Intel Silvermont

Intelov Atom je samo u vremenu dominacije netbuk računara bio ime za puno poštovanje. Nakon promena trendova na tržištu, čini se da je intel konačno našao idealan kurs za svoje plovilo.

Evolucija Intel Atom procesora (2008-2014)

Pre svega deceniju u sferi računarskih tehnologija besneo je bespoštedni rat dve kompanije, Intela i AMD-a. Bitke za bolji procesor, kako na papiru, tako i u prodaji, nizale su se takvim tempom da je delovalo kao da toj igri ne može tako brzo da dođe kraj. Dok su jedni verovali da će neko od takmičara poraziti drugoga i tako postići punu dominaciju, drugi su sa visokom sigurnošću isticali da će se rat završiti neodlučenim rezultatom i relativno mirnim status quo stanjem, zatišjem pred novu buru. Ispostavilo se da niko nije bio potpuno u pravu. Svet je napravio zaokret ka prenosnom računarstvu i x86 rat stavio po strani. Intel je trijumfovao, ali je slavlje trajalo kraće nego što je iko mogao da pretpostavi. Pametni telefon je zagospodario, a sa njim je i rad relativno ograničeno uspešne kompanije ARM konačno dočekao svoju priliku. Od prvog iPhone-a do danas, svedoci smo izvanrednog uspeha informacionih tehnologija koje su počele postepeni proces izmene navika čovečanstva. Našom svakodnevicom sada vladaju malena tehnološka čuda – pametnija od Tamagočija, uzbudljivija od Tetrisa i ozbiljnija od iPaq-a.

U tom novom svetu, ako niste ušli u kolo na vreme, teško ćete moći da se pohvalite „plenom„ koje vam je njegovo visočanstvo publika (korisnici, kupci, fanovi) udelila. Intel je to naučio na teži način. No, kako smo već od ove kompanije navikli, u rukavu se krije još po koji trik s imenima i karakteristikama koje razume skoro svaki ljubitelj računara od 1978. godine pa naovamo. U pomenutoj bici sa AMD-om, Intelu je bio potreban zaista dobar procesor kako bi odneo konačnu pobedu. Uloga AMD-a u izuzetnim procesorima koje danas možemo da kupimo je neporeciva. Sličnu ulogu danas ima ARM, odnosno njihovi partneri (Nvidia, Qualcomm, Samsung, Apple) koji se bave proizvodnjom procesora zasnovanih na tehnologiji koju je ARM razvio. Ovi procesori danas apsolutno dominiraju mobilnim tržištem zahvaljujući, čini se, savršenoj ponudi proizvoda. Intel sada pokušava da nađe rupu u ARM-ovoj paleti kroz koju će na tržište doneti svoje procesore. Do sada je to pokušavano sa Atomom, procesorom koji je od svog skromnog početka bio nedovoljno dobar. Kako se onda zove taj novi adut, neotkriveni kec u rukavu, sveži trik iz radionice američkog tehnološkog džina, pitate se? Verovali ili ne, njegovo ime je – Atom. Ovaj procesor napraviće razliku. Ali, zašto će baš on promeniti stanje na tržištu? Način na koji je urađen neodoljivo podsećaju na pomalo zaboravljen herojski procesor po imenu Conroe.

Dugo putovanje

Blok dijagram Silvermont jezgra

Prošlo je već, u kontekstu informacionih tehnologija današnjice, dugih pet godina od kako je Intel predstavio prvi čip s oznakom Atom, kodnog naziva Bonell, po vrhu planine u teksaškom gradu Ostinu. Vrh ne prelazi 750 m nadmorske visine. Mala planina – malo jezgro. Ovaj i ovakav procesor, te 2008. godine, i te kako je imao smisla. Proizveden pod parolom „malo ovoga, malo onoga„, prvi Atom bio je dovoljno dobar za segment koji je u nekih godinu i po dana pokrenuo računarsku industriju i dao joj zamah koji joj je bio neophodan. Netbuk kao poslovni model nije dugo opstao, ali je bio najava ultraportabilnih prenosnih uređaja današnjice čije performanse konačno korisniku pružaju gotovo punokrvno desktop iskustvu u veoma laganoj i lepo dizajniranoj izvedbi.

