Intel toglie il coperchio ai suoi più grandi progetti di chip per i prossimi anni

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Intel ha decine di migliaia di progettisti di chip e sono stati impegnati a progettare nuovi chip che il gigante dei chip per computer spera possano riportarlo in una posizione di leadership.

I migliori architetti di chip di Intel con sede a Santa Clara, in California, così come il CEO Pat Gelsinger, hanno pubblicizzato i progetti all'Intel Architecture Day 2021 nella speranza di infondere fiducia nella sua leadership della piattaforma di elaborazione PC di base, l'architettura x86. Intel ha avuto difficoltà negli ultimi anni con ritardi di produzione e design più deboli rispetto ai rivali Advanced Micro Devices. Intel ha perso quote di mercato a favore di AMD, ed è per questo che Gelsinger è stato riportato alla guida dell'azienda a febbraio.

Ora possiamo dare un'occhiata alle diverse unità di elaborazione centrale (CPU), unità di elaborazione grafica (GPU) e altri chip che l'azienda ha progettato negli ultimi anni. Una delle soluzioni chip, Ponte Vecchio, avrà più di 100 miliardi di transistor, gli interruttori on-off della tecnologia digitale. In tutto, Intel ha parlato con 14 diversi architetti e designer, a partire da Raja Koduri, ex dirigente grafico AMD e vicepresidente senior di Intel e direttore generale dell'Accelerated Computing Systems and Graphics Group.

Koduri ha mostrato la prima architettura ibrida ad alte prestazioni di Intel, nome in codice Alder Lake, con funzionalità che includevano l'intelligente Intel Thread Director per la pianificazione delle attività di elaborazione. Intel ha anche descritto Sapphire Rapids, il processore scalabile Intel Xeon di prossima generazione per il data center. Ha inoltre mostrato nuove unità di elaborazione dell'infrastruttura e architetture grafiche imminenti, tra cui le microarchitetture Xe HPG e Xe HPC e le soluzioni di elaborazione system-on-chip Alchemist e Ponte Vecchio.

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Sopra: Raj Koduri, il principale architetto di chip di Intel, vicepresidente senior.

Credito immagine: Intel

"L'architettura è l'alchimia di hardware e software", ha affermato Koduri in una conferenza stampa. “Miscela i migliori transistor per un determinato motore, li collega attraverso un packaging avanzato, integra cache a banda larga e bassa potenza e li dota di memorie ad alta capacità e larghezza di banda e interconnessioni scalabili a bassa latenza per cluster di calcolo ibridi in un pacchetto, garantendo allo stesso tempo che tutto il software acceleri senza interruzioni. … Le scoperte che abbiamo divulgato oggi dimostrano come l'architettura soddisferà la schiacciante domanda di maggiori prestazioni di elaborazione man mano che i carichi di lavoro dal desktop al data center diventano più grandi, più complessi e più diversi che mai.

Alcuni analisti sono rimasti colpiti dall'evento.

"Il grande vantaggio per me è stato quanto fosse completa e di vasta portata la storia dell'architettura", ha affermato Bob O'Donnell, presidente di Technalysis Research, in un'e-mail a VentureBeat. “Un altro punto importante è stato il modo in cui si sono completamente orientati ai progetti multi-chip e multi-core. Che si tratti di piastrelle o chiplet, sembra chiaro che il futuro dei semilavorati ad alta potenza è l'imballaggio intelligente e le combinazioni di diverse tecnologie in un design più grande e completo.

Nucleo efficiente

Sopra: l'architettura Efficient Core di Intel.

Credito immagine: Intel

Uno dei grandi progetti, precedentemente nome in codice Gracemont, si chiamava semplicemente Efficient Core. Questa famiglia di chip avrà core, o sub-cervelli di elaborazione, progettati per l'efficienza energetica. Quattro core efficienti su un chip utilizzeranno l'80% in meno di energia (rispetto ai due core Skylake precedenti che eseguono quattro thread) e avranno prestazioni migliori dell'80% rispetto alla generazione precedente, ha affermato Koduri.

Rispetto a Skylake, la microarchitettura CPU più prolifica di Intel, l'Efficient-core offre il 40% in più di prestazioni single-thread alla stessa potenza, o le stesse prestazioni consumando meno del 40% della potenza. Un chip Skylake dovrebbe consumare cinque volte più energia per offrire le stesse prestazioni di un chip basato su Efficient Core, ha affermato Stephen Robinson, un Intel Fellow, nella conferenza stampa.

I diversi chip di questa famiglia variano in base al numero di core incastrati nel chip più grande, che verrà mantenuto il più piccolo possibile per motivi di consumo energetico e costi. Questa famiglia di chip può funzionare a bassa tensione per ridurre il consumo energetico complessivo, creando allo stesso tempo il margine di potenza per operare a frequenze più elevate. E ha modi migliori per prevedere come elaborare ogni thread di elaborazione.

