Рассказываем об одной из главной характеристик мобильных чипсетов.

Процессор современного смартфона - сложный механизм, включающий в себя тысячи компонентов. Такие показатели, как частота и количество ядер, постепенно теряют смысл, а на смену им приходит понятие техпроцесса, характеризующее производительность и энергоэффективность процессора.

Что такое техпроцесс?

Процессор включает в себя тысячи транзисторов, которые пропускают или блокируют электрический ток, что позволяет логическим схемам работать в двоичной системе. Благодаря уменьшению размер транзисторов и расстояния между ними производители добиваются от чипсета большей продуктивности.

Уменьшенные транзисторы потребляют меньше энергии, при этом не утрачивая и производительность. Несмотря на то, что размер транзисторов напрямую не влияет на мощность, этот параметр стоит рассматривать как одну из характеристик, оказывающих влияние на скорость выполнения задач за счет конструктивных изменений в работе устройства. Размер транзистора по сути и характеризует техпроцесс процессоров.

За счет уменьшения расстояния между компонентами процессора уменьшается и объем энергии, которая необходима для их взаимодействия. Благодаря этому чипы с меньшим техпроцессом показывают большую автономность по сравнению с чипами с большим показателем технологического процесса. В отличие от большинства параметров смартфона, чем меньше число, характеризующее техпроцесс, тем лучше. В нашем случае это нанометры (нм).

Развитие техпроцесса в смартфонах

В первом Android-смартфоне HTC Dream (2008 год) процессор работал на 65-нм чипсете. В сегодняшних среднебюджетных моделях этот параметр варьируется в пределах 28-14 нм. Флагманские и игровые смартфоны часто оснащены 14 и даже 10-нм процессорами, поэтому они мощные, энергоэффективные и в меньшей степени подвержены нагреванию. Учитывая, что развитие технологий нацелено на машинное обучение и искусственный интеллект, для достижения новых высот в производительности техпроцесс с большой вероятностью будет уменьшен до 5, а потом и до 1 нм.

Выбирая смартфон, важно отталкиваться не только от количества ядер и тактовой частоты, но и обращать внимание на техпроцесс. Именно этот параметр косвенно укажет на актуальность чипсета, производительность, склонность к перегреву и автономность. На сегодняшний день устройства в среднем ценовом сегменте уже оснащены 14-нм процессорами, что на данный момент можно назвать актуальным и сбалансированным решением для любого современного смартфона.

Благодаря улучшению техпроцесса удалось добиться значительной прибавки в производительности, которая составит более 15% по тесту SysMark. Таким образом, в этом году производительность процессоров Core i7 вырастет больше, чем в прошлом. Это показано на слайде из презентации вверху под заголовком «Продвижение закона Мура на 14 нм».

Новое поколение процессоров на усовершенствованной платформе 14 нм запланировано к выходу на вторую половину 2017 года. Они будут обозначены как семейство Core i7/i5/i3-8000 и заменят существующее семейство 7-го поколения.

На презентации для инвесторов Intel ничего не говорила о планах выпуска семейства Cannonlake (прежнее название Skymont) - микропроцессоров на 10-нм технологическом процессе. Предполагается, что они должны выйти в конце 2017 года, а рабочий образец Cannonlake на 10 нм показывали недавно на выставке CES. Именно семейство Cannonlake ранее позиционировалось как 8-е поколение процессорной архитектуры, которое сменит Skylake в рамках стратегии «тик-так». Теперь же появилось ещё одно семейство, которое не имеет ничего общего с Cannonlake. Возможно, это попытка продать старый продукт в новой упаковке.

Отмена стратегии «тик-так»

Intel неизменно придерживалась стратегии «тик-так» с 2006 года. С тех пор каждые два года она выпускала процессоры по новому техпроцессу, значительно увеличивая количество транзисторов на кристалле. Каждый переход на новый техпроцесс обозначался как «тик», а последующее улучшение микроархитектуры с тем же техпроцессом - «так». Гигант полупроводниковой промышленности десять лет работал как часы, выдавая новые архитектуры без сбоев.

Похоже, что в 2016 годах «часы» Intel немного закоротило на 14 нм, и компания объявила об отказе от этой стратегии .

В принципе, ничего страшного в этом нет. Повторим, в этом году рост производительности чипов (более 15%) будет даже больше, чем в прошлом (15%), сказала Intel. Может быть, действительно лучше выжимать весь резерв из существующего техпроцесса, оптимизируя его, а уже потом двигаться дальше. Мы не можем критиковать Intel за отход от стратегии, которую она сама себе добровольно установила.

Так или иначе, но теперь стратегия «тик-так» модифицировалась в иной вид.

Вместо размеренного метронома теперь реализована новая процедура с большим упором на оптимизацию. Возможно, новая архитектура не будет выходить каждые два года, как это было раньше.

Почему Intel не форсирует переход на 10 нм? Ей не нужно этого делать, потому что она считает, что и так сильно оторвалась в своём технологическом превосходстве от конкурентов в полупроводниковой промышленности (Samsung, TSMC и прочие). Компания оценивает этот отрыв примерно в три года.

Такой запас позволяет чувствовать себя вполне уверенно.

Новый завод для 7 нм

Светлое будущее закона Мура должен обеспечить новый завод Intel Fab 42 , который сможет обеспечить производство по техпроцессу 7 нм.

Строительство и оборудование займёт ещё три-четыре года и потребует значительных инвестиций. Завод в Чандлере (штат Аризона) уменьшит количество местных безработных примерно на 3000 человек (+ ещё 10 000 рабочих мест добавится косвенно).

