CPU-Architektur: Intel erläutert Tremont-Technik der nächsten Atoms

Mit der Tremont-Architektur stellt Intel seine x86-Atoms besser auf: Die Low-Power-Kerne werden deutlich schneller, dank 10 nm auch effizienter und erhalten neue Instruktionen. Später wird Tremont als Teil der Lakefield-Chips in Geräten wie Microsofts Surface