IFA 2014: 14 нанометров и Intel Core M
Мы нечасто пишем репортажи с крупных выставок про Intel, однако это не значит, что американский гигант совсем не принимает в них участия. Просто обычно на стенде Intel демонстрируются продукты партнеров, которые были представлены на конференциях до этого, —, а больше особенно ничего и не происходит. Но на сей раз представители Intel показывали то, что другие показать не могут в принципе: кремниевые пластины, произведенные по 14-нм техпроцессу, и процессоры Intel Core M — маленькие частички этих пластин.
Адам Кинг (Adam King), директор группы продуктового маркетинга по ноутбукам, вышел к аудитории с пластиной в руках — это, пожалуй, максимально наглядная демонстрация того, что 14-нм техпроцесс вообще существует. Адам — от лица Intel — утверждает, что все уже отлажено и готово для массового производства 14-нм чипов и что устройства на базе этих чипов мы увидим буквально через несколько недель. Говорилось это все с успокоительными интонациями: дескать, не тревожьтесь, все идет по плану, пускай даже от старого плана мы отстали, 14 нм будут — и будут в достаточных количествах. Видимо, Intel порядком устала от шумихи в прессе по поводу неудач и отсрочек с переходом на новую технологию.
⇡#14 нм: что нового
С точки зрения архитектуры отдельного транзистора 14-нм техпроцесс Intel представляет собой эволюционное развитие идей, заложенных в дизайне 22-нм транзисторов. Здесь также используются трехмерные транзисторы Tri-gate, но уже второго поколения. От первого оно отличается четырьмя основными моментами. Во-первых, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами, проходящими перпендикулярно металлическому затвору (fin pitch). Во-вторых, количество этих ребер сокращено с трех до двух. В-третьих, высота барьеров стала больше. Ну и в-четвертых, само собой разумеется, 14-нм транзистор в абсолютном масштабе значительно меньше 22-нм транзистора.
Зачем это все нужно? Масштабы во многом говорят сами за себя. Расстояние между диэлектрическими ребрами уменьшилось с 60 до 42 нм, между затворами (gate pitch) — с 90 до 70 нм, между соединениями (interconnect pitch) — с 80 до 52 нм. Соответственно, на кристалл той же площади теперь помещается куда больше транзисторов — их плотность ощутимо выросла. Увеличение высоты барьеров с 34 до 42 нм позволило повысить мощность управляющего тока и производительность транзистора. Ну, а уменьшение числа барьеров с трех до двух дало опять-таки большую плотность размещения и снижение емкостного сопротивления.
Для сравнения: если в рамках 22-нм техпроцесса площадь ячейки памяти SRAM составляла примерно 0,108 мкм2, то 14-нм техпроцесс позволил сократить это значение где-то до 0,059 мкм2 — почти в два раза. В качестве второго примера, немного забегая вперед, приведем соотношение размеров чипов Haswell и Broadwell: 22-нм мобильный процессор Haswell имеет площадь кристалла 131 мм2, в то время как 14-нм Broadwell довольствуется 82 мм2. При этом Haswell насчитывает около 1 миллиарда транзисторов, а Broadwell — порядка 1,3 миллиарда.
Intel также удалось ощутимо снизить токи утечки, что позволяет в рамках одного и того же техпроцесса производить совершенно разные чипы: от мобильных (со сравнительно невысокой производительностью и минимальными токами утечки — и, соответственно, низким энергопотреблением) до серверных (с заметно более высокой производительностью, чем у предыдущего поколения, при неизменном уровне токов утечки).
Производительность на ватт Intel считает самым важным параметром своих чипов. Последние несколько лет эта величина возрастает примерно в 1,6 раза при переходе на каждый новый техпроцесс, но при переезде на 14 нм она увеличилась сразу в 2 раза. Intel называет это самой лучшей оптимизацией за всю свою историю — неудивительно, что на такой серьезный прорыв потребовалось больше времени, чем обычно.
Площадь одного логического элемента при переходе между техпроцессами уменьшается примерно в 2 раза. У остальных производителей чипов (для примера на слайдах приводятся IBM и TSMC) дела до недавнего времени в целом обстояли так же, однако они умудрялись удерживать абсолютное значение площади логического элемента на более низком уровне — пускай и с отставанием от Intel на два года. Сейчас в Intel уверены, что держать те же темпы и дальше конкуренты не смогут: тогда как Intel представляет уже второе, оптимизированное (в том числе в плане площади) поколение трехмерных транзисторов FinFET, остальные только-только начинают на них переходить — и это должно стать сдерживающим фактором в их развитии. По крайней мере к такому суждению сотрудники Intel пришли на основании публикаций конкурентов.