Upravo je nedostatak tog desktop iskustva, koji se ogledao pre svega u sporosti izvršavanja određenih akcija i gotovo užasnom multitaskingu, bio najveća mana prvog dizajna Atoma. Osnovni razlog za ovakav rezultat bila je sama priroda Intelovog procesora. Njegova mikroarhitektura bila je tipa in-order, što je značilo da se instrukcije izvršavaju tačno po redosledu po kom su napisane. Kako neke instrukcije zahtevaju da se za njihovo izvršavanje iz memorije dovuče značajna količina podataka, jasno je da u sred izvršavanja počesto dolazi do usporenja jer procesor ne radi gotovo ništa. Naravno da su inženjeri Intela znali da bi out-of-order arhitektura donela vanredno bolje performanse, ali je to bilo moguće samo uz povećanje veličine procesora i struje koju bi takav proizvod trošio. Za ultraprenosne uređaje iz 2008. godine, to je bilo previše.

Uštede Silvermonta prema radnim naponima

Ipak, najveći problem ne leži u činjenici da arhitektura Atoma do sada nije bila dovoljno dobra, već da je Intel prosto nedovoljno agresivno ulazio u direktan okršaj s konkurencijom. Gledano iz vizure performansi, čak i 45nm Atom je bio dovoljno brz, brži od gotovo svake ARM arhitekture na tržištu. Ipak, njegova potrošnja je bila četiri i više puta veća od štedljive konkurencije. Prelazak na proizvodni proces od 32 nm mnogi su videli kao presudan i postavlja se pitanje zašto Intel nije bolje utemeljio poziciju (makar) na tržištu tabličnih računara, ako su već mobilni telefoni bili pomalo nedostižna kategorija. Bilo kako bilo, danas, tri godine nakon predstavljanja Atoma u 32 nm, Intel u tržišnu utakmicu ulazi sa mnogo boljim adutima.

Veoma je bitno, radi konteksta, da je Intel u međuvremenu značajno unapredio spektar tehnologija kojima raspolaže. To se uglavnom desilo kupovinom manjih tehnoloških kompanija, ali i zahvaljujući unutrašnjoj reorganizaciji odeljenja za prenosni segment. Korak koji je nedostajao bila je nova mikroarhitektura, od početka namenjena prenosnicima, sa naglaskom na performansama po vatu utrošene energije. Kada sve to posmatramo i kroz prizmu proizvodnog procesa od 22 nm, koji je Intelu u segmentu mainstream procesora (Haswell) osigurao dominaciju, deluje da su svi elementi sjajnog proizvoda tu. No, da li je baš tako?

Mobilni Conroe

Ovaj novi Intelov procesor nosi kodni nazivom Silvermont. Mišljenje nekih da je Silvermont zapravo novi Conroe, samo u sferi mobilnih tehnologija, poprilično je smela tvrdnja. Ipak, ona predstavlja zajednički stav značajnog broja relevantnih komentatora sa svih meridijana. Zbog čega je to tako, saznaćete u nastavku.

Počnimo od proizvodnog procesa. Ukoliko je u 45 nm Atom bio solidnih performansi i visoke potrošnje, u 32 nm bio relativno blizu cilja, možemo reći da je u procesu od 22 nm Intel pogodio pravo u crveni krug u sredini. Kako je ovaj proces debitovao na Ivy Bridge platformi, očigledno je da nije bio optimizovan za mobilne procesore. Intel je u godini za nama radio na derivativu pomenutog procesa koji bi zadovoljio kriterijume ultrakompaktnog i pristupačnog mobilnog procesora kojim bi napao konkurenciju. Taj proces nosi oznaku P1271. Direktna posledica prelaska na niži proizvodni proces za sobom vuče i značajna smanjenja potrošnje energije. Inicijalna testiranja pokazuju da je na istom radnom naponu novi proces doneo uštedu od 25–35 odsto. Na kraju, bitnije od svega jeste i to što je, zahvaljujući ovako dobrim rezultatima uštede, Intel u mogućnosti da skalira frekvenciju prema potrebama i da uskladi i dodavanje logike u odnosu na prethodni model bez većeg utroška snage. Jednostavno rečeno – performanse su obezbeđene.

