Intel Alder Lake-S: Hersteller veröffentlicht weitere Details zu den Prozessoren
Intel hat am Architecture Day neue Details zu den Alder-Lake-Prozessoren bekannt gegeben. Unter anderem verrät der Hersteller, wie die Hybrid-Technologie gesteuert wird.
Intels Alder Lake-S wird der erste Desktop-Prozessor mit zwei Arten von x86-Kernen. Mit grösseren «Golden Cove» Leistungskernen (P-Core) und kleineren «Gracemont» Effizienzkernen (E-Core). Die beiden arbeiten also in einem Setup ähnlich jenem von ARMs big.LITTLE. Je nach Konfiguration bieten die Alder-Lake-S-Prozessoren unterschiedliche Anzahl an Kernen an.
Mobile- und Desktop-Prozessoren mit gleicher Mikroarchitektur
Mit Alder Lake führt Intel die Desktop- und mobilen Prozessoren wieder unter einer gemeinsamen Mikroarchitektur. Alder Lake wird also CPUs von 7 bis 125 Watt Leistung beinhalten.
Intel hat deshalb drei physische Dies entwickelt, die alle auf Alder Lake basieren. Ein Die ist ein einzelnes, ungehäustes Stück eines Halbleiter-Wafers Diese verfügen über unterschiedlich viele CPU-Kerne, unterschiedlich grosse iGPU und andere Komponenten auf der Die. Die P-Cores sind physisch relativ gross und ihr L3-Cache nimmt viel Platz auf dem Silizium ein. Die E-Cores kommen in Clustern von je 4 Kernen.
Das Desktop-Segment mit dem neuen Sockel LGA1700 hat die grösste Die. Sie besteht aus bis zu 8 P-Cores und 8 E-Cores. Die iGPU bei der Desktop-Version ist jedoch die kleinste mit 32 Ausführungseinheiten (EU). Sie kann jedoch aufgrund der besseren Kühlung bei Desktop-Prozessoren viel höher getaktet werden, wodurch sie die geringere Anzahl an Ausführungseinheiten wegmachen soll. Zudem kommen ein 16x PCIe Gen 5 und 4X PCIe Gen 4 Komplex auf dem Die zu liegen. Selbstverständlich darf beim Desktop DDR5 nicht fehlen. Alle Chips sollen aber abwärtskompatibel zu DDR4 sein. Diese Prozessoren werden bis zu 125 Watt Leistung bringen.
Ein etwas kleiners Die für die Leistungsbandbreite von 28 bis 45 Watt soll über bis zu 6 P-Cores und 8 E-Cores verfügen. Beim Memory Interface stehen hier DDR5 und LPDDR5 zur Verfügung. Beim PCIe Gen 5 stehen weniger Lanes zur Verfügung, dafür hat die iGPU 96 Ausführungseinheiten.
Die kleinste Die mit Leistungsbandbreite von 7 bis 28 Watt ist für ultra portable Geräte gedacht. Hier kommen nur bis zu 2 P-Cores und 8 E-Cores zum Einsatz. Die iGPU ist ebenfalls mit 96 Ausführungseinheiten geplant und auch DDR5 sowie LPDDR5 sind an Bord. Dafür können sie nur PCIe Gen 4.
Quelle: Intel
Alle Alder-Lake-Varianten werden im Intel-7-Prozess gefertigt und können Thunderbolt 4. Die Desktop-Varianten sollen im Oktober 2021 erscheinen, die mobilen wohl irgendwann Anfang 2022.
Der Dirigent: Thread Director
Aufgrund der zwei verschiedenen Kerntypen verfügen die Alder-Lake-Prozessoren über eine komplexere Befehlsarchitektur (ISA) als bisherige Intel-Core-Prozessoren. Wobei die E-Cores nicht den kompletten Befehlssatz und die Hardwarefähigkeiten der P-Kerne haben. Die zwei Kernarten verfügen über eine unterschiedliche Leistung-pro-Watt-Bandbreite. Sie sind für unterschiedliche Arbeitslasten ausgelegt. Dabei ist wichtig, dass nicht die falsche Aufgabe an den falschen Kern gesendet wird. Das kann einerseits die Leistung beeinträchtigen oder andererseits das System wegen falschem Befehlssatz zum Absturz bringen. Es muss also gesteuert werden. Weil eine Implementation auf Betriebssystemebene nicht ausreicht, hat Intel den Thread Director ins Leben gerufen.
Quelle: Intel
Einfach ausgedrückt ist der Thread Director eine spezialisierte Hardware-Abstraktionsschicht (HAL). Die interagiert mit dem Betriebssystem und der Software auf der einen Seite und mit den beiden CPU-Kernen auf der anderen. Die Aufgabe besteht darin, die Arbeitslasten zwischen P- und E-Cores zu verteilen. Aufgrund der Komplexität der Kerne und deren Zusammenspiel hat Intel jedoch AVX-512 über Bord geworfen. Zudem empfiehlt der Chip-Gigant Windows 11 für die optimale Ausnutzung der beiden Kerntypen.
Was leisten die zwei Kerne im Zusammenspiel?
Die P-Kerne der Alder-Lake-S-Prozessoren sollen 19 Prozent mehr Instruktionen pro Zyklus (IPC) schaffen als die aktuellen Rocket-Lake-Prozessoren. Die vielen IPC allein genügen jedoch nicht, damit Intel zu AMD und deren 16-Kern-Flaggschiff Ryzen 9 5950X aufschliessen kann. Deshalb wird vermutet, dass die P-Cores auf bis über 5,3 GHz takten.
Der IPC-Zuwachs kommt gemäss Intel dadurch zustande, dass die P-Cores weiter, tiefer und intelligenter sind. Jeder x86-Kern beinhaltet drei Komponenten: Front End, Ausführungsphase und Lade/Speicher-Phase. Das Front End ist weiter, weil unter anderem der Übersetzungspuffer (TLB) doppelt so gross ist wie bei Rocket Lake. Die Ausführungsphase ist unter anderem tiefer, weil zwei weitere Ausführungsports hinzugefügt werden. Ähnlich verhält es sich bei der Lade/Speicher-Phase mit mehr L2 Cache.
Die 8 P-Cores von Alder Lake-S sind jedoch immer noch zu schwach um mit AMD und dem Ryzen 9 5950X mitzuhalten. Intel will dies mit den zwar effizienten, aber alles andere als langsamen E-Cores ausmerzen. Die E-Cores in Alder Lake-S sollen bei vergleichbarer Energieaufnahme 40 Prozent mehr Leistung liefern wie jene der 2015 vorgestellten Skylake-Architektur (Core i-6000).
Die Kombination der Leistungsstarken und mit besserer IPC ausgestatten P-Cores mit den effizienten, aber dennoch leistungsfähigen E-Cores soll den Rückstand Intels auf AMD wettmachen.
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