Строительство завода в Чандлере началось в 2011 году. Он должен стать самым передовым и инновационным полупроводниковым предприятием в мире. Само здание закончили в 2013 году, но вместо установки оборудования на 14 нм в начале 2014 года компания Intel решила отложить запуск конвейера. В данный момент завод готов: системы воздушного кондиционирования, обогрева и другие - всё функционирует, осталось только установить и наладить оборудование. Intel не планирует задействовать эту фабрику для производства по техпроцессу 10 нм, так что через несколько лет здесь, вполне вероятно, освоят производство по следующей норме 7 нм.

По оценке Intel, оборудование обойдётся примерно в $7 млрд. Такова стоимость современного промышленного предприятия. Пока неизвестно , какое конкретно оборудование понадобится. Возможно, Intel там начнёт использовать фотолитографию в глубоком ультрафиолете (EUV).

В заре двухтысячных Intel надеялась , что к 2005 году частоты процессоров вырастут до 10 ГГц, а работать они будут под напряжением ниже вольта. Как мы знаем, этого не случилось. Примерно десять лет назад перестал работать закон масштабирования Деннарда , утверждавший, что с уменьшением размеров транзисторов можно уменьшать подаваемое на затвор напряжение и увеличивать скорость переключения. С тех пор редко какой процессор получает штатную частоту работы выше 4 ГГц, зато ядер стало больше, на кристалл с материнской платы перекочевал северный мост, появились другие оптимизации и ускорения. Теперь замедляется и закон Мура , эмпирическое наблюдение, которое говорит о постоянном увеличении числа транзисторов на кристалле за счёт уменьшения их размеров.

Обзор Intel Kaby Lake | Введение

Первые процессоры на базе архитектуры Intel Core седьмого поколения (известные под кодовым название Intel Kaby Lake ) с оптимизированным техпроцессом 14 нм+ начнут поставляться уже в сентябре. Модели с потребляемой мощностью 4,5 Вт (Y-серия) и 15 Вт (U-серия) дебютируют более чем в 100 OEM-системах, в основном это будут мобильные платформы, такие как устройства 2 в 1 и тонкие/лёгкие ноутбуки.

Новые процессоры Core имеют повышенную тактовую частоту и более агрессивный режим работы Turbo Boost. Кроме того, Intel внесла ряд улучшений в графическое ядро.

Поколение Intel Kaby Lake знаменует конец стратегии развития "тик-так", которой Intel придерживалась почти десять лет. Компания по-прежнему планирует выпускать новые решения каждый год, но вызовы Закона Мура подтолкнули Intel перейти к стратегии процесс-архитектура-оптимизация (PAO). Intel уже расширила свой традиционный двухлетний цикл: мы получили техпроцесс 32 нм в 2009 году и 22 нм в 2011 году, но переход на 14 нм состоялся только в конце 2014 года. Переход к техпроцессу 14 нм уже намекает на более длительный интервал между новой архитектурой и сокращение времени внедрения техпроцесса, так что новый цикл Intel PAO просто подтвердил наши подозрения, что Закон Мура требует существенной корректировки.

Перед нами третий процессорный дизайн Intel, основанный на техпроцессе 14 нм (Broadwell/Skylake/Intel Kaby Lake ), то есть это фаза оптимизации, которая подразумевает тонкую настройку базовой архитектуры Skylake. Основные элементы архитектуры, такие как конвейер обработки команд (выборка, декодирование, исполнение) останутся неизменными. Это означает, что показатель IPC (количество инструкции на тактовый цикл) должен остаться прежним. Однако Intel утверждает, что улучшенные транзисторы и межсоединения с техпроцессом 14 нм+ (об этом чуть позже) на 12% быстрее, чем в предыдущем поколении, а тактовая частота по сравнению с Skylake увеличена на 300-400 МГц.

Intel также поработала над повышением производительности ключевых компонентов блока, отвечающие за обработку задач мультимедиа. В Intel утверждают, что реализованные здесь улучшения в большинстве случаев существенно повышают скорость мобильных платформ, которые являются целевым сегментом новых процессоров и обещают компании хорошие перспективы роста.

Архитектура Core седьмого поколения (Kaby Lake)

Цикл обновления настольных ПК постепенно удлиняется с 3-4 лет до 5-6 лет. И хотя сегмент массовых ПК сужается (Intel отметила, что возраст большинства ПК уже составляет пять лет и более), сегмент решений для энтузиастов показывает здоровый рост. В прошлом году продажи процессоров серии K с разблокированным множителем для настольных ПК и ноутбуков выросли на 20% в годовом исчислении.

Конвертируемые решения формата 2 в 1 стали ещё большим катализатором роста, поскольку их цикл обновления составляет приблизительно восемь месяцев. В прошлом году объём продаж систем 2 в 1 вырос на 40% и, по прогнозам Intel, в следующем году он продолжит активный рост. На рынке уже сейчас представлено более ста продуктов 2 в 1 на базе чипов Skylake, от решений с низким энергопотреблением до высокопроизводительных систем. В Intel ожидают, что с появлением Intel Kaby Lake предлагаемый ассортимент ещё больше расширится.

Быстрый рост продаж демонстрирует сегмент ультратонких и лёгкие ноутбуков. В Intel отмечают, что по некоторым ключевым моментам продажи Chromebook опережают продажи планшетов. Сегмент мини-ПК, включая системы NUC, в прошлом году вырос на 60% - частично это связано с тем, что пониженный TDP позволяет производителям устанавливать больше вычислительной мощности в меньшее пространство.