В то время как производительность каждого транзистора растет, его удельная стоимость падает. Это логично: площадь транзистора от поколения к поколению уменьшается быстро, стоимость квадратного миллиметра чипа из-за усложнения технологии растет, но медленнее. Соответственно, средняя цена транзистора снижается. Это позволит сохранить цены на процессоры примерно на прежнем уровне — при росте количества транзисторов в них. И пусть даже в случае 14-нм техпроцесса цена квадратного миллиметра скакнула ощутимо выше, чем раньше, плотность их размещения выросла еще более ощутимо.
На данный момент 14-нм техпроцесс уже введен на двух фабриках Intel в США — в штате Орегон и в штате Аризона, а в 2015 году на новую технологию будет переведена третья фабрика — в Ирландии. По расчетам Intel, полностью удовлетворить спрос на 14-нм чипы компания сможет к I кварталу 2015 года. И одними из первых продуктов, созданных по новой технологии, станут процессоры Intel Core M семейства Broadwell, предназначенные для мобильных компьютеров.
⇡#Intel Core M: война с вентиляторами
В Intel считают, что в среднем пользователи меняют свои компьютеры где-то раз в 4 года. И предлагают оглянуться назад и посмотреть, что в них за последние 4 года изменилось. А изменилось действительно многое — 4 года назад среднестатистический ноутбук представлял собой здоровенный кирпич весом под 3 кило, с оптическим приводом и временем автономной работы около 3–4 часов. С TN-матрицей, разрешение которой не превышало 1366×768 точек, и толщиной добрых 4 сантиметра. Сейчас же оптические приводы почти исчезли, масса снизилась, а время жизни от батареи выросло до 6–8 часов. Ноутбуки на Haswell при низкой нагрузке и вовсе способны прожить от батареи 15 часов, а то и больше — полноценное тестирование аккумуляторов в лаборатории 3DNews теперь занимает порядка недели. Разрешение выросло до Full HD, а средняя толщина корпуса снизилась где-то до 20 мм.
Intel Core M во всей своей красе
Широкое распространение получили всевозможные трансформеры, планшеты на Windows с пристегивающейся клавиатурой и прочие устройства, которые несколько лет назад было не так-то просто даже представить. Продажи подобного рода компьютеров «два в одном» за последний год выросли в 3 раза, различных устройств представлено более 70 — Intel считает, что рынок вернулся к здоровому состоянию: он развивается, производители стараются придумать что-то новое (то, что в целом рынок ПК падает, Intel в своем докладе не упоминает).
Однако большинство таких устройств до сих пор оснащается вентилятором — пусть даже большую часть времени он вращается на едва слышимых оборотах. От вентилятора есть и другие проблемы: он занимает место внутри корпуса, его механические части подвержены поломкам, в самих устройствах приходится делать вентиляционные отверстия. В общем, с выходом Core M Intel решила от вентиляторов отказаться. Совсем. А параллельно сделать устройства на его основе тоньше, мощнее и автономнее.
Lenovo Helix 2 — планшет с пристегивающейся клавиатурой на базе Intel Core M. И никаких вентиляторов
Как этого добиться? В первую очередь благодаря снижению TDP процессоров и их размеров, а также размеров необходимой им электрической обвязки. Адам привел достаточно наглядный пример. Для начала он продемонстрировал материнскую плату от Apple MacBook Air последнего поколения — хорошо оптимизированную и действительно небольшую. Создать настолько компактную плату — настоящее компьютерное искусство. А потом достал плату в два раза меньшего размера — это референсный дизайн Intel, на котором разместилось все то же самое, только на базе Broadwell. Такая материнская плата занимает меньше места в корпусе, освобождая пространство для батареи. То есть, даже если сделать корпус устройства тоньше, время жизни от батареи останется достаточно высоким.
Все познается в сравнении: сверху плата MacBook Air, снизу референсный дизайн Intel на Core M
Отдельно стоит отметить, что плата с напаянными на ней чипами стала еще и в два раза тоньше, что позволяет делать устройства меньшей толщины. Пример — новый Lenovo ThinkPad Helix 2: тонкий, легкий, без вентилятора. Если в 2010 году процессоры для ультрамобильных ПК потребляли примерно 18 Вт, то в конце 2014-го будут требовать не больше 6 Вт. Собственно, сам процессор в сборе тоже стал примерно в два раза меньше — и в два раза тоньше.
У Intel есть специальная диаграмма, иллюстрирующая процесс подбора оптимальных характеристик чипа с точки зрения его пригодности для построения планшетов той или иной толщины и типоразмера. Верхний предел даже для самых толстых «тринашек» на этой диаграмме — 6 Вт. Напомним, что столько потребляют, например, 8-ядерные ARM-процессоры Samsung Exynos. Ну, а минимум — и вовсе 3 Вт: еще недавно даже «Атомы» были намного более прожорливыми. А здесь — полноценная архитектура Core.
