Hybrid-Architektur erklärt

Alle bisherigen Desktop-Prozessoren von Intel basieren auf einem homogenen Design: Gemeint ist, dass alle Kerne eine identische Architektur nutzen und sich selbst bei der maximalen Frequenz nicht unterscheiden. Mit Alder Lake erfolgt der Wechsel auf einen heterogenen Ansatz, von Intel als Hybrid-Technik bezeichnet.

Die Idee ist nicht neu, im Smartphone-Segment wird sie als Big/Little-Implementierung seitens ARM und Lizenznehmern wie Apple oder Qualcomm seit vielen Jahren erfolgreich umgesetzt. Intel selbst hatte mit Lakefield schon einen ersten x86-Hybrid veröffentlicht, allerdings ohne nennenswerte Marktresonanz.

Um zu verstehen, warum ein heterogenes Design sinnvoll ist, gilt es die relevanten Metriken zu kennen: Egal ob Desktop, Laptop oder Smartphone - am Ende zählt das Verhältnis der sogenannten PPA-Faktoren (Performance, Power, Area). Diese legen fest, wie viel Fläche sowie Energie für eine bestimmte Geschwindigkeit und die gewünschten Fertigungskosten zur Verfügung stehen. Die Anzahl der Chips pro Wafer spielt dabei eine wichtige Rolle, da hier die maßgeblichen Kosten anfallen.

Maximale Performance pro Fläche pro Watt

Intels Philosophie ist es, die Mainstream-CPUs grob auf 150 mm² bis 200 mm² zu begrenzen, damit die Produktion entsprechend günstig (oder weniger teuer) ist. Das Ziel lautet also, möglichst viel Leistung pro Quadratmillimeter pro Watt unterzubringen, weshalb für Alder Lake ein hybrides Design auserkoren wurde. Statt von Big/Little- spricht Intel von Performance/Efficiency-Cores, wovon es jeweils acht gibt (8P+8E).

  • Der Core i9-12900K ist die schnellste Gaming-CPU am Markt. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Links das Asus-Board für DDR5-Speicher, rechts das für DDR4 (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Der Sockel LGA 1700 ist für DDR5 und PCIe Gen5 unabdinglich. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Blockdiagramm von Alder Lake S und Z690 (Bild: Intel)
  • HSIO-Lanes und Ports des Z690 im Überblick (Bild: Intel)
  • Ein DDR5-Speicher-Kit von Gskill (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein Hybrid-Design, quasi das beste aus beiden Welten (Bild: Intel)
  • Alder Lake kombiniert acht P-Cores mit acht E-Cores ... (Bild: Intel)
  • ... die sich hinsichtlich Leistung, Strombedarf und Fläche stark unterscheiden. (Bild: Intel)
  • Die P-Cores basieren auf der Golden-Cove-Technik. (Bild: Intel)
  • Intel verspricht eine 19 Prozent höhere IPC. (Bild: Intel)
  • Die E-Cores basieren auf der Gracemont-Architektur. (Bild: Intel) (Bild: Intel)
  • Die-Shot von Alder Lake S als 8+8+32 Konfiguration (Bild: Intel)
  • Gut zu erkennen: Die E-Cores sind geradezu winzig. (Bild: Locuza)
  • Der Thread Director teilt Workloads in verschiedene Klassen ein ... (Bild: Intel)
  • ... und gibt dem Scheduler des OS dann entsprechende Informationen. (Bild: Intel)
  • Intel macht das bisher kurzfristige PL2 zum neuen PL1. (Bild: Intel)
  • Die Mainboard-Partner stellen daher 241 Watt als Standard ein. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • In der technischen Dokumentation finden sich noch die konservativeren Werte. (Bild: Intel)
  • Heatspreader, Lot und Die-Höhe wurden verbessert. (Bild: Intel)
  • Der Anpressdruck mit neuem Retention-Kit stimmt. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
Ein Hybrid-Design, quasi das beste aus beiden Welten (Bild: Intel)

Die P-Kerne basieren auf der Golden Cove genannten Architektur, sie unterstützen Hyperthreading (SMT) und sollen pro Takt gleich 19 Prozent flotter sein als die Cypress-Cove-Technik in Rocket Lake. Die E-Kerne nutzen die Gracemont-Architektur, diese soll eine IPC ähnlich der alten Skylake-Implementierung aufweisen, die Intel vom Core i7-6700K bis zum Core i9-10900K verwendet hat. Die P/E-Kerne nutzen AVX2, die SGX-Enklave flog raus.

