Intel Haswell platforma

U trci za najboljeg frekvencija je sada tercijarna stvar. Traže se performanse po jedinici utrošene snage i autonomija u desetinama sati. Intelova nova mikroarhitektura pokušava da se na tržištu preporuči kao dovoljno dobra

Usegmentu mikroprocesorskog razvoja, posebno u domenu računara i računarskih sistema, Intel već decenijama uživa lidersku poziciju. Ako nije bio prvi, disao je za vratom vodećoj kompaniji, a već više od pola decenije može se tvrditi da ima hegemoniju nad mikroprocesorskim tehnologijama, barem kada je u pitanju svet personalnih računara i servera. Ipak, tendencije vremena u kojem živimo nisu naklonjene takvoj hegemoniji – svet se okreće štedljivim tehnologijama procesora, prenosnim platformama računarstva i fundamentalno drugačijem pristupu. To je oblast u kojoj Intel još nije zauzeo dobru poziciju za turbulentno vreme koje dolazi. Da li je razvoj platforme sa kodnim imenom Haswell uočio stanje „na terenu” i pripremio bolje suočavanje Intela sa izazovima druge decenije 21. veka, pokušavamo da otkrijemo.

Strategija i realizacija

Poslovna strategija najmoćnije svetske kompanije u oblasti mikroprocesora već nekoliko decenija je jasna kao dan. Priliv novca se ostvaruje proizvodnjom velikog broja procesora koji spadaju u tržišni segment široke potrošnje, od ultraportabilnih uređaja svih veličina do onih namenjenih najvišem segmentu korisnika (popularno rečeno, entuzijastima). Taj novac se zatim investira u proizvodnju malog broja veoma kvalitetnih (i skupih) uređaja, namenjenih najzahtevnijim poslovnim korisnicima, i to u domenu servera i serverskih podsistema. Na ovaj način, ekonomski gledano, Intel pravu zaradu obezbeđuje upravo kroz prodaju pomenutih serverskih tehnologija. Ta zarada se delimično reinvestira u istraživanje i razvoj, testiranje i proizvodnju razvijenih i testiranih proizvoda. U čitavom procesu, zarad pojednostavljenja međukoraka, ali i prestiža, Intel koristi sopstvene fabrike za proizvodnju u sve sitnijim proizvodnim procesima. Osnovni preduslov optimalnog rada ovakvog sistema jeste uposlenost fabrika. Dokle dok je potražnja za uređajima visoka, fabrike rade punom parom, a novac stalno pristiže, pa može da se uniformno ulaže u različite delove proizvodnog procesa, kao i u marketing. Ovako posmatrano, sve deluje idealno. Fabrike rade, zaposleni rade, menadžeri trljaju ruke i svi u ekosistemu su nasmejanih lica i debelih novčanika, baš kao u nekakvom propagandnom filmu idealističkog kapitalizma.

Naravno, sve ovo nije baš tako. Kako bi odgovorili na zahteve koji se pred njih stavljaju, inženjeri su pod stalnim pritiskom da izbacuju nova i bolja rešenja koja nude nešto više u odnosu na prethodna, konkurenciju i druge učesnike u biznisu. To je teže nego što se čini i potrebno je imati dugoročni plan, stabilne prihode u novcu i kompetencijama i još nešto – hrabrost. U prve dve kategorije, Intel se dobro snalazi, dok se u trećoj još pronalazi. Poslednje informacije o arhitekturi četvrte generacije Core tehnologije, kodnog imena Haswell, ipak daju nadu da je i taj proizvođač konačno izradio proizvod koji nudi rešenje potrebe za brzim procesorom, ali koji troši toliko malo da sa aktuelnim baterijama za mobilne uređaje omogućava gotovo čitav dan upotrebe u stanju aktivnog mirovanja i povremenog aktivnog korišćenja.

