Rychlost: „Malé“ jádro má až dvě třetiny výkonu velkého
Intel teď odhalil architekturu svých nejnovějších procesorů Alder Lake. Tentokrát jsou to ale architektury dvě. Alder Lake je hybridní a vedle „velkých“ jader pro jednovláknový výkon má další „malá“ jádra Gracemont. Ta ale nejsou jen do počtu či pro úsporu energie v nečinnosti jako u ARMů v mobilech, naopak se významně podílí na celkovém výkonu. Jejich architektura je vlastně sama celkem velká a teď se na ní detailně podíváme.
Intel v prezentaci jádra Gracemont porovnával jeho efektivitu a výkon s architekturou Skylake z roku 2015, jejíž dlouhé působení na trhu z ní udělalo jeden z nejčastějších procesorů v PC. Podle tvrzení Intelu má Gracemont dokonce vyšší IPC než Skylake a při stejných frekvencích by proto mohl mít i lepší jednovláknový výkon. Ovšem je pravděpodobné, že Gracemont nedosáhne tak vysoké takty jako Skylake (až 5,3 GHz v její nejvýkonnější verzi).
Ve srovnávacích grafech Intel ukazuje, že v jednovláknovém benchmarku SPECrate2017_int_base má Gracemont (Efficient Core) lepší výkon než Skylake při lepší spotřebě – a jeho křivka končí na vyšším absolutním výkonu, ale to může být proto, že Intel pracuje s nějakými relativně nízkými takty (že by 4,2 GHz, což bylo maximum první generace Skylake, v Core i7-6700K?).
Pokud by se obě jádra nastavila na stejný výkon, Gracemont by údajně podle Intelu konzumoval méně než 40 % spotřeby Skylake. A naopak, pokud by bylo Gracemontu dovoleno konzumovat stejný příkon, jako jádro Skylake, tak by při tom vyprodukoval o 40 % vyšší výkon.
Intel také ukázal srovnání v mnohovláknové úloze, v níž ale srovnává čtyři jádra Gracemont s dvěma jádry Skylake s HT (a tím čtyřmi vlákny). V takovém srovnání má Gracemont dosáhnout až o 80 % lepší výkon ve SPECrate2017_int_base a přitom mít lepší spotřebu. A dokonce by čtyři Gracemonty měly být schopné dodat výkon 2C/4T Skylaku při méně než 20% spotřebě. Bohužel zase nejsou uvedené frekvence, na kterých je toto konstruováno.
Tato srovnání proto berte s rezervou, protože na tom, na jaké frekvenci jádra běží, v tomto případě zatraceně závisí. Je téměř jisté, že pokud by se Skylake nastavilo na 5 GHz, tak Gracemont nebude asi schopen dosáhnout dalších 40 % jednojádrového výkonu navíc. Protože se zdaleka nedostane na stejnou frekvenci a asi ani spotřebu, tak vysoko nebude tato úspornější architektura schopná škálovat. Je pravda, že Intel zatím neprozradil, jak je hluboká pipeline (kolik mí stupňů), ale třeba již z třícyklové latence L1 cache by mohlo vyplývat, že maximální dosažitelná frekvence bude nižší. A také pamatujte na to, že Skylake se vyrábí na 14nm procesu a Gracemont má k dobru 7nm proces Intelu (dříve označovaný 10nm Enhanced SuperFin).
Jak si Gracemont stojí proti Golden Cove?
Možná o trochu užitečnější pro perspektivu bude srovnání s velkým jádrem Golden Cove (P-Core), protože u toho Intel má motivaci neprezentovat ho v nevýhodných situacích, aby pokrok vypadal větší. V prezentaci Intelu je zdá se srovnání, podle kterého lze Golden Cove vyškálovat na jednovláknový výkon až o 50 % lepší, než co lze dosáhnout u jádra Gracemont (E-Core). Bylo by to samozřejmě při značně vyšší spotřebě – z grafu těžko odhadnout, ale klidně i několikanásobné (ale zdá se, že Gracemont má také poměrně strmou křivku nárůstu spotřeby při svých nejvyšších taktech, takže například mezi 100 % a 90 % jeho špičkové frekvence může být obrovský rozdíl spotřeby.