Drugi značajan arhitekturalni potez u izradi Silvermonta jeste njegova out-of-order priroda. Ne treba pomisliti kako je Intel prethodne Atome držao u in-order stanju bez razloga. Konkurencija je činila isto. Ipak, poslednji ARM procesor (Cortex A15) je punokrvni out-of-order, a to je upravo čip čiju krunu Silvermont vreba. U sirovim performansama bez paralelizacije, hardverska out-of-order logika trebalo bi da donese 25-30 odsto veće performanse. Bitno je da napomenemo činjenicu da je u ovoj evoluciji Intel odabrao da ne širi svoju arhitekturu te ona ostaje zakovana za dve instrukcije po ciklusu. Razlozi su jednostavni. Dodavanje još jedne instrukcije u širinu bi koštalo, a pri tom bi takav Atom bio preterano blizak trenutnoj liniji Intelovih Haswell procesora. Intel je preuzeo svestan rizik, smatravši da za ovako nešto nije bilo potrebe imajući u vidu skok u performansama koji Silvermont ionako donosi. Delimično je izmenjena i dubina protočne obrade koja umesto fiksnih 16 stepeni sada ima raspon od 14 do 17 stepeni, zavisno od vrste instrukcija. Prirodno, predikcija grananja je uznapredovala, kao i u svakom redizajnu jedne mikroarhitekture i ovo bi trebalo da donese poboljšanje u nekim prilikama koje se meri bar jednocifrenim procentima.

Pogled na stare Atome veoma brzo će uočiti da je najveći čip imao svega dva jezgra ali uz podršku HyperThreading tehnologije. Kako je smanjenjem proizvodnog procesa istovremeno smanjena i površina čipa, Intel je dobio mogućnost da pribegne dodavanju većeg broja jezgara i skidanju HT logike koja je uprkos povećanju performansi (u nekim situacijama) bila i „gutač„ energije. Unapređen je i bafer petlji (što smo videli i kod AMD-ovih poslednjih procesora), reorder bafer, a u skladu sa out-of-order logikom, povećani su i baferi za preslikavanje adresa u keširanju. Izvršne jedinice unutar procesora redizajnirane su u korist smanjivanja latencija i povećanja brzine izvršavanja operacija s pomičnim zarezom, odnosno celobrojnih množenja. „Višak„ prostora na pločici omogućio je i dodavanje logike za podršku instrukcija zaključno sa onim koje smo videli u čipovima Westmere (32 nm tock Nehalem arhitekture iz 2010. godine). Tako Silvermont podržava SSE4.1, SSE4.2, AES-NI, Secure Key i POPCNT.

Zaključak je jasan – u sirovim performansama bez paralelizacije, Intelov poslednji Atom pružaće IPC (instrukcije po ciklusu) na nivou trenutno najjačeg ARM konkurenta (Cortex A15). Ipak, kako Intel ima prostora za skaliranje frekvencije bez (značajnog) povećanja potrošnje, to znači da možemo da očekujemo i rezultate koji premašuju one koje ARM postiže. U pogledu smanjenja potrošnje – Silvermont je konačno prvi Atom sa hardverskom jedinicom za kontrolu napona na samom čipu. Znamo koliko je ovakva jedinica (od pomenute Nehalem arhitekture, pa naovamo) pomogla u smanjivanju ukupne i boljem skaliranju trenutne potrošnje prema poslu koji se obavlja. Za razliku od konkurentskih rešenja, ovakvo ne zahteva posebne primitive na nivou operativnog sistema koje pored otežavanja implementacije, ne obezbeđuju uniformne rezultate na različitim platformama. Ovakvo stanje stvari omogućilo je Silvermontu i Turbo Mod, ne onako potentan kao u starije Intel braće, ali dovoljno kvalitetan u segmentu kom je namenjen. Konkurencija tu praktično i nema šta da ponudi.