Pozicija

Intelov Haswell zauzima tock poziciju dobro poznatog tick-tock modela, koju Intel već gotovo deceniju poštuje. Da podsetimo – tock predstavlja stanje u kojem se javnosti predstavlja nova mikroarhitektura, nastala na dobroj praksi prethodnog koraka (tick), koji predstavlja smanjivanje prethodne verzije mikroarhitekture na niži proizvodni proces. Konkretno, u ovom slučaju, Haswell je nova mikroarhitektura u već osvojenom proizvodnom procesu od 22 nm, koji je utemeljen u prethodnoj verziji (Ivy Bridge).

Intel nas je navikao na poboljšanja u svakoj mikroarhitektri u tock poziciji, i Haswell u tom smislu nije izuzetak – analizu (objavljenih i jasnih) unapređenja ćete videti u tekstu koji sledi. No, pre no što se osvrnemo na razlike Haswella u odnosu na Ivy Bridge, vratimo se na trenutak na poslovne implikacije situacije u kojoj se nalazimo.

U prethodnoj mikroarhitekturi, Intel je svoje proizvode pozicionirao u okviru raspona od 35 do 45 W TDP-a (Thermal Design Power). Slabiji i jači procesori skalirani su prostim povećanjem ili smanjenjem radnog napona (uz još neke izmene, manje bitne za ovu raspravu). Takav raspon TDP-a omogućio je Intelu da započne Ultrabook sagu – niži TDP obezbeđivao je duži životni vek ovih prenosnika. Ipak, prodaja računara (samim tim i ultraprenosnih) u realnom je padu, a prognoze za tekuću godinu govore o ravnoj liniji prodaje. Svi znamo da ravna linija označava – smrt. To dobro znaju i menadžeri Intela. Njihova ideja bila je jasna – obezbediti još niži TDP raspon za Haswell, oko 10-20 W. Pojedini (rani) testovi pokazuju operativni procesor Haswell, koji ima TDP manji od 8 W. Ovakvi rezultati pogađaju metu u regionu centra – to još nije dovoljno za Haswell u mobilnom telefonu, ali je svakako dovoljno za Haswell u tabličnom računaru. Smanjivanjem ovakve arhitekture na proizvodni proces od 14 nm, što je sledeći tick u modelu, omogućiće Intelu da se rame uz rame bori sa (relativno) novim takmacem – ARM-om. No, o tome ćemo govoriti kada za to dođe vreme.

Potrošnja i noviteti

Nova mikroarhitektura trebalo bi da dolazi u više klasa, koje se prema upotrebi i podnožjima mogu videti složene u tabeli 1.

Prve dve klase ovih procesora će, razumljivo, zadržati dosadašnju praksu pakovanja (dva čipa na pločici) i kod njih se u novoj mikroarhitekturi nije previše vodilo računa kada je u pitanju potrošnja, osim onih evolutivnih poboljšanja koja donose smanjenje potrošnje u odnosu na prethodnu platformu, za istu jedinicu frekvencije procesora. U trećoj grupaciji, Intel je napravio znatan broj izmena, koje su jasno usmerene ka osnaživanju ultrabook platforme i boljem pozicioniranju Intela u segmentu tabličnih računara.

U trećoj grupaciji biće single-chip rešenja, u koje je integrisan i regulator napona, koji je u prethodnim generacijama obično pripadao komponentama matičnih ploča. Seljenje ovog kontrolera ima smisla – na taj način može se vršiti fino podešavanje napona sa brzim promenama stanja. Pomeranje regulacije na sam procesor doprineće smanjenju komponenata na matičnoj ploči, što će dodatno smanjiti potencijalne veličine i debljine budućih uređaja ili će pak ostaviti mesta za povećanje drugih (naravno, pre svih, baterija).