Процессоры серии Y и U предназначены для большинства сегментов с высоким ростом. По прогнозам Intel, к концу года появится более 100 решений на базе Intel Kaby Lake . Как заявляют в компании, в различных задачах эти процессоры до 1,7 – 15 раз быстрее своих предшественников. Отмечаются также существенные усовершенствования в архитектуре обработки мультимедийных задач, которые увеличивают время работы устройства от батареи при воспроизведении видео в 4K.

У Intel весьма амбициозные цели. По плану компании, в первой половине следующего года должно выйти ещё 350 новый решений. Наиболее широко будут представлены системы 2 в 1 и сверхлёгкие устройства. В них будут реализованы новые функций, такие как сенсорный ввод, стилус, ИК-камеры для сканирования лица и другие биометрические датчики. По словам представителей Intel, появится более 120 устройств на базе Intel Kaby Lake с интерфейсом Thunderbolt 3, обладающим скоростью передачи 40 Гбит/с и мощностью до 100 Вт для зарядки. Также, по прогнозам Intel, более 100 систем будут оснащаться функцией Windows Hello (биометрический вход в систему), а также появятся более 50 решений с поддержкой UHD и более 25 устройств, оборудованных стилусом.

Самые тонкие конвертируемые устройства будут иметь толщину 10 миллиметров, а системы без крышки станут ещё тоньше. Некоторые конвертирующие модели без вентилятора будут иметь толщину 7 мм и определённо понравятся тем, кто гонится за тонкостью устройства.

Процессоры Intel Kaby Lake будут охватывать несколько сегментов, но самые быстрые чипы серии H, которые Intel разрабатывала для мобильных платформ, ориентированных на энтузиастов (ноутбуки для игр), ЦП серии S (массовые десктопы), а также процессоры для HEDT (high-end desktop), рабочих станций и корпоративных систем появятся только в следующем году.

Intel по-прежнему уделяет много внимания энергоэффективности. В компании отмечают, что нижний порог потребляемой мощности архитектуры Core первого поколения (2010 год) составлял 18 ВТ, а к выходу Skylake удалось снизить этот показатель до 4,5 Вт. Intel Kaby Lake сохраняет это значение. Однако в Intel заявляют, что увеличили потолок эффективности (производительность на ватт) Intel Kaby Lake в два раза по сравнению со Skylake - получается, что по сравнению с продуктами первого поколения, совокупный скачок эффективности достигает десяти раз.

Обзор Intel Kaby Lake | Обзор технологий 14nm+, Tri-Gate и Speed Shift

Согласно Закону Мура, плотность транзисторов удваивается каждые 18 месяцев. К сожалению, Закон Мура часто пересекается с законами экономики, в частности с законом Рока, который утверждает, что стоимость основных фондов, используемых в производстве полупроводников, удваивается каждые четыре года. Для типичного производства требуются капиталовложения в размере примерно $14 млрд, поэтому для уменьшения техпроцесса нужно повышать розничную цену продукта, либо увеличивать период амортизации, который компенсирует возросшие инвестиции. Главное, найти правильный баланс между транзисторной плотностью и стоимостью производства. Intel уверена, что сможет и дальше успешно бороться с физикой, уменьшая размеры микросхем. Однако за удлинением традиционного цикла "тик-так" наверняка стоят увеличенные расходы на производство, разработку и исследования.

В основу Intel Kaby Lake положена микроархитектура Skylake, то есть конвейер (и пропускная способность IPC) остался неизменным. Оптимизации техпроцесса Intel 14нм+ направлены на создание более быстрых транзисторов, обеспечивающие рост тактовой частоты. Повышение тактовой частоты важно для однопоточных приложений, и в мобильной среде оно позволяет быстрее выполнить задачу и вернуться в режим простоя. В итоге, кроме частоты растёт и время автономной работы.

Косметический ремонт технологии Tri-Gate

Intel начала использовать технологию 3D tri-gate (аналогично FinFET) с переходо на 22-нм техпроцесс, позволивший увеличить производительность, оставаясь в пределах прежнего теплового пакета. К сожалению, 3D-транзисторы увеличили стоимость и сложность и без того дорогих архитектуры и техпроцесса.

По данным Intel, её процессоры на сегодня обладают самой высокой транзисторной плотностью, и, учитывая, что техпроцесс 14 нм+ не подразумевает уменьшение литографии, этот показатель остался неизменным. Вместо этого Intel оптимизирует свои транзисторы путем улучшения профиля затвора с более высокими плавниками и более широким шагом затвора. Также улучшена область диффузии транзистора.

В Intel не делятся точными размерами нового профиля плавника и шага затвора, но презентация на IDF 2014 года иллюстрирует предыдущие усовершенствования компании и масштаб проблемы. Хотя официально Intel не называет этот процесс технологией tri-gate следующего поколения, можно с уверенностью предположить, что это так.

С уменьшением литографии становится всё труднее прокладывать межсоединения - маленькие нити, соединяющие транзисторы. Транзисторы становятся быстрее и меньше, но медные межсоединения с уменьшением размеров становятся медленнее, поскольку могут нести меньше тока. Последние усовершенствования технологии межсоединений основаны на улучшении их изоляторов, но Intel отмечает, что добилась увеличения скорости межсоединений в технологии 14 нм+ за счёт оптимизации шага затвора и форматного соотношения.

По данным компании, в результате оптимизации техпроцесса 14 нм+ и межсоединений производительность выросла на 12%.