Prestazioni principali

Sopra: l'architettura Intel Performance Core.

Credito immagine: Intel

La nuova microarchitettura Performance Core di Intel, precedentemente nome in codice Golden Cove, è progettata per la velocità e spinge i limiti della bassa latenza e delle prestazioni delle applicazioni a thread singolo.

I carichi di lavoro stanno crescendo nella loro impronta di codice e richiedono maggiori capacità di esecuzione. Anche i set di dati stanno crescendo enormemente insieme ai requisiti di larghezza di banda dei dati. Il nuovo Performance Core di Intel fornisce un aumento significativo delle prestazioni generiche e un migliore supporto per applicazioni con footprint di codice di grandi dimensioni. Può fare più cose in parallelo e più compiti in un dato momento. Sarà circa il 19% più veloce dei processori Intel Core di 11a generazione (soprannominati Cypress Cove) attualmente sul mercato.

Avrà anche Intel Advanced Matrix Extensions, il progresso dell'accelerazione AI integrato di nuova generazione, per l'inferenza del deep learning e le prestazioni di addestramento. Include hardware dedicato e una nuova architettura del set di istruzioni per eseguire operazioni di moltiplicazione di matrici significativamente più velocemente rispetto al passato.

Chip cliente Alder Lake

Sopra: Alder Lake combina i design dei chip ad alta efficienza energetica e ad alte prestazioni di Intel.

Credito immagine: Intel

Uno dei nuovi chip è Alder Lake, un processore per PC client che combinerà entrambi i tipi di core, Performance Core ed Efficient Core, su un singolo chip. Sarà basato sul processo di produzione Intel 7, che equivale alla produzione di chip a 7 nanometri.

"Penso che Intel sarà molto competitiva con AMD sui fattori di forma mobile, in particolare sulla durata della batteria con i design Alder Lake, ma resta da vedere quali saranno le prestazioni totali quando si combinano gli 8 core ad alte prestazioni con l'8 efficienza core e se ciò sarà competitivo con le offerte 12 Core o 10 Core di AMD", ha affermato Sag. "Intel sta rivendicando un aumento medio delle prestazioni sui core ad alte prestazioni del 19%, il che è considerevole e potrebbe restituire loro la corona delle prestazioni a thread singolo, ma il prodotto finale quando arriverà nelle mani dei revisori alla fine lo determinerà. "

Per inserire i dati in questo processore, Intel ha progettato tre fabric indipendenti, ciascuno con un'euristica in tempo reale basata sulla domanda. L'infrastruttura di calcolo può supportare fino a 1.000 gigabyte al secondo (GBps), ovvero 100 GBps per core o per cluster e connette i core e la grafica alla memoria tramite la cache di ultimo livello.

Intel Thread Director

Affinché Performance Core ed Efficient Cores funzionino perfettamente con il sistema operativo, Intel ha sviluppato una tecnologia di pianificazione migliorata chiamata Intel Thread Director. Integrato direttamente nell'hardware, Thread Director fornisce telemetria di basso livello sullo stato del core e il mix di istruzioni del thread. Consente al sistema operativo di posizionare il thread giusto sul core giusto al momento giusto. Thread Director è dinamico e adattivo, adattando le decisioni di pianificazione alle esigenze di calcolo in tempo reale, piuttosto che un semplice approccio statico basato su regole. Intel sta ottimizzando Thread Director per le migliori prestazioni sul prossimo sistema operativo Windows 11 di Microsoft.

Xe HPG Microarchitettura e SoC Alchemist

Sopra: Arc è il marchio dei chip grafici di Intel.

Credito immagine: Intel

Sì, Intel sta tornando nel business dei chip grafici stand-alone in diretta concorrenza con AMD e Nvidia per la prima volta dopo molti anni.

Xe HPG è una nuova microarchitettura grafica dedicata progettata per adattarsi a prestazioni di livello superiore per i carichi di lavoro di creazione e gioco. La microarchitettura Xe HPG alimenta la famiglia di system-on-chip (SoC) Alchemist e i primi prodotti correlati arriveranno sul mercato nel primo trimestre del 2022 con il marchio di chip grafici Intel Arc. La microarchitettura Xe HPG presenta un nuovo Xe-core, un elemento incentrato sul calcolo, programmabile e scalabile. Altri tre chip grafici, Battlemage, Celestial e Druid, si uniranno ad Alchemist nei prossimi anni.