Pakovanje i očekivanja

Poput nedavno predstavljene AMD porodice zasnovane na procesoru Jaguar, dizajn Silvermonta je modularan. To znači da će Silvermont da se pakuje u module od po 2 jezgra i 2 niti (HT-a više nema), a među jezgrima nema nikakve razlike. Jezgra ne dele izvršnu logiku dok je deljen samo keš drugog nivoa (1 MB). Jezgra mogu da rade na zasebnim frekvencijama, mada ne može da se kaže da je to uobičajeno ponašanje. Silvermont je predviđen da skalira do osam jezgara (4 modula po 2). Zvuči poznato, zar ne?

Moduli komuniciraju preko interfejsa tipa p2p (point-to-point) kojeg odlikuju nezavisni kanali za čitanje i pisanje. Ovakva arhitektura konačno menja FSB u Atom procesorima. S obzirom na to da je ista predstavljena još u Nehalem arhitekturi, zaista smatramo da je bilo vreme da se implementira i u Atom rešenjima. Integrisani memorijski kontroler je već uobičajeno rešenje u Intelovim proizvodima u tekućoj deceniji. Grafički podsistem biće zasnovan na Gen7 arhitekturi koju smo videli u Ivy Bridge familiji. Rešenja namenjena tabličnim računarima imaju po četiri izvršne jedinice (tačno četiri puta manje nego starija Ivy Bridge braća).

Na osnovu svega prikazanog, zaista može da se očekuje da će Silvermont biti dobro rešenje. Ipak, jasno je da je Intel morao da ponudi tržištu ovakav proizvod godinama ranije. Za sada su poznate tri implementacije Silvermonta. Baytrail će pokretati tablične računare, Merrifield pametne telefone, a Rangeley proizvode namenjene komunikacionim infrastrukturama. Intel će izaći na tržište s uređajima koji rade i sa Windows 8 i sa Android operativnim sistemima i biće pravo zadovoljstvo biti svedok svih mogućih verzija dizajna i implementacija ove platforme.

Do pisanja ovog teksta, na Internetu postoji samo jedan rezultat uporednih testova Silveromonta i Cortex A15. U tom rezultatu Intel demonstrira svu svoju snagu i ostavlja ARM rešenje u prašini. Prave rezultate možemo očekivati pri kraju godine kada nas očekuju prvi primerci tabličnih računara sa Silveromontom. Prvi pametni telefoni s ovim procesorom očekuju se tek iduće godine.

• • •

Gledano iz perspektive performansi i arhitekturalnog potencijala, Silvermont je potpuno zaokruženi proizvod čiji izlazak neodoljivo podseća na Conroe i početak Intelove dominacije x86 prostorom. U svoje doba Conroe bio je potreban i dovoljan uslov. Danas, Intel ulazi u takmičenje sa znatno slabije pozicije na tabeli i zavisi od partnerskih firmi – OEM proizvođača prenosnih uređaja. Konačno može da se kaže da je u ovom trenutku Intel učinio maksimalno, ma koliko taj trenutak kasnio u odnosu na ono što bi za korisnike bilo optimalno. Počevši od Silvermonta, Atom ulazi u tick-tock paradigmu koju poznajemo iz desktop sveta. Razlika je u tome što će ovde frekvencija promene biti na godinu dana, što odgovara brzini razvoja mobilnih tehnologija i tržišta a ne na dve godine kako kod „velike braće„. Ovo je prva prava mobilna procesorska arhitektura iz Intelove radionice. Koliko će biti uspešna pokazaće se već u narednih šest meseci. Pametni telefon sa x86 kompatibilnošću konačno je realnost. Na zadovoljstvo mnogih.

Momir ĐEKIĆ