Benhårde energikrav har presset Intels Skylake-ingeniører til det yderste

(Opdateret: Illustration er midlertidigt fjernet af embargo-årsager indtil i aften, red.) Varme og strømforbrug var vigtigere end alene at forbedre ydelsen i den nye generation af Intels Core-processorer, der skal kunne bruges i ultralette pc'er.

Intels nye, sjette generation af processorer baseret på Core-arkitekturen kommer til at få det største spænd i forhold til, hvilke typer enheder de skal kunne bruges i, og det gav ingeniørerne bag den sjette generation store udfordringer.

»Vi skal dække bredere end nogensinde før med én enkelt familie af processorer. Det var ret vildt. Da vi begyndte på Skylake, var det rimelig trivielt med et spænd fra bærbare til desktoppen. Men meget har ændret sig siden da,« siger chefarkitekt Yuli Mandelblat fra Intel.

Skylake er kodenavnet for den sjette generation af Core-arkitekturen, og den udgør grundlaget for processorer, som skal bruges i helt lette tablets med et maksimalt energiforbrug på 4,5 watt, og for processorer til desktop-pc'er til gaming og workstations, hvor energiforbruget runder 91 watt.

»Vi skal dække et termisk designspænd på en faktor 20 med én enkelt arkitektur,« påpeger Yuli Mandelblat.

Det betød, at ingeniørerne undervejs i den fem år lange proces var nødt til pludselig at skulle prioritere visse ting, de ikke tidligere havde behøvet at tage hensyn til, fordi Skylake blev påbegyndt på et tidspunkt, hvor 15 watt og ikke 4,5 watt havde været det skrappeste krav til energiforbruget.

Kravet om 4,5 watt kommer ikke ud af det blå. Pc-producenterne ønskede at kunne designe tynde bærbare pc'er og tablets, og det krævede, at de kunne designes uden blæsere, men samtidig måtte skærmen ikke være for lille.

»Hvis du vil have et design uden blæsere og have grafikkræfterne i processoren til at trække en skærm på 11,6 tommer i et kabinet, der er otte millimeter tyndt, så rammer du et maksimalt termisk design på 4,5 watt,« forklarer grafikchip-arkitekt Wen-Fu Kao fra Intel.

Det er det bedste, Intel kan levere med den nuværende chipteknologi, Broadwell, som foregår ved en skala på 14 nanometer. De største landvindinger i energiforbruget kommer typisk i forbindelse med overgangen til en ny fremstillingsproces, men med Skylake skulle Intel leve op til de nye krav, men uden hjælp fra chipteknologien.

Derfor måtte Intel finde andre måder at reducere energiforbruget i Skylake.

»Vi analyserede flere af de mest almindelige brugsscenarier for at finde ud af, hvor strømmen bliver brugt,« fortæller Yuli Mandelblat.

Strategien for designet af Skylake var at arbejde med et energibudget på et givet antal watt. Tanken var, at hvis man kunne spare et par milliwatt på én del af en proces, så kunne de milliwatt komme en anden del til gode.

»Det virker selvfølgelig også den anden vej: Hvis du spilder noget energi her, så mangler du det dér,« siger Yuli Mandelblat.

En af de ting, Intel benyttede sig af i designet, var at tilføje flere muligheder for at lukke af for dele af processoren, som ikke blev brugt. Samtidig har Intel tilføjet en funktion kaldet Speed Shift, som kan justere på clockfrekvensen og den tilknyttede spænding i forhold til, hvad der er bedst for en bestemt type proces.

»Hvis du kører noget, som kan afsluttes hurtigt, så kan det være bedst at skrue helt op, så du bliver hurtigere færdig, og så lukke ned,« siger Yuli Mandelblat.

Det bedste i forhold til energiforbruget er at kunne få processoren helt ned i den såkaldte C-tilstand, hvor man samtidig eliminerer det meste af den lækstrøm, som også koster på energibudgettet, når processoren blot kører i tomgang.

Tilsvarende er det også nødvendigt at kunne tilpasse sig andre typer applikationer, som kræver konstant arbejde fra processoren. I eksempelvis behandling af video i en videokonference bliver processen ikke hurtigere færdig af at øge frekvensen. Derfor er man i stedet nødt til finde den laveste frekvens, som kan klare opgaven.

Speed Shift vil blive understøttet i Windows 10 i en endnu ikke annonceret opdatering af styresystemet, mens Intel også samarbejder med open source-miljøet om at understøtte funktionen.

Skylake indeholder også en række forbedringer af måden, caching håndteres på ved at tilføje ekstra båndbredde, så processer med mange 'misses' på cachen ikke skal vente for længe, ligesom brugen af eDRAM på processoren er udbygget og understøtter caching af ting, der ellers ikke er beregnet til caching.

På grafiksiden har Intel også udbygget Skylake med blandt andet udvidet understøttelse af kamerafunktioner, så processorerne nu har fået en række af de funktioner, der findes i smartphones. Da Intel gerne vil gøre Skylake interessant til tablets, så understøtter arkitekturen eksempelvis, at et kamera kan tage mange billeder hurtigt efter hinanden, ligesom der er kommet ansigtsgenkendelse, der kan hjælpe autofokus.

Endelig har Skylake også fået en ny sikkerhedsfunktion Software Guard Extension, som kan give en applikation et område i hukommelsen, som er fuldstændigt afskåret fra resten af systemet. Selv tjenester i Ring 0 kan ikke ændre i indholdet. Det afgrænsede område kan bruges til både at rumme data og programkode.

»Vi har endda måttet gennemgå vores egne interne værktøjer til debugging for at sikre, at de ikke kunne få adgang til områderne,« siger Yuli Mandelblat.

De nye sjette generationsprocessorer i Core-familien bliver officielt lanceret i forbindelse med IFA-messen. Den første lanceringsbølge omfatter dog ikke versioner med Intels vPro-teknologi.

Tips og korrekturforslag til denne historie sendes til tip@version2.dk
Følg forløbet
Kommentarer (4)
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først
#1 Carsten Olsen

Jeg skriver dette fra en HP 14" Chromebook med Nvidias Tegra K1. (altså uden Intel) Batteritiden de lover er vist 10 timer.

I praksis har den kørt video i 15 timer uden at løbe tør for batteri. Jeg havde forventet hurtig grafik med Nvidia, men det har jeg ikke fået.

Til gengæld har jeg fået lang batteritid og ingen støj/varme (har ingen ventilator, <25C på alle flader) Måske osse fordi jeg har slået flash fra (og html5 til) på YT se evt: https://www.youtube.com/html5

  • 1
  • 0
#3 Torben Mogensen Blogger

Det er helt klart presset fra ARM-baserede processorer, der har fået Intel til at fokusere på strømforbruget. Tidligere kunne de feje ARM af banen ved at sige, at de godt nok brugte mindre energi end Intels egne processorer, men at de også ydede langt mindre. Men nu er 64-bit ARM-processorer ved at nappe Intel i hælene med performance, og stadig til lavere strømforbrug. Med Skylake har Intel reduceret strømforbrugshullet -- indtil næste generation af ARM.

  • 2
  • 0
Log ind eller Opret konto for at kommentere