Sve ovo, iako veoma pozitivno, ne bi obećavalo toliko da nije još jednog koraka u optimizaciji potrošnje, koji od Intela očekujemo već duže vreme. Ako ste ikada koristili tablične računare renomiranih proizvođača, sigurno ste voleli činjenicu da su oni nekako uvek aktivni. Dok ih ne koristite, oni primaju poštu, vrše nekakve automatske aktivnosti i pored toga imaju autonomiju koja se meri u desetinama sati povremene aktivne upotrebe. Nasuprot njima, PC računari su, do ove iteracije razvoja, funkcionisali sa izvesnim brojem stanja „spavanja” u kojima su zadovoljavali potrebe korisnika pre pojave tabličnih računara. Tu pre svega mislimo na „spavanje” i „hibernaciju” radne mašine. No, kao što znamo, danas to više nije dovoljno.

Dakle, prvo veliko unapređenje Haswell platforme jeste uvođenje takozvanih S0ix stanja, koja omogućavaju funkcionalnost koju u Americi označavaju sa connected standby, odnosno active idle (aktivno mirovanje, prim. prev.). Ova stanja predviđaju identičnu potrošnju uređaja kao u statusu „spavanja”, ali sa mnogo bržim vremenom vraćanja u puno radno stanje. Očekivane brzine tog povratka, bar na nivou procesora, kreću se u opsegu 1-3 ms. Dovoljno brzo, svakako, čak i sa dodatnim režijskim troškovima drugih komponenata sistema.

No, da bi ovakve funkcionalnosti bile moguće, Intel je morao da krene u još jednu promenu paradigme – povećanje domena nad kojim se upravlja potrošnjom kada su u pitanju stanja spavanja. U praksi, to podrazumeva specifikaciju preporučenih komponenata za ostatak sistema koji će biti ugrađivani u rešenja zasnovana na Haswellu. Tu se krug ne zatvara. Intel će, pored samih komponenata, verovatno insistirati i na karakterističnim verzijama softvera (firmwarea, zapravo) na njima. Ovakav plan je sličan onome što Apple (veoma uspešno i unosno) radi već godinama i pravo je iznenađenje da Intel nije ranije počeo sa „usmeravanjima” svojih saradnika. No, razlika u odnosu na Appleova rešenja jeste u tome što će Intel svoje preporuke koordinirati sa velikim brojem OEM partnera, te se ovde dešava situacija slična onoj u svetu mobilnih operativnih sistema. Dok Apple svoj iOS koristi samo na sopstvenim uređajima, Google svoj Android otvara mnogim proizvođačima uređaja. U priči sa procesorima i drugim komponentama, Intel je Google, a Apple je, naravno, Apple. Imajmo na umu to da je pomak na aktivna stanja mirovanja nešto novo za industriju računara i da će biti potrebno vreme da bi se ono usavršilo u praksi. Ono što je sigurno jeste to da će ova poboljšanja biti dostupna u svim ultrabook računarima novije proizvodnje sa Windowsom 8, dok će kroz posebne drajvere poboljšanja biti moguća i ukoliko računari poseduju Windows 7, mada se postavlja pitanje koji će novi ultrabook dolaziti sa ovim OS-om.

A unutar kutije

Poboljšanja u domenu klasičnih procesorskih paradigmi su, kao i u ranijim iteracijama, vidna i relativno očekivana. U smislu procesiranja x86 naredbi, Haswell je ostao na širini intenziteta 4, što znači da u je paraleli sposoban da obradi do četiri x86 naredbe. Ipak, ta postavka uparena je sa poboljšanim prediktorom grananja i hardverskim prefetcherom (zaduženim za dohvatanje informacija iz memorije pre no što se upotrebljavaju), koji garantuju povećanu efikasnost predikcije, koja u konačnici omogućava veći broj instrukcija po jedinici frekvencije (IPC). Pored pomenutih unapređenja, Haswell može da se pohvali i poboljšanom logikom spekulativnog pristupa memoriji.

„Ispod zadnje haube”, Haswell je doživeo unapređenja u veličinama bafera. Povećan je out-of-order prozor (za 12,5 odsto), koji omogućava bolji paralelizam i direktno unapređenje performansi u primeni sa jednom niti. Store i Load baferi su takođe povećani, kao i registarski fajl za celobrojne i operacije u pomičnom zarezu.

