Architecture Day 2020 Das ist neu bei Intel

Auf dem Architecture Day im August 2020 informierten Chef-Architekt Koduri, Intel-Mitarbeiter und Architekten über die Fortschritte, die Intel macht.
Auf dem Architecture Day im August 2020 informierten Chef-Architekt Koduri, Intel-Mitarbeiter und Architekten über die Fortschritte, die Intel macht.

Am Intel Architecture Day 2020 enthüllte der Halbleiter-Hersteller seine Willow Cove-, Tiger Lake- und Xe-Architekturen. Außerdem stellte Intel seine neue Transistortechnik vor.

Auf der Presseveranstaltung zum »Architecture Day 2020« informierten Chefarchitekt Raja Koduri sowie Kollegen und Architekten von Intel über die Fortschritte, die Intel bei seinen sogenannten »sechs Säulen der technologischen Innovation« macht. Zum Beispiel sind das die 10nm SuperFin-Technologie, sowie architektonische Details der Willow-Cove-Mikroarchitektur und der Tiger Lake SoC-Architektur für mobile Clients. Außerdem gab Intel einen ersten Einblick in seine vollständig skalierbaren Xe-Grafikarchitekturen.

10nm SuperFin-Technologie

Nach jahrelanger Verfeinerung des FinFET-Transistors, gibt Intel die größte einzelne Intranodenverbesserung in seiner Geschichte bekannt. Sie bietet eine Leistungsverbesserung vergleichbar mit einem Full-Node-Übergang. Die 10-nm-SuperFin-Technologie kombiniert Intels verbesserte FinFET-Transistoren mit einem MIM-Kondensator (Super Metal Insulator Metal). Sie bietet verbesserte Source/Drain-Eigenschaften, einen verbesserten Gate-Prozess und einen zusätzlichen Gate-Abstand, um eine höhere Leistung zu ermöglichen. Im Einzelnen sind es folgende Verbesserungen:

  • Verbessern des epitaktischen Wachstums von Kristallstrukturen auf Source und Drain, womit die Belastung erhöht und der Widerstand verringert wird, um mehr Strom durch den Kanal zu ermöglichen.
  • Verbessern des Gate-Prozesses, um eine höhere Kanalmobilität zu ermöglichen, womit sich Ladungsträger schneller bewegen können.
  • Bereitstellen einer zusätzlichen Gate-Pitch-Option für höheren Treiberstrom in bestimmten Chipfunktionen, die höchste Leistung erfordern.
  • Verwenden einer dünnen Barriere, um den Durchgangswiderstand um 30 Prozent zu reduzieren und die Verbindungsleistung zu verbessern.
  • Im Vergleich zum Industriestandard wird bei gleicher Grundfläche eine 5-fache Kapazitätssteigerung erzielt, womit der Spannungsabfall reduziert wird, was zu einer verbesserten Produktleistung führt.

Intels Mobilprozessor der nächsten Generation mit dem Codenamen Tiger Lake basiert auf der 10nm SuperFin-Technologie. Er befindet sich in der Produktion und wird an Kunden ausgeliefert, deren OEM-Systeme für die Urlaubssaison zu erwarten sind.

Willow Cove und Tiger Lake

Willow Cove ist Intels CPU-Mikroarchitektur der nächsten Generation. Aufbauend auf aktuellen Prozessverbesserungen, der 10nm-SuperFin-Technologie und der Grundlage der Sunny-Cove-Architektur bietet Willow Cove laut Intel eine Steigerung der CPU-Leistung mit großen Frequenzverbesserungen und erhöhter Energieeffizienz. Sie führt ebenso eine neu gestaltete Caching-Architektur ein.

Mit Optimierungen, die sich von der CPU über KI-Beschleuniger bis hin zur ersten System-on-Chip (SoC)-Architektur mit der neuen Xe-LP-Grafikmikroarchitektur erstrecken, soll Tiger Lake unter anderem Verbesserungen der KI-Leistungen ermöglichen. Im Detail bietet die Tiger Lake SoC-Architektur:

  • Neuer Willow Cove CPU-Kern – mit signifikanter Frequenzerhöhung unter Nutzen der Fortschritte der 10nm SuperFin-Technologie.
  • Neue Xe-Grafik mit bis zu 96 Ausführungseinheiten (EUs) mit signifikanten Effizienzsteigerungen bei der Leistung pro Watt.
  • Verbessertes Energiemanagement
  • Gaussian Network Accelerator (GNA) 2.0 – dedizierte IP für die energiesparende Entladung neuronaler Inferenzen von der CPU.
  • I/O – Integrierte TB4/USB4, integrierte PCIe Gen 4 auf der CPU für niedrige Latenzzeiten, Gerätezugriff mit hoher Bandbreite auf den Speicher.