⇡#Из чего состоит Core M
Как мы уже говорили, процессоры Intel Core M носят кодовое имя Broadwell и в интеловской схеме «Тик-так» должны представлять собой «тик»: переход на новый техпроцесс без существенных изменений в архитектуре. Однако изменения все же есть, и, пожалуй, весьма существенные.
Материнская плата выглядит игрушечной
Как и в наиболее компактных процессорах поколения Haswell, в Core M в одном корпусе совмещены две микросхемы — непосредственно процессор (в который встроены графика и контроллер памяти), а также южный мост. Последний, помимо всяких привычных вещей, включает теперь аудиокодек и модуль Wi-Fi. Увы, до той степени интегрированности, которая типична для нынешних ARM-процессоров, решения на «взрослой» версии архитектуры x86 еще не дошли: вместо полноценной системы-на-чипе пока приходится довольствоваться системой-на-двух-чипах.
Касательно изменений в процессорных ядрах у нас информации нет — да и не должны они были серьезно измениться в ходе «тика». А вот графика в Core M не такая, как в Haswell. Intel HD Graphics 5300 поддерживает DirectX 11.2, OpenGL 4.2 и экраны с 4К-разрешением. На снимке процессора видно, что графический адаптер теперь занимает больше половины от всей площади кристалла — этим в свое время хвасталась, да и продолжает хвастаться AMD. Новая графика обеспечивает прирост производительности в современных играх порядка 40% и примерно 80%-е ускорение в кодировании видео.
Схема процессора Intel Core M
Более приятная новость для пользователей планшетов и ультратонких ноутбуков состоит в том, что Intel наконец-то удалось снизить энергопотребление графики в тех задачах, где она используется сравнительно активно. Например, в прошлом поколении сокращение времени работы от батарей при просмотре видео было весьма ощутимым — теперь это исправили.
ASUS Zenbook UX305 — информация о системе
Встроенный аудиокодек позволяет решить сразу две проблемы. Во-первых, его появление практически закрывает вопрос с поиском драйверов: Intel славится поддержкой практически любых операционных систем. Во-вторых, при воспроизведении видео со звуком или просто музыки снижается нагрузка на процессорные ядра — часть переносится на экономичный аудиокодек, что позволяет экономить заряд батареи. Что касается беспроводных соединений, то, помимо уже привычного 802.11ac (модуль Intel Wireless AC-7265), заявлена поддержка технологии Intel Wireless Display 5.0 и WiGIG — с помощью последнего будет реализована работа с беспроводными док-станциями.
Lenovo Helix 2 — информация о системе
В целом процессоры Intel Core M предназначены для широкого спектра устройств — от обычных тонких ноутбуков до тех самых трансформеров «два в одном» и просто мощных планшетов. То есть это сравнительно низкопроизводительные и очень низковаттные процессоры. Номинальная, «гарантированная» частота виденных нами экземпляров не переваливала за отметку в 1 ГГц. Чипы поддерживают динамический разгон (Turbo Boost) до существенно более высоких частот. Но, как мы знаем, конкретные значения, до которых процессор и графическое ядро смогут разогнаться, будут зависеть от того, насколько эффективно производителю данного конкретного устройства удалось решить проблему отвода тепла (напомним, решать ее придется без использования вентиляторов).
К созданию устройств на Intel Core M уже приступили все крупнейшие партнеры Intel — Acer, ASUS, Dell, HP и Lenovo. Более того, на IFA 2014 ASUS уже продемонстрировала ноутбук Zenbook UX305 на базе Intel Core M 5Y10, а Lenovo показала упомянутый выше ThinkPad Helix 2. И то ли еще будет.
ASUS Zenbook UX305 с процессором Intel Core M на борту
⇡#Заключение
В целом в плане железа индустрия мобильных ПК за последние несколько лет совершила потрясающий скачок. Кто мог подумать, что современные процессоры для такого рода устройств будут потреблять столько же, сколько чипы телефонов? Да и производители конечных устройств научились здорово оптимизировать использование пространства в своих мобильных компьютерах, ставить в них качественные дисплеи, не менее качественные клавиатуры и тачпады, а также — порой вполне удачно — экспериментировать с форм-факторами. В результате сдерживающей прогресс силой на данный момент является софт — по сути, для всего этого железного великолепия операционные системы в глобальном масштабе делает лишь один разработчик, и далеко не всем нравится то, что он предлагает.
В общем, следующий ход — за производителями софта. Им предстоит научиться использовать то, что уже реализовали производители железа, и тогда, наверное, взаимодействие человека и компьютера ощутимо изменится — в лучшую сторону. Intel в какой-то мере тоже является производителем ПО и прилагает некоторые усилия к тому, чтобы сдвинуть дело с мертвой точки. Но усилиями одной только Intel здесь не обойтись.
⇣ Содержание
Виджет от SocialMart
Материалы по теме
Полный текст статьи читайте на 3DNews