Il TSMC di Taiwan produrrà l'Xe HPG sul suo nodo di processo N6, il che è molto insolito per Intel. Intel ha anche un miglioramento della grafica soprannominato XeSS, che utilizza il deep learning per sintetizzare le immagini nei giochi che si avvicinano alla qualità del rendering nativo ad alta risoluzione. Nvidia ha una tecnologia simile chiamata DLSS e questa tecnologia consentirà ai giochi che sarebbero riproducibili solo con impostazioni di qualità inferiore o risoluzioni inferiori di funzionare senza problemi con impostazioni e risoluzioni di qualità superiore.

“Xe HPG (Arc) è confermato che sarà su un nodo di processo TSMC N6 competitivo e sembra avere tutte le funzionalità che ci si aspetterebbe da una parte grafica di leadership. Questo potrebbe aiutare ad alleviare parte della pressione sul mercato delle GPU", ha affermato Anshel Sag, analista senior di Moor Insights & Strategy, in un'e-mail a VentureBeat.

Chip per datacenter

Sopra: Sapphire Rapids di Intel è destinato ai data center.

Credito immagine: Intel

Il processore scalabile Intel Xeon di nuova generazione (nome in codice Sapphire Rapids) è il grande gioco di Intel nel mercato dei chip per data center.

Il processore offre prestazioni di elaborazione sostanziali per utilizzi dinamici e sempre più impegnativi dei data center ed è ottimizzato per i carichi di lavoro per offrire prestazioni elevate su modelli di elaborazione elastici come cloud, microservizi e intelligenza artificiale. Ha un'architettura SoC modulare e piastrellata che utilizza la capacità di Intel di connettere una serie di pacchetti in un'unica soluzione.

Sapphire Rapids è basato sulla tecnologia di processo Intel 7 e presenta la nuova microarchitettura Performance Core di Intel, progettata per la velocità e spinge i limiti delle prestazioni delle applicazioni a bassa latenza e a thread singolo. Alcune applicazioni AI potranno essere eseguite sette volte più velocemente su Sapphire Rapids utilizzando le sue nuove estensioni Intel AMX.

Unità di elaborazione dell'infrastruttura

L'IPU è un dispositivo di rete programmabile progettato per consentire ai provider di servizi cloud e di comunicazione di ridurre il sovraccarico e liberare le prestazioni per le CPU. Le IPU possono scaricare le attività dalla CPU, svolgendo attività come la gestione del traffico di archiviazione, che riduce la latenza utilizzando in modo efficiente la capacità di archiviazione tramite un'architettura server senza disco.

Mount Evans è la prima IPU personalizzata di Intel. Mount Evans è stato progettato e sviluppato in stretta collaborazione con un fornitore di servizi cloud di prim'ordine e integra gli insegnamenti di più generazioni di SmartNIC FPGA (field programmable gate arrays).

"Direi che la notizia di Mount Evans è un grosso problema dal momento che non sappiamo ancora chi sia il partner CSP per il design, ma il fatto che Intel spedirà una parte del server ARM farà grandi novità nel settore ", ha detto Sag.

Ponte Vecchio

Sopra: Ponte Vecchio di Intel è un amalgama di core grafici.

Credito immagine: Intel

Uno dei chip più ambiziosi è Ponte Vecchio, che utilizza la microarchitettura Xe HPC focalizzata sulla grafica. Sono necessari tutti i processori paralleli e i chip multipli in un sistema per accelerare le applicazioni di calcolo e analisi dei carichi di lavoro ad alte prestazioni di intelligenza artificiale. Mira a portare le GPU di Intel in profondità nel data center, ha affermato Koduri.

I primi prototipi di Intel funzionano con un throughput di oltre 45 teraflop (TFLOPS FP32), una larghezza di banda del tessuto di memoria superiore a 5 terabyte al secondo (TBps) e una larghezza di banda della connettività superiore a 2 TBps. Intel ha mostrato una demo che mostra le prestazioni di inferenza di ResNet di oltre 43.000 immagini al secondo e superiori a 3.400 immagini al secondo con la formazione ResNet per scopi di intelligenza artificiale. Sarà costruito sulla tecnologia di processo avanzata di TSMC, soprannominata N5.

"A livello specifico del prodotto, penso che Ponte Vecchio attirerà la massima attenzione, ma sono rimasto impressionato da quello che stanno facendo con Thread Director su AlderLake", ha detto O'Donnell. "Penso che sia un passo avanti pratico e importante che molti utenti di PC potranno apprezzare."

Sag ha aggiunto: “La parte di Ponte Vecchio è molto interessante anche per la sua complessità (100 miliardi di transistor) e per quante sfide Intel ha dovuto superare per renderlo possibile. Sembra voler seguire l'A100 di NVIDIA non solo con una quantità significativa di core Xe, ma anche con una quantità significativa di core a matrice, il che significa che anche questo è progettato per essere una centrale di intelligenza artificiale. Il fatto che abbia un throughput di 45 TFLOPS FP32 è abbastanza promettente per la parte, ma si ridurrà comunque al software e al coinvolgimento degli sviluppatori per consentire quella quantità di elaborazione".

