמות התוכנה הגדולות יש חלופות משלהן: הרחבות DirectCompute של מיקרוסופט ל- DirectX למחשוב GP-GPU ו- API Renderscript של גוגל למחשוב הטרוגני. אולי הכי חשוב שקבוצת חרונוס, קונסורציום בתעשייה, מקדמת את תקן OpenCL.

השאלה הגדולה תהיה אילו מהתקנים הללו ימשכו מפתחים. המעבד הראשון של AMD שתומך ב- HUMA יהיה מעבד ה- Kaveri שלו, המיועד לספינה בסוף 2013 (אם כי ככל הנראה לא במערכות עד תחילת השנה הבאה). AMD מספקת גם את ה- APU עבור פלייסטיישן 4 והיא שמועה באופן נרחב כי היא מספקת את ה- APU גם לדור הבא של Xbox. נראה כי גם חברים אחרים בקרן HSA יוכלו להשתמש בארכיטקטורת HUMA, אם כי איש מהם טרם הכריז על עיצובים כאלה. יחד זה יכול להספיק בכדי ליצור מסה קריטית למפתחים ולכלים ואם כן הדבר יכול להיות חשוב מאוד.

אינטל מכפילה גרפיקה עבור Haswell

בסוף השבוע שעבר אינטל חשפה פרטים נוספים על מעבד הדור הרביעי הקרוב שלה, מוצר בן 22 ננומטר המכונה Haswell. אינטל חשפה בעבר מספר תכונות חדשות עבור Haswell כולל הוראות AVX2 חדשות לעבודה עם וקטורים שלמים גדולים יותר והוראות FMA (Multiple Add-Add (FMA)) לנקודה צפה. אלה דברים שמשתמשי קצה לא צפויים לראות, למעט מבחינת ביצועים משופרים בעומסי עבודה די מיוחדים.

מה שהכי מעניין בהכרזה החדשה הוא ההתמקדות בגרפיקה, תחום שבו בהחלט יש את המתחרים AMD ו- Nvidia.

אבל אינטל עושה צעדים גדולים עם מעבדי הסוול. אינטל כבר מזמן אמרה שהיא תוסיף עוד גרפיקה למות עבור דגמים מסוימים של Haswell, כולל גרסה מתקדמת המכונה GT3. באופן יעיל, זו רק יחידות הוראה גרפיות נוספות, מעל הכמויות במעבדי Ivy Bridge הנוכחיים. כשלעצמו זהו שינוי גדול בהתחשב בכך שבמוצריה אינטל הקדישה בדרך כלל יותר שטח למות למעבד, בעוד שה- APUs המתחרים של AMD הקדישו שטח רב יותר לגרפיקה.

אבל לאחרונה אינטל הראתה גרסה אחרת, מה שהיא מכנה גרפיקה GT3e, שמוסיפה מתה שני עם 128 מגה-בתים של DRAM משובץ לחבילה המכילה את המות Haswell, ונועדה להאיץ את ביצועי הגרפיקה. בשבוע שעבר הודיעה אינטל כי גרסאות המהירות הגבוהות יותר של הגרפיקה GT3 יקראו עתה איריס, ואלה עם ה- DRAM המשובץ ייקראו איריס פרו, שכן אינטל מקווה להשיג יתרון מיתוגי כלשהו ברמות הגרפיקה החדשות.

בפרט, קו Haswell יהיה מפולח עם גרסאות עם כמות קטנה של גרפיקה (GT1) הנקראת HD Graphics; עם הגרפיקה GT2 (המקבילה לקצה הגבוה של קו Ivy Bridge) הנקרא HD Graphics 4200 עד 4600, תלוי במהירות; עם גרפיקה GT3 אך פועל במהירות של 15 וואט שנקרא HD Graphics 5000; החלקים האלה עם גרפיקה GT3 הפועלת במהירות 28 וואט ומעלה ייקראו מעתה Intel Iris Graphics 5100; ואלה עם גרפיקה GT3e וגרפיקה משובצת הנקראת Iris Pro 5200. (אינטל מעולם לא הייתה אחת לשם פשטות שמות.)

מספרי החלקים של אינטל נותרו מורכבים אך שימו לב שמספר חלק שמתחיל ב- 4 מציין את Haswell ואילו אחד שמתחיל עם 3 מציין את Ivy Bridge. החברה משתמשת ב- MQ כדי לציין חלקי מחברת GT3 סטנדרטיים ו- HQ כדי לציין חלקים עם ה- DRAM המשובץ.

כחלק מההכרזה, אינטל שיתפה מספרי ביצועים עבור החלקים החדשים, והראו שיפורי ביצועים משמעותיים בהשוואה למעבדים הקיימים של החברה. אינטל הראתה מספרים שרמזו על ביצועי ה- Ultrabook של פי 1.5 מהדור הקודם באותה צריכת חשמל בערך (ופעמיים מהביצועים עם שבב בעל הספק גבוה יותר, המיועד למחשבים ניידים מעט גדולים יותר, אלה עם מסכים עם 14 כניסה וגדולים יותר), כפול מהגרפיקה ביצועים במחברות מסורתיות, וכמעט פי שלושה מהביצועים במערכות שולחן עבודה.