Každopádně ale toto srovnání nevychází pro Gracemont vůbec zle – pokud Golden Cove dosahuje o 50 % vyšší jednovláknový výkon, tak by obráceně Gracemont měl být schopen dosáhnout až dvě třetiny jeho jednovláknového výkonu. Což by z něj skutečně dělalo spíš velké jádro – sice velké jádro odpovídající procesorům o pár generací dozadu, ale s výkonem pořád jakž takž vyhovujícím. Zvlášť když je určené k dodání MT výkonu a ne ST výkonu.
V monohovláknovém výkonu Intel ukazoval srovnání mezi čtyřjádrem se samými jádry Golden Cove a hybridem, kde jsou jen dvě jádra Golden Cove a k nim osm jader Gracemont (2+8 big-LITTLE). Podle grafu je prý výsledný mnohovláknový výkon o víc jak 50 % lepší než u nehybridního čtyřjádra Golden Cove. To by implikovalo, že čtyři jádra Gracemont mají stejný nebo o něco lepší mnohovláknový výkon, jako dvě jádra Golden Cove. První čtveřice E-Core tedy vyrovná ztrátu dvou P-Core (polovinu výkonu) a druhá pak ještě jednou tolik přidá. Toto už ale není při stejné spotřebě, ale o něco vyšší – jeden čtyřjádrový klastr Gracemontů může tedy při plném výkonu spotřebovávat více energie než jedno jádro Golden Cove. Nicméně toto opět bude hodně záviset na tom, na jakých taktech obě architektury zrovna běží.
Jaký bude přesně výkon a otázku, o kolik je IPC vyšší než u jádra Skylake, bude asi lepší nechat až na nezávislé testy po vydání. Podle úniků frekvence Gracemontu ve 125W desktopových procesorech Alder Lake dosahují maxima asi 3,6 až 3,9 GHz, což ovšem slibuje slušný potenciál, je-li IPC vyšší než u Skylake. Tedy alespoň pro úlohy, které málo profitují z Hyper Threadingu (druhého vlákna u velkých jader).
Jádro Gracemont v procesoru Alder Lake zabírá nesporně mnohem méně místa než jedno Golden Cove, ale zatím nevíme přesně, jak moc velký nepoměr to je. Podle symbolických schémat Intelu by dokonce jeden čtyřjádrový klastr Gracemontů mohl mít zhruba srovnatelnou plochu jako jedno jediné jádro Golden Cove, ale není jisté, zda ilustrace nejsou zkreslené a plocha není třeba o něco větší. Nicméně v prezentaci Intelu se říká, že čtyřjádrový klastr Gracemontů má podobnou plochu, jako jedno jádro Skylake (na 14nm procesu), takže by to asi mohlo být blízko.
Zhruba by tak asi mohlo platit, že v Alder Lake by místo čtyř Gracemontů mohlo být už jen jedno další P-Core. První varianta s malými jádry by měla dosahovat určitě vyššího mnohojádrového výkonu, což je přesně ta efektivita a škálovatelnost, o níž Intel mluví. Potvrzeno to ale bude, až když dostaneme reálná čísla o ploše těchto jader a o jejich spotřebách.
I malé jádro si zaslouží pozornost
I u Gracemontu tedy asi budou první testy a recenze hodně zajímavé, možná ještě více než u Golden Cove. Až Alder Lake za dva měsíce vyjde, bude to i bez ohledu na to, jak dobře se Intelu podaří splnit výkonnostní sliby a interní cíle, asi jedna z nejvýživnějších procesorových novinek posledních let co do nových fenoménů a věcí, které bude třeba studovat a také si na ně možná zvykat.
Dlužno říct, že tato kategorie efektivního velkého (ale ne maximálně velkého) není užitečná jen a pouze pro dosažení MT výkonu. Takovéto jádro by mělo době fungovat i například v mobilních procesorech. Je proto možné, že i Intel vyrobí nějaké čipy, které budou mít jen jádra Gracemont bez velkých jader Golden Cove. To by mohla být velmi zajímavá CPU do levných notebooků a pro pasivní chlazení. Zatím ale nemáme zprávy o tom, zda a na kdy Intel takové SoC plánuje.
Zdroje: Intel, AnandTech (1, 2)
Jan Olšan, redaktor Cnews.cz
- Contents
- Velká a „malá“ jádra: proč vůbec?
- Gracemont: „malá“(?) architektura silná už jako Skylake
- Výpočetní jednotky: 17 portů, potenciál pro vysoké IPC
- Paměťový subsystém: Dvakrát víc AGU a Load/Store
- Rychlost: „Malé“ jádro má až dvě třetiny výkonu velkého