Le partnership con le fonderie di Intel

Sopra: i chip grafici di Intel saranno realizzati dal produttore rivale TSMC.

Credito immagine: Intel

Mentre Intel sta sfruttando l'ex rivale TSMC per la sua produzione di chip, Intel sta anche pianificando di realizzare chip per altre società nelle fabbriche Intel.

Stuart Pann, vicepresidente senior del gruppo di pianificazione aziendale di Intel, ha affermato che l'azienda gestisce attualmente fino al 20% delle sue
volume complessivo del prodotto presso fonderie esterne o produttori di chip a contratto e l'azienda è tra i principali clienti di TSMC. In parte ciò è dovuto alle acquisizioni.

"Stiamo evolvendo questo modello di produttore di dispositivi integrati per approfondire ed espandere le nostre partnership con le principali fonderie", ha affermato Pann. “Il motivo è semplice: così come i nostri progettisti utilizzano l'architettura giusta per il giusto carico di lavoro, scegliamo anche il nodo che meglio si adatta a quell'architettura. In questo momento, questi nodi di fonderia sono la scelta giusta per i nostri prodotti grafici discreti".

Ha notato che il prossimo chip Intel Meteor Lake per i clienti sarà realizzato sulla prossima tecnologia di processo Intel 4, con alcune piastrelle di supporto prodotte presso TSMC.

"L'approccio ibrido di produzione fab esterno/interno di Intel è proprio ciò di cui l'azienda ha bisogno in questo momento per riguadagnare la sua strada interna, mentre costruisce il suo futuro IDM 2.0", ha affermato l'analista Altavilla.

Riassumendo

Sopra: Pat Gelsinger è CEO di Intel ed è ottimista sulle sue nuove architetture di chip.

Credito immagine: Intel

Come accennato, gli analisti sono stati positivi.

"Penso che la notizia più importante sia stata la presentazione di Alder Lake, con un secondo vicino di dettagli di Intel Alchemist Xe-HPG Graphics e XeSS", ha affermato Dave Altavilla, analista principale di HotTech Vision And Analysis, in un'e-mail a VentureBeat. "Penso che possano essere competitivi rispetto ad AMD, poiché l'architettura E-Core e P-Core di Alder Lake mostra buone promesse di scalare una miriade di carichi di lavoro in modo efficiente e con una latenza e un throughput input-output molto inferiori rispetto alla generazione precedente dell'azienda".

Ha aggiunto: "Sul fronte della grafica i primi segnali di Alchemist sono molto forti, con Intel che ha anche selezionato tutte le caselle giuste che supportano la suite completa di set di funzionalità DirectX Ultimate, con ray tracing e ombreggiatura a velocità variabile, nonché un open-source e un'alternativa di supercampionamento accelerata dall'apprendimento automatico con XeSS. Penso che il mercato abbraccerà con tutto il cuore un terzo importante concorrente e sarà molto interessante confrontarlo con AMD e Nvidia".

Intel spera che queste scoperte architettoniche dimostreranno come può essere un leader nella prossima generazione di prodotti, ha affermato Koduri. Intel non ha descritto i tempi per l'arrivo di molti dei chip, ad eccezione del lancio della grafica all'inizio del 2022.

"Le scoperte che abbiamo divulgato oggi dimostrano anche come l'architettura soddisferà la schiacciante domanda di maggiori prestazioni di elaborazione man mano che i carichi di lavoro dal desktop al data center diventano più grandi, più complessi e più diversi che mai", ha affermato Koduri.

Ha aggiunto: "Guardando indietro all'anno scorso, la tecnologia è stata al centro del modo in cui tutti noi abbiamo comunicato, lavorato, giocato e affrontato la pandemia. L'enorme potenza di calcolo si è rivelata cruciale. Guardando al futuro, ci troviamo di fronte a una massiccia domanda di elaborazione, potenzialmente un fabbisogno di 1.000 volte entro il 2025. Quell'aumento di 1.000 volte in quattro anni è la legge di Moore alla potenza di cinque.

Gelsinger, che è anche un architetto di chip, ha chiuso la giornata dicendo: "Stiamo affrontando sfide di elaborazione scoraggianti che possono essere risolte solo attraverso architetture e piattaforme rivoluzionarie… I nostri talentuosi architetti e ingegneri hanno reso possibile tutta questa magia tecnologica".

Ha aggiunto: "Intel è tornata e la nostra storia è appena iniziata".

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