Повышенная тактовая частота – более быстрая технология Speed Shift

Одним из важнейших методов снижения энергопотребления является эффективное переключение различных режимов питания. Раньше о смене режима питания процессору сообщала операционная система, используя технологию EIST (Enhanced Intel SpeedStep). Однако задержка сигнала ограничивала её эффективность, и одновременно с архитектурой Skylake была представлена технология Speed Shift. Новая технология позволяет процессору управлять режимом питания самостоятельно, сокращая время задержки в 30 раз.

С появлением поколения Intel Kaby Lake технология Speed Shift не изменилась, и на графике выше можно увидеть, как она влияет на тактовые частоты. Ось X отвечает за время, а каждый график показывает время завершения одной и то же задачи с разными настройками. Вертикальная ось отображает изменение тактовой частоты во время теста.

Оранжевая линия показывает время выполнения теста на процессоре Core-i7-6500U (Skylake) с технологией EIST. Переключение на технологию Speed Shift (зелёная линия) снижает задержку перехода к более высоким частотам и сокращает время выполнения теста более чем в два раза.

Сочетание технологии Speed Shift и повышенных частот Turbo Boost у процессора Core-i7-7500U (Intel Kaby Lake , жёлтая линия) еще больше сокращает время выполнения задачи. Более высокая частота позволяет процессору быстрее возвращаться в режим бездействия, как следствие увеличивается время работы от батареи.

Кроме того, Intel предлагает уникальные функции для мобильных устройств, например технологию Intel Adaptive Performance (APT). Данная функция использует датчики, которые отправляют информацию в систему, чтобы улучшить управление электропитанием на аппаратном уровне. В Intel признались, что вендоры уже используют некоторые функции APT в существующих устройствах, но в компании утверждают, что устройства на базе Intel Kaby Lake имеют более тесную интеграцию с данной технологией. Вероятно, сам ЦП сможет использовать данные с датчика для управления Turbo Boost и Speed Shift, но пока мы ждём более подробной информации.

Компания продемонстрировала систему 2 в 1 Asus Transformer 3 толщиной 7 мм, которая адаптирует частоту и производительность, исходя из информации с датчика. Датчики температуры "поверхности" позволяют устройству определять и корректировать частоты. Если позволит тепловой режим, устройство сможет дольше оставаться в состоянии Turbo Boost. Акселерометры помогут корректировать производительность с учётом ориентации устройства. Например, компьютер переключится в режим более высокого энергопотребления, когда будет статично находится под углом 45 градусов (то есть, в док-станции). Если устройство находится под углом 90 градусов, значит пользователь держит его в руках, и потребляемая мощность будет понижена.

Обзор Intel Kaby Lake | Блок мультимедиа

Развитие 4K

Для оценки важности оптимизаций блока мультимедиа Intel ссылается на широкий диапазон данных. Компания также провела опрос 2400 пользователей, чтобы подкрепить свои заявления о том, что оптимизация работы с мультимедиа обеспечит среднему пользователи улучшения в производительности по многим направлениям.

В Intel заявляют, что во время выпуска чипов поколения Intel Kaby Lake на рынке появится более 50 моделей ноутбуков с панелями 4K. Кроме того, более широкое распространение получат новые способы трансляции контента, например видео с обзором 360 градусов и многопоточная передача. Разрешение 4K быстро набирает популярность. По прогнозам аналитиков, на рынке ПК к концу 2020 года будет представлено более 100 миллионов устройств с разрешением UHD.

Существующие кодеки VP8 и AVC не слишком эффективно работают с видео высокой чёткости, поэтому всё большее распространение получают новые кодеки, которые снижают необходимый уровень пропускной способности для передачи видео в HD и 4K (с помощью удвоенного сжатия). Высокопроизводительные новые кодеки требуют больше вычислительной мощности. Наиболее популярным кодеком становится VP9, который транслирует видео в потоке без буферизации. YouTube уже передал более 25 миллиардов часов потокового HD-видео (730p) с VP9. Успехи делает и кодек HEVC. Внедрение аппаратное ускорения HEVC и кодирование/декодирование с VP9 – это основной элемент стратегии Intel на рынке мобильных устройств.

Intel утверждает, что внедрение 10-разрядного аппаратного ускорения HEVC увеличивает время работы устройства от батареи при передаче видео 4K в потоке на 75% (до 9,5 часов). Также указывается, что на одной зарядке пользователи могут просматривать 4K-видео с углом обзора 360 градусов в течение семи часов.

Медиа архитектура Gen9

Intel усовершенствовала блок работы с мультимедиа, чтобы повысить производительность потоковой передачи и других ресурсоёмких многозадачных рабочих нагрузок, которые часто называют . Intel относит к типичным операциям мегазадачности трансляцию игры на Twitch, для которой требуется захват геймплея с одновременным кодированием и декодированием.

Для увеличения производительности в тяжёлых задачах необходимо выделить некоторые процессы из основного конвейера визуализации, например кодирование и декодирование. Компания использует ту же базовую архитектуру графического ядра Gen9, которую она применяла в платформе Skylake, но с некоторыми доработками. Три подсекции в центре содержат исполнительные блоки EU, кэш, блоки выборки 3D (3D sampler) и медиа данных (media sampler). Эти компоненты делят между собой ресурсы слева, выполняя большую часть операций рендеринга.