Xe Grafik-Architekturen

Intel hat seine Xe-LP-Mikroarchitektur (Low Power) und Software neu definiert, die für eine effiziente Leistung für mobile Plattformen optimiert sind. Xe-LP ist Intels effizienteste Architektur für PC- und Mobile-Computing-Plattformen mit bis zu 96 EUs und kommt mit neuen Architektur-Designs wie asynchroner Berechnung, Anzeigen von Instanzen oder Sampler-Feedback daher. Das wird neue Funktionen mit Instant Game Tuning, Erfassen und Streamen sowie Bildschärfung ermöglichen. Was die Software-Optimierung betrifft, so wird Xe-LP mit einem neuen DX11-Pfad und einem optimierten Compiler über verbesserte Treiber verfügen.

Xe-HP ist die branchenweit erste hochskalierbare Hochleistungsarchitektur mit mehreren Kacheln, die Medienleistung auf Rackebene, GPU-Skalierbarkeit und KI-Optimierung auf Rechenzentrumsebene bietet. Sie deckt einen dynamischen Rechenbereich von einer Kachel bis hin zu zwei und vier Kacheln ab und funktioniert wie eine Multicore-GPU. Auf dem Architecture Day demonstrierte Intel die Xe-HP-Transkodierung von 10 vollständigen Streams von 4K-Video in hoher Qualität bei 60 FPS auf einer einzigen Kachel. Eine weitere Demo zeigte die Rechenskalierbarkeit von Xe-HP über mehrere Kacheln hinweg. Intel bemustert Xe-HP jetzt mit Schlüsselkunden und plant Xe-HP in Intel DevCloud für Entwickler. Xe-HP wird nächstes Jahr verfügbar sein.

Rechenzentrums-Architekturen

Ice Lake ist der erste 10 nm-basierte, skalierbare Intel Xeon-Prozessor, der bis Ende 2020 auf den Markt kommen soll. Laut Intel wird er wird sowohl beim Durchsatz als auch bei der Reaktionsfähigkeit bei allen Arbeitslasten eine hohe Leistung erbringen. So wird er eine Reihe von Techniken mit sich bringen, darunter die Gesamtspeicherverschlüsselung, PCIe Gen 4, acht Speicherkanäle und Verbesserungen des Befehlssatzes, die kryptografische Operationen beschleunigen. Als Teil der Ice-Lake-Familie werden ebenso Varianten für die Netzwerkspeicherung und das IoT eingeführt.

Sapphire Rapids ist Intels nächste Generation des Xeon Scalable-Prozessors, der auf der verbesserten SuperFin-Technologie basiert und führende Industriestandards wie DDR5, PCIe Gen 5 und Compute Express Link 1.1 bieten wird. Sapphire Rapids soll laut Intel die CPU sein, die im Supercomputersystem Aurora Exascale des Argonne National Lab zum Einsatz kommt. Die ersten Produktionslieferungen von Sapphire Rapids werden voraussichtlich in der zweiten Hälfte des Jahres 2021 beginnen.

Software

Die OneAPI-Gold-Version wird noch in diesem Jahr verfügbar sein und Entwicklern Produktionsqualität und Leistung für skalare, Vektor-, Matrix- und räumliche Architekturen bieten. Intel hat im Juli die achte Iteration der OneAPI-Beta-Version veröffentlicht, die neue Funktionen und Verbesserungen für verteilte Datenanalyse, Rendering-Leistung, Profilerstellung sowie Video- und Threading-Bibliothek bietet. Der diskrete DG1-Grafikprozessor ist derzeit für Entwickler mit frühen Zugriffsrechten in der Intel DevCloud verfügbar und bietet Zugang zu Bibliotheken und Toolkits, so dass Entwickler mit dem Schreiben von Software mit einer API beginnen können, bevor sie Hardware zur Hand haben.