אינטל טוענת כי הגרפיקה החדשה של איריס ואייריס פרו דומה להשוואה ל- GPUים נפרדים וזה עניין גדול. (כמו תמיד, אני לוקח את כל מספרי הביצועים עם גרגר מלח עד שאני באמת יכול לבדוק את המוצרים.) אני בטוח שעדיין יהיו חלקים גרפיים שולחניים נפרדים הרבה יותר עם ביצועים מ- AMD ו- Nvidia ליישומי משחק ותחנות עבודה, אבל בדרך כלל החלקים האלה משתמשים בכוח רב. במחשבים ניידים בגודל מלא שבהם מעטפת הכוח קטנה בהרבה, הגרפיקה על גבי המות חשובה יותר אך עדיין היה שוק גדול עבור גרפיקה נפרדת. נראה כי אינטל ממקדת שוק זה. ל- Ultrabooks ומחברות דקיקות אחרות בדרך כלל לא הייתה דרישת החשמל להפעלת גרפיקה נפרדת, ולכן גרפיקה משופרת על גבי המות בהחלט מוזמנת.

המיקרו-ארכיטקטורה החדשה של אינטל של אינטל

אולם, מבחינות רבות, ההודעה הגדולה ביותר של אינטל התייחסה לארכיטקטורה שלה בעלת הספק נמוך, שנועדה להחליף את הארכיטקטורה הנהוגה בארכיטקטורת האטום הנוכחית של החברה. משפחת אטום ידועה בעיקר בשימוש במכשירים ניידים, כגון טאבלטים ובמידה פחותה כמה טלפונים חכמים. הארכיטקטורה החדשה, המכונה סילברמונט, מכוונת גם למגוון מרכזי נתונים ושווקים משובצים.

האדריכלות מייצגת שינוי גדול. במקום מנוע הביצוע לפי הסדר המשמש בגרסאות קודמות של ארכיטקטורת Atom, כולל ארכיטקטורת Saltwell המשמשת בגרסאות ה- Atom הנוכחיות של 32 ננומטר, מוסיף סילברמו מנוע ביצוע שאינו בסדר, כפי שמשמש במעבדי Core ו- Xeon של אינטל.. זה אמור לשפר משמעותית את עיבוד היישומים החד-הברגה. הוא מציע ארכיטקטורת בד חדשה למערכת, המיועדת לקנה מידה של עד שמונה ליבות (ככל הנראה עבור יישומים כמו מיקרו-שרתי). לבסוף, היא מוסיפה הוראות חדשות (להפוך אותה בשווה לאלה המשמשות בגירסת Westmere של מעבדי Core), וטכנולוגיות אבטחה ווירטואליזציה חדשות.

לארכיטקטורה החדשה יש עיצוב מודולרי המבוסס על מודולים המכילים שתי ליבות, 1 מגה-בייט של זיכרון מטמון L2 משותף (חביון נמוך מאוד, רוחב פס גבוה) וממשק ייעודי לנקודה לנקודה למארג ה- SoC. שימו לב זה מחליף את המושג ריבוי חוטים שאותו אינטל קידמה רבות, ולמעשה נשמע קצת כמו הגישה המודולרית של AMD הנהוגה בשבבי שולחן העבודה והשרתים הנוכחיים שלה. (עם זאת, אינטל יצאה מגדרה להסביר שזה לא אותו דבר; המודולים של AMD חולקים דברים נוספים כולל נקודה צפה.) ניתן לשלב את המודולים לכלול עד שמונה ליבות.

לגבי צריכת חשמל, אינטל אומרת כי הארכיטקטורה החדשה מאפשרת טווח כוח דינמי רחב יותר, ומאפשרת לכל ליבה תדר וניהול כוח עצמאי משלה, ובכך מאפשרת לכל תנועה לעלות ולמטה בביצועים וביכולת כוח לצייר. (בניגוד למעבדים ניידים, זה דומה יותר למה שקוואלקום משתמשת עם ליבות ה- Krait שלה מאשר שילוב ARM big.LITTLE הסטנדרטי יותר.) הוא גם מתוכנן עם ניהול כוח משופר וכניסה ויציאה מהירה יותר ממצבי המתנה, תכונות חשובות במיוחד בשוק המובייל.

בחברה אומרים כי היא יכולה להתאים טוב יותר את הכוח בין ליבת המעבד לאלמנטים אחרים כמו גרפיקה, ומאפשרת יישום מתוחכם יותר של מצב פרץ.

בסך הכל, אינטל אומרת כי הארכיטקטורה החדשה ומעבר לתהליך FinFet SoC של 22nm של החברה אמור לאפשר שבבים המציעים ביצועים גבוהים פי שלוש או הספק נמוך פי חמש משבבי Atom הנוכחיים. באופן כללי, אינטל אמרה כי הליבה הכפולה "היעילה" שלה יכולה להעלות על ביצועים מעבד מרובע ליבות זרם לא יעיל תחת מגבלות כוח. (שוב, כמו תמיד, אחכה שהמוצרים ישפטו את זה.)