Инженеры Intel сосредоточились на целевых оптимизациях блоков MFX (декодирование/кодирование) и VQE, которые на схеме выделены зеленым цветом. Эти блоки находятся за пределами конвейера рендеринга и работают независимо от подсекций, расширяя параллелизм. Например, во время игр подсекции выполняют задачи рендеринга, а блок MFX занимается операциями кодирования/декодирования. Каждый набор из трёх подсекций функционирует как одна большая подсекция и Intel может менять их количество, чтобы настраивать производительность разных моделей процессоров.

Multi-format Codec (MFX) выполняет несколько функций, включая поддержку старых кодеков AVC и VP8. Intel также добавила полную аппаратную поддержку 10-битного кодирования/декодирования HEVC, декодирования VP9 8/10-бит и 8-битного кодирования VP9. В Skylake использовалось гибридное решение, которое для работы некоторых кодеков задействовало ЦП и GPU, но в Intel Kaby Lake реализована обработка с полным аппаратным ускорением, что снижает нагрузку на ЦП при воспроизведении видео и, как следствие, потребление энергии.

Intel также добавила в блок VQE поддержку HDR (Расширенный динамический диапазон), который может обрабатывать видео и располагает такими функциями улучшения контента, как коррекция цвета, усиление цвета, усиление тона кожи и шумоподавление.

Показатели чистой производительности впечатляют: так называемое графическое ядро Gen9+ (улучшенное по сравнению с Gen9 архитектуры Skylake) поддерживает до восьми одновременных потоков 4Kp30 AVC и HEVC. Кроме того, оно выполняет больше ресурсоемких операций декодирования HEVC 4Kp60 в реальном времени на скорости 120 Мбит/с.

Обзор Intel Kaby Lake | Производительность блока мультимедиа

Скорость работы HEVC и VP9

Intel продемонстрировала два реальных примера прироста производительности с внедрением аппаратного ускорения, и связанное с ним снижение нагрузки на ЦП Intel Kaby Lake (по сравнению со Skylake).

Первый пример показывает совокупное энергопотребление ЦП и GPU во время локального воспроизведения видео в 4K с декодированием HEVC. Система на базе Skylake показала загрузку центрального процессора на 50% и потребляемую мощность 10,2 Вт, а система с чипом Intel Kaby Lake использует ресурсы ЦП только на 5 %, а энергопотребление снижено до 0,5 Вт. Энергопотребление уменьшилось приблизительно в 20 раз, а время автономной работы выросло в 2,6 раза.

Демонстрация декодирования VP9 включает потоковую передачу контента из YouTube в браузере Chrome. Хотя разница не такая впечатляющая, как в предыдущем тесте, всё же заметен существенный рост эффективности. Система с процессором Intel Kaby Lake загружает ЦП на ~15% и потребляет 0,8 Вт, в то время как система с чипом Skylake, выполняя ту же задачу, использовала почти 75% ресурсов ЦП и 5,8 Вт мощности.

Теперь посмотрим на чистый прирост скорости. Intel разделила производительность на три сегмента: работа (work), создание контента (create) и игры (game), и сравнила Intel Kaby Lake с ПК пятилетнего возраста. Многие возразят, что для сравнения взята слишком старая система, однако в Intel утверждают, что показатели актуальны, поскольку именно пользователи таких компьютеров составят большинство обновляющихся до Intel Kaby Lake .

В любом случае компания заявляет 1,7-кратный прирост скорости работы в таких задачах, как конвертация документов Word в PDF, использование PowerPoint и макросы Excel. Раздел "Создание контента" включает создание, редактирование и обмен видео в 4K. В нём скорость выросла в 8,6 раза. В игре Overwatch платформа Intel Kaby Lake даёт трёхкратный прирост производительности.

Intel также представила результаты Skylake и Intel Kaby Lake в тестах, адресованных энтузиастам ПК. По измерениям Intel, увеличение производительности в SYSmark 2014 достигает 12%. Напомним, что SYSmark – это бенчмарк, использующий в основе офисные приложения, задачи создания медиаконтента, анализ данных. Бенчмарк WebXPRT 2015 определяет производительность в задачах, использующих HTML5 и JavaScript. Здесь прирост скорости во время просмотра веб-страниц, по данным Intel, составил 19%, по сравнению со Skylake.

Важно отметить, что на представленных выше слайдах Intel показывает только совокупные показатели производительности. Более подробную информацию по тестам можно найти на изображениях ниже.

Обзор Intel Kaby Lake | Модели

Серия Y

Процессоры серии Y и U имеют конфигурацию 2+2, то есть они используют два ядра ЦП и графическое ядро HD Graphics 615 Gen9 +. Более мощные варианты процессоров с улучшенным графическим ядром появятся в начале следующего года. Intel разработала серию Y с номинальной мощностью 4,5 Вт специально для рынка тонких и лёгких компьютеров.

Процессоры серии Y	Core i7 7-го gen.	Core m7 6-го gen.	Core i5 7-го gen.	Core m5 6-го gen.	Core m3 7-го gen.	Core m3 6-го gen.
Модель	i7-7Y75	m7-6Y75	i5-7Y54	m5-6Y54	m3-7Y30	m3-6Y30
Сокет	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515	FCBGA 1515
Ядра/ потоки	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4
Номинальная мощность, Вт	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5
Базовая частота(ГГц)	1,3	1,2	1,2	1,1	1	0,9
Макс. частота ядра (ГГц)	3,6	3,1	3,2	2,7	2,6	2,2
	3,4	2,9	2,8	2,4	2,4	2
Графическое ядро	HD Graphics 615	HD Graphics 515	HD Graphics 615	HD Graphics 515	HD Graphics 615	HD Graphics 515
	300	300	300	300	300	300
	1050	1000	950	850	900	900
Двухканальная память	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600	LPDDR3 /DDR3L 1866/1600
Hyper-Threading	да	да	да	да	да	да
Smart Cache	да	да	да	да	да	да
Intel HD Graphics	да	да	да	да	да	да
Intel Active Management	да		да		нет
TSX-NI	да	да	да	нет	нет	нет
Цена за 1000 шт.	$393	$393	$281	$281	$281	$281

Судя по техническим характеристикам, разница между процессорами Skylake и Intel Kaby Lake в основном заключается в таковой частоте, но есть ряд других улучшений, например переход с HD Graphics 515 на 615, который обеспечивает хороший прирост максимальной графической частоты процессоров m3-7Y30 и i5-7Y54.