Unutar dela za izvršavanja, Haswell je dobio povećanje broja jedinica za izvršenje (sa šest na osam), što će omogućiti izvršenje do osam mikrooperacija u paraleli. Pomenuta jedinica dobila je i nove instrukcije, takozvane AVX2, među kojima se ističe FMA (Fused Multiply-Add). Ova operacija omogućava izvršenje množenja i sabiranja u tandemu i štedi tri ciklusa (umesto osam ciklusa za ove dve operacije, potrebno je samo pet). Haswell poseduje dve jedinice sposobne za FMA operacije. Da bi se obezbedila dvostruka propusnost u izračunavanjima sa pomičnim zarezom, morale su da se izvrše izmene i na keš podsistemu. Tako je propusni opseg L1 keša povećan duplo, kao i interfejs između prvostepenog i drugostepenog keša, dok su veličine i kašnjenja ostali na istom nivou.

Keš podsistem doživeo je još jednu karakterističnu promenu – povratak na tri različite frekvencije (procesor, L3, grafički procesor). Kažemo povratak jer smo takvu situaciju imali na mikroarhitekturi Nehalem, dok je Sandy Bridge koristio samo dve frekvencije (procesor i keš na jednoj i grafički procesor na drugoj). Ovakva odluka donesena je svakako zbog optimizacije potrošnje, posebno u slučajevima kada grafički procesor mora da pristupi deljenom L3 kešu. Za ove (ali i druge) potrebe unapređeni memorijski kontroler biće od posebne važnosti.

O unapređenjima grafičkog podsistema Haswella ponajmanje se zna, jer Intel prosto nije objavio previše informacija na ovu temu. Poznato je da će ova rešenja dolaziti u tri opcije: G1, G2 i G3, da će najmoćnija verzija najverovatnije imati 40 EU (jedinica za izvršenje) i da će biti obezbeđena podrška za DirextX 11.1, OpenCL 1.2 i OpenGL 4.0. Ono što će nam najviše privući pažnju jeste postojanje do 128 MB integrisane radne memorije sa dovoljno interkonekcionih linija, koje bi trebalo da omoguće znatno ubrzanje u odnosu na Ivy Bridge (oko dva puta bolje performanse najjačeg modela u odnosu na HD 4000 u zahtevnim aplikacijama). U ultrabook segmentu, očekuje se ubrzanje performansi u opsegu između 20 i 30 odsto, a značiće i integracija kodeka za SVC (Scalable Video Coding), MPEG2 hardverski enkoder i motion JPEG dekoder. Podrška za 4K rezoluciju se podrazumeva.

• • •

Gledano na papiru, Intel je sa Haswellom konačno pokazao da se smanjenjem proizvodnog procesa i implementacijom nekih dobrih starih, ali i novih tehnologija i paradigmi može izraditi savremeni procesor sa dvostrukim dejstvom. Ovaj procesor je dovoljno jak da u desktop i laptop svetu bude za 5-15 odsto brži od prethodne generacije. U ultrabook domenu prednost u brzini raste na 20-30 odsto, a ukupna potrošnja u najštedljivijoj varijanti biće blizu margine vodećih tabličnih računara. Nov odnos sa OEM proizvođačima za Intel je pravi test odlučnosti. Kontrola komponenata, integracija softvera i hardvera različitih proizvođača u tesne standarde koje je Intel uveo u novoj mikroarhitekturi će biti izazov velikih razmera, koji će Intelu ili doneti dobar tempo pred finiš ili ga ostaviti u zaostatku za ARM rešenjima.

Računarima kakve smo koristili polako se bliži kraj, a gde će nas gospodari sudbine računarskih tehnologija povesti – pokazaće (relativno) bliska budućnost. Haswell nam dolazi na leto. Do kraja godine ćemo već znati da li Intel čeka „uloga običnog pešadinca među neznancima” ili „glavna rola u lancima”.

Momir ĐEKIĆ