Alder Lake wird mit dem Intel-7-Verfahren produziert, einst als 10 nm Enhanced Super Fin alias 10+++ nm bezeichnet. Der 8P+8E-Chip inklusive Xe-Grafikeinheit, L3-Cache und I/O-Subsystem weist eine Fläche von 209 mm² auf (zur Anzahl der Transistoren gibt es keine Aussage). Die acht P-Cores von Alder Lake benötigen inklusive je 1,25 MByte L2-Cache pro Kern rund 61 mm², die acht E-Cores samt 2 MByte L2-Cache für alle zusammen geringe 17 mm². Überdies brauchen sie für dieselbe Performance signifikant weniger Energie, sodass die Performance pro Quadratmillimeter pro Watt entsprechend besser ausfällt.

  • Der Core i9-12900K ist die schnellste Gaming-CPU am Markt. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Links das Asus-Board für DDR5-Speicher, rechts das für DDR4 (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Der Sockel LGA 1700 ist für DDR5 und PCIe Gen5 unabdinglich. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Blockdiagramm von Alder Lake S und Z690 (Bild: Intel)
  • HSIO-Lanes und Ports des Z690 im Überblick (Bild: Intel)
  • Ein DDR5-Speicher-Kit von Gskill (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein Hybrid-Design, quasi das beste aus beiden Welten (Bild: Intel)
  • Alder Lake kombiniert acht P-Cores mit acht E-Cores ... (Bild: Intel)
  • ... die sich hinsichtlich Leistung, Strombedarf und Fläche stark unterscheiden. (Bild: Intel)
  • Die P-Cores basieren auf der Golden-Cove-Technik. (Bild: Intel)
  • Intel verspricht eine 19 Prozent höhere IPC. (Bild: Intel)
  • Die E-Cores basieren auf der Gracemont-Architektur. (Bild: Intel) (Bild: Intel)
  • Die-Shot von Alder Lake S als 8+8+32 Konfiguration (Bild: Intel)
  • Gut zu erkennen: Die E-Cores sind geradezu winzig. (Bild: Locuza)
  • Der Thread Director teilt Workloads in verschiedene Klassen ein ... (Bild: Intel)
  • ... und gibt dem Scheduler des OS dann entsprechende Informationen. (Bild: Intel)
  • Intel macht das bisher kurzfristige PL2 zum neuen PL1. (Bild: Intel)
  • Die Mainboard-Partner stellen daher 241 Watt als Standard ein. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
  • In der technischen Dokumentation finden sich noch die konservativeren Werte. (Bild: Intel)
  • Heatspreader, Lot und Die-Höhe wurden verbessert. (Bild: Intel)
  • Der Anpressdruck mit neuem Retention-Kit stimmt. (Bild: Marc Sauter/Golem.de)
Gut zu erkennen: Die E-Cores sind geradezu winzig. (Bild: Locuza)

Stellt sich die Frage, wie Intel sicherstellt, dass immer die richtigen Kerne rechnen - die Antwort darauf ist eine in Hardware gegossene Lösung.

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 Erste Desktop-CPU mit DDR5-SpeicherThread Director zur Lastverteilung 
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ms (Golem.de) 17. Nov 2021

Ist typisch für Apple die Kühlung auf 100C einzustellen, damit eben vorher viel...

superdachs 08. Nov 2021

Und das ist ein Trugschluss. Parallelisierung geht IMMER auch mit einem enormen Overhead...

thrust26 07. Nov 2021

OK, U-Bahn ginge mobil evtl. (ist aber oft zu voll) Was ist mit der Bahn? Da kann ich...

ms (Golem.de) 06. Nov 2021

Bisher hat Intel keine solchen Pläne.



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