Относительно низкая базовая частота ЦП может ввести в заблуждение, но процессоры для мобильных устройств часто имеют более низкую базовую тактовую частоту, чтобы сохранить заряд батареи, но предлагают более высокие частоты Turbo Boost, чтобы быстро реагировать на высокие нагрузки. Эта тенденция проявляется и в продуктах седьмого поколения, хотя, по сравнению с предыдущим, Intel подняла базовую частоту на 100 МГц у всех процессоров.

Большое повышение производительности связано с высокой скоростью ядра процессора в режиме Turbo Boost, частота которого возросла на 400-500 МГц. Скорость в Turbo – это очень важный фактор для мобильных платформ, поскольку они постоянно сталкиваются с мгновенными запросами, а затем возвращаются к более низкому энергопотреблению. Intel также увеличила тактовые частоты Turbo Boost для многопоточного режима работы.

Вся процессоры серии Y и U поддерживают технологию Hyper-Threading, а технология Turbo Boost 2.0 позволяют ЦП и GPU изменять тактовые частоты в зависимости от интенсивности рабочей нагрузки.

Кроме того Intel немного пересмотрела маркировку: модели Core m7 и Core m5 теперь называются i5 и i7.

Серия U

Процессоры серии Intel U с тепловым пакетом 15 Вт ориентированы на мобильные системы и используют конфигурацию 2+2 с графическим процессором HD Graphics 620.

Процессоры серии Y	Core i7 7-го gen.	Core i7 6-го gen.	Core i5 7-го gen.	Core i5 6-го gen.	Core i3 7-го gen.	Core i3 6-го gen.
Модель	i7-7500U	i7-6500U	i5-7200U	i5-6200U	i3-7100U	i3-6100U
Сокет	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356	FCBGA 1356
Ядра/ потоки	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4	2/4
Номинальная мощность, Вт	15	15	15	15	15	15
Базовая частота(ГГц)	2.7	2.5	2.5	2.3	2.4	2.3
Макс. частота ядра (ГГц)	3,5	3,1	3,1	2,8	н/д	н/д
Макс. частота в многопоточном режиме (ГГц)	3,5	2,6	3,1	2,4	н/д	н/д
Графическое ядро	HD Graphics 620	HD Graphics 520	HD Graphics 620	HD Graphics 520	HD Graphics 620	HD Graphics 520
Базовая частота граф. Ядра (МГц)	300	300	300	300	300	300
Макс. частота граф. Ядра (МГц)	1050	1050	1000	1000	1000	1000
Двухканальная память	DDR3L /DDR4 1866/2133	DDR3L /DDR4 1160/2133	DDR3L /DDR4 1866/2133	DDR3L /DDR4 1160/2133	DDR3L /DDR4 1866/2133	DDR3L /DDR4 1160/2133
Hyper-Threading	да	да	да	да	да	да
Smart Cache	да	да	да	да	да	да
Intel HD Graphics	да	да	да	да	да	да
Intel Active Management	да		да		нет
TSX-NI	да	да	да	нет	нет	нет
Цена за 1000 шт.	$393	$393	$281	$281	$281	$281

Седьмое поколение процессоров серии U получило повышенную на 100-200 МГц базовую частоту, а также увеличенную на 300-400 МГц частоту Turbo Boost. Новая платформа отказывается от поддержки памяти LPDDR3. Intel также перешла с Graphics 520 на 620, хотя тактовые частоты графического ядра остались прежними.

Цены чипов Intel Kaby Lake не изменились, по сравнению с процессорами Skylake. В Intel заявляют, что поставки процессоров с поддержкой технологий vPro и графическим ядром Iris Pro (2+3 и 4+4) начнутся в январе 2017 года.

Платформа

Intel внедрила большинство функций ввода-вывода в платформу, чтобы снизить стоимость, сложность и энергопотребление на уровне системы. И учитывая, что все процессоры используют корпус BGA, различий между ними немного. Естественно модели в исполнении BGA не подходят для замену существующих устройств.

Базовые модели серии U не поддерживают RAID или Intel Smart Response Technology, но в них представлены прочие функции премиальных линеек, хотя и урезанном варианте. Премиальные продукты поддерживают до 10 или 12 линий PCIe 3.0, а базовые - 10 линий PCIe 2.0. Сейчас всё больше устройств использует интерфейс PCIe, включая быстрые SSD формата M.2 с подключением PCIe 3.0 x4, поэтому дополнительные линии в большинстве случаев найдут своё применение. Модели премиум-класса также поддерживают четыре порта SATA 6 Гбит/с, в то время как базовые модели ограничены двумя.