כמו קו Atom הנוכחי, ככל הנראה, ארכיטקטורת סילברמונט עשויה לשמש במגוון מעבדים, החל מאלו המכוונים למכשירים ניידים ועד מערכות גדולות יותר. אלה אמורים לכלול את Avoton, המכוון לשרתי מיקרו, Rangely המכוון למכשירי רשת, Merrifield המכוון לסמארטפונים, ו- Bay Trail המכוון לטאבלטים להמירים. מבין אלה, המיוחל ברובו הוא פלטפורמת שביל המפרץ 22nm, אותה אינטל צופה שיהיה בשוק בזמן שהטאבלטים יהיו זמינים בעונת החגים, עם פרטים נוספים בקרוב.

בסך הכל, הארכיטקטורה של סילברמונט נשמעת כעלייה גדולה מהארכיטקטורה הקיימת של אטום, ואני מסוקרנת במיוחד לראות כיצד מבצע שביל ביי, המבוסס על ארכיטקטורה זו, למעשה. נכון להיום היה פער ביצועים בולט בין הקצה הנמוך של משפחת Core לאטומים המתקדמים, אבל האדריכלות הזו נראית כאילו היא באמת יכולה לסגור את הפער.

מסקנה: גרפיקה וכוח מגדירים תחרות

לכל מעבד מרכזי שרואים היום - בין אם שבב אינטל או AMD שמכוונים לשולחן עבודה או מחשבים ניידים או שבב מבוסס ARM שמכוון לסמארטפונים וטאבלטים - יש ליבות מעבד מרובות, בדרך כלל ליבות GPU מרובות (למעט שבבי שרת), וכל מיני סוגים של היגיון מיוחד אחר, לדברים כמו עיבוד תמונה, קידוד ופענוח וידיאו וטיפול בהצפנה.

ככל שתהליך השבבים הולך וקטן, ניתן לכלול טרנזיסטורים נוספים בשבב יחיד. אך אילו תכונות לשלב (וכיצד לשלב אותם) נותר מבדיל מפתח בין ספקי השבבים, וכך גם העיצוב והמיקרו-ארכיטקטורה הספציפית של השבבים עצמם.

הכרזות אלה מראות את הפיצויים שאינטל ו- AMD מבצעים, וכדאי שיהיו להם השלכות עצומות על המחשוב במהלך השנים הקרובות.

עבור מחשבים שולחניים ומחשבים ניידים, אינטל נראית כאילו היא לא רק מנסה להדביק AMD עם ביצועי גרפיקה מובנית על ידי הוספת יחידות ביצוע נוספות, אלא גם מנסה להתקדם עם תכונות כמו DRAM משובץ, תוך ניצול טכנולוגיית התהליכים שלה. עופרת. AMD גם לא תשב בשקט עם הגרפיקה שלו, ולכן היא אמורה להתאים להתאמה מעניינת. בינתיים AMD דוחפת חזק לשילוב טוב יותר של תכונות הגרפיקה והמעבד, מה שעלול לגרום לדרך חדשה של תכנות; זה לוקח זמן רב יותר, אך עשוי להתברר כחשוב להפליא.

הקרב בין הכוורי של AMD לחסוול של אינטל יכול אפוא להיות מעניין יותר מתחרות Intel-AMD של השנים האחרונות. הסוול בהחלט ישלח ראשון. (אני מצפה לראות מערכות בקיץ הקרוב, לעומת ראשית השנה הבאה עבור קוברי.) שוב, זה בעיקר עבור מחשבים שולחניים ומחשבים ניידים. גיימרים ומשתמשי תחנות עבודה עדיין ללא ספק ירצו לשייך בין כל שבב לפתרונות גרפיים נפרדים מ- AMD או Nvidia.

לטאבלטים ובסופו של דבר לטלפונים, גישת ארכיטקטורת המערכות ההטרוגנית ש- AMD ואחרים דוחפים עשויה להתברר כחשובה עוד יותר, אם כי שוב ייקח זמן לראות אם יישומים באמת מנצלים זאת. הארכיטקטורה החדשה של אינטל צריכה להפוך אותה לתחרותית יותר במרחב זה. זה באמת נראה כמו צעד גדול קדימה, אך גם המתחרות שלה ימשיכו להתקדם.

אני קצת סקרן אם דברים כמו פלטפורמת ביי טרייל מבוססת סילברמונט עבור אטום אכן פועלים מספיק מהר כך שהוא יתחיל להופיע במחברות מחשבים נמוכים יותר או אפילו שולחניים שולחניים. כבר כיום טאבלטים מבוססי אטום מריצים את חלונות בצורה סבירה, ועם השיפורים זה יכול להספיק להרבה משתמשי הזרם המרכזי, גם אם זה מפגר אחרי הביצועים של הסוול או קוברי (או Sandy Bridge הנוכחי של אינטל וריצ'מונד הנוכחי של AMD, בגלל זה עניין).

זה אמור להעניק תחרות מרגשת בשנה הקרובה.