Обзор Intel Kaby Lake | PAO

Иногда в погоне за соответствием Закону Мура упускаются многообещающие технологии и оптимизации. С точки зрения возможностей, быстрый цикл развития подразумевает много компромиссов (не хватает времени на реализацию всех функций), и это не позволяет производителям полностью использовать опыт и знания, полученные во время первого этапа развития структуры микроархитектуры.

Дополнительный этап развития техпроцесса Intel 14 нм является этапом "оптимизации" в новой тактике PAO (процесс-архитектура-оптимизация), что даёт возможность вносить многообещающие корректировки в существующую архитектуру Skylake. Intel отрегулировала транзисторы, чтобы обеспечить больше производительности на том же ядре, но освободивший запас мощности отдала под увеличение частоты Turbo Boost, а не базовой тактовой частоты.

Новая тактика хорошо работает с мобильными процессорами. Но пока трудно понять, как Intel применит более быстрые транзисторы в ЦП для настольных ПК. Чипы с более высоким TDP обычно не использутся в системах с питанием от батареи, так что мы можем получить более существенное увеличение базовой частоты. Мы также ожидаем более широкой реализацию программной версии Turbo Boost 3.0, которую мы впервые увидели в Broadwell-E. Пока Intel не даёт комментариев, но возможно, что дополнительная информация появится ближе к концу года.

Конструкторы Intel внесли относительно небольшие изменения в блоках кодирования/декодирования графического ядра Gen9+. Целевые корректировки в определённых задачах должны привести к существенному ускорению. Отделение процессов кодирования/процесс от ЦП во время операций со стандартами HEVC и VP9 должно оказать ощутимое влияние на производительность во время создания и потребления контента, не говоря уже о времени автономной работы.

Во время брифингов Intel провела несколько впечатляющих демонстраций, включая игру Overwatch на платформе мощностью 15 Вт с частотой кадров 32 FPS при максимальном поле обзора и разрешении HD. Это, конечно, предвещает успех более мощных чипов для мобильных систем, которые появятся в следующем году.

Видимое замедление пошагового развития может некоторых встревожить. Но экономика проектирования полупроводников и технологического процесса диктует свои условия и подразумевает компромиссы на разных этапах. Intel отложила выпуск архитектуры Cannonlake с техпроцесса 10 нм, когда переключилась на стратегию PAO, а некоторые фабрики вообще отказались от процесса FinFET 10 нм. GlobalFoundries недавно объявила, что переходит с 14 нм сразу на 7 нм, в связи с тем, что продукты на 10 нм обещают слишком несущественное увеличение производительности.

AMD утверждает, что её архитектура Zen способна соперничать с процессорами Skylake текущего поколения, а относительно небольшой прирост производительности новых чипов Intel (по крайней мере, в случае с мобильными ЦП Intel Kaby Lake ) может обеспечить AMD более конкурентоспособную позицию. Однако развитие производства полупроводников не стоит на месте, и переход к 10 нм может обеспечить Intel небольшую передышку. Конечно, всё зависит от того, как быстро обе компании смогут выпустить на рынок новые продукты.

Intel повышает производительность постепенно и улучшения не кажутся внушительными, но первые продукты с техпроцессом 14 нм+ подойдут для большинства задач, актуальных для пользователей мобильных систем. В целом, эти усовершенствования подтолкнут пользователей старых систем к обновлению, но вряд ли заставят технических энтузиастов поменять свои мобильные устройства на базе Skylake в пользу решений с Intel Kaby Lake . В Intel этого и не планировали. Основная цель выпуска Intel Kaby Lake – дать "отстающим" в техническом плане пользователям причину для обновления своих платформ, и реализованные в ней оптимизации вполне могут послужить хорошим стимулом.

Корпорация Intel подтвердила задержку массового производства центральных процессоров с применением 10-нм технологического процесса до второй половины 2017 года. Производитель микросхем утверждает, что в связи с трудностями в освоении новых норм производства ей придётся растянуть жизненный цикл 14-нм техпроцесса для CPU ещё на год. Таким образом, в следующем году Intel представит процессоры Kaby Lake, а Cannonlake выйдут только в 2017-м. Руководство Intel признало, что вследствие усложнения производства микросхем знаменитый закон Мура может подвергнуться трансформации. Тем не менее, в отличие от конкурентов, Intel не планирует упрощать характеристики новой технологии производства, чтобы ускорить её выход на рынок. В корпорации уверены, что её 10-нм технологический процесс станет лучшим в индустрии.

Цикличность закона Мура увеличивается

Когда Гордон Мур (Gordon Moore) впервые сделал своё наблюдение об удвоении числа транзисторов в интегральных схемах в 1965 году, он отметил, что их количество увеличивается в два раза каждые 12 месяцев. В 1975 году он пересмотрел своё наблюдение и сделал прогноз, что число транзисторов в микросхемах будет удваиваться каждые два года. В последние несколько лет производственные технологии и интегральные схемы стали настолько сложными, что это привело к удлинению циклов перехода от одного техпроцесса на другой. Как следствие, количество транзисторов в чипах теперь удваивается каждые два с половиной года или реже. В результате корпорация Intel по факту вынуждена производить не два, а три семейства микропроцессоров, используя одну и ту же технологию.

«Последние два перехода на новые технологии показали, что длина цикла сегодня составляет около двух с половиной лет», — сказал Брайан Кржанич (Brian Krzanich), исполнительный директор Intel, в ходе ежеквартальной телеконференции компании с инвесторами и финансовыми аналитиками. « В соответствии с этим, во второй половине 2016 года мы планируем представить Kaby Lake, третье поколение наших 14-нм продуктов, которые будут базироваться на фундаменте архитектуры Skylake, но иметь ключевые улучшения в производительности . Мы ожидаем, что это нововведение в нашем перспективном плане представит новые возможности и увеличит скорость вычислений, одновременно проложив путь для плавного перехода на 10 нм».

Не все техпроцессы одинаковы

Intel намерена начать производство своих микросхем под кодовым названием Cannonlake с использованием 10-нм технологии производства лишь во второй половине 2017-го. Судя по сообщениям неофициальных источников, корпорация Samsung планирует начать массовое производство микросхем по технологии 10 нм уже в 2016 году. Таким образом, Samsung может опередить Intel в области освоения передовых техпроцессов.

Теоретически, отставание может представлять проблему для Intel, поскольку более тонкие нормы производства означают возможность снизить энергопотребление и увеличить производительность. Хотя процессоры Intel не конкурируют напрямую с процессорами Apple A и Samsung Exynos (именно их Samsung производит с использованием передовых технологий), устройства на базе Intel конкурируют с таковыми на базе указанных чипов. Как следствие, при увеличении популярности подобных устройств уменьшится популярность электроники на основе продукции Intel.

Тем не менее, стоит понимать, что 10 нм — это лишь наименование технологического процесса, указывающее на одну из его характеристик. Все производственные процессы Intel, как правило, превосходят аналогичные технологии других производителей полупроводников. Так, 14-нм и 16-нм FinFET технологии Samsung, GlobalFoundries и TSMC хоть и используют уменьшенные транзисторы, базируются на межблочных соединениях от 20-нм техпроцессов. Таким образом, размер микросхем, произведённых по технологиям 14LPE и CLN16FF, не отличается от тех, что изготовлялись с использованием менее совершенных процессов, что не даёт возможности серьёзно увеличить их транзисторный бюджет по сравнению с предшественниками.

По сравнению с технологиями изготовления микросхем других производителей полупроводников, новые техпроцессы Intel всегда и по всем характеристикам превосходят своих предшественников. Так, 14-нм техпроцесс Intel не только увеличивает частотный потенциал и уменьшает энергопотребление, но и увеличивает плотность транзисторов, что даёт возможности интегрировать в микросхемы больше функциональных блоков.

Intel: Мы останемся лидерами в индустрии полупроводников!

Исполнительный директор Intel подчеркнул, что компания не пойдёт на использование разного рода ухищрений, чтобы формально продекларировать переход на техпроцесс 10 нм. Новая технология изготовления уменьшит размеры как транзисторов, так и межблочных соединений, что максимизирует плотность элементов, уменьшив стоимость микросхем в пересчёте на транзистор.

«Мы считаем, если вы посмотрите на масштабирование [ 10- нм техпроцесса в сравнении с 14-нм], то оно будет достаточно серьёзным по сравнению с типичным при переходе от одного к процесса к другому», — сказал господин Кржанич. «Я не дам вам точные цифры сейчас. Но мы считаем, что если объединить все [инновации, связанные с 10-нм технологией] вместе, наша лидирующая позиция [в индустрии] не изменится, даже в связи с отсрочкой [начала поставок микросхем]».

Глава Intel не стал раскрывать большого количества деталей о 10-нм технологическом процессе, а также точных причин задержки начала его применения. Тем не менее, он намекнул, что новая технология производства использует «улучшенные» транзисторы с вертикально расположенным затвором (FinFET), а также иммерсионную литографию с мультипаттернингом.

«Каждый [техпроцесс] имеет свой собственный рецепт сложностей и трудностей», — объяснил господин Кржанич. «Проблемы с переходом с 14 нм на 10 нм являются примерно тем же самым, что было с переходом с 22 нм на 14 нм. [Иммерсионная] фотолитография становится всё более сложной в использовании по мере уменьшения размеров элементов микросхем. Количество проходов при использовании мультипаттернинга увеличивается».

Intel: Мы выпустим миллионы Cannonlake в первый год

Не секрет, что процесс выхода на рынок микросхем Broadwell растянулся на много месяцев, а первоначальные объёмы выпуска Core M (Broadwell) по технологии 14 нм были мизерными. В Intel обещают, что дополнительный год поможет её инженерам отшлифовать 10-нм техпроцесс для быстрого запуска новых микросхем Cannonlake в по-настоящему массовое производство.

«Во второй половине 2017 года мы начнём производство первых 10-нм процессоров, известных по кодовому названию Cannonlake », — сказал господин Кржанич. «Когда мы говорим про вторую половину 2017 года, мы говорим о миллионах единиц и больших объемах».

Intel: Цикл «тик-так» ещё может вернуться

В Intel говорят, что хотя сейчас время использования одного технологического процесса для изготовления микропроцессоров растянулось до двух с половиной - трёх лет, компания постарается вернуться к своей модели «тик-так», цикл которой составляет около двух лет. Вполне возможно, что для возвращения «тик-так» потребуется переход на использование фотолитографии в глубоком ультрафиолете (extreme ultraviolet lithography, EUV). Если технологический процесс 10 нм будет использован три года, то к 2020 г. EUV-сканеры вполне могут стать экономически целесообразными для производства микросхем по техпроцессу 7 нм.

Следует отметить, что удлинение технологических циклов также означает и удлинение микроархитектурных циклов: теперь одна фундаментальная микроархитектура будет использоваться для трёх поколений процессоров в течение трёх лет. Каким образом Intel планирует увеличивать производительность в каждом поколении и насколько значительным будет увеличение скорости процессоров каждый год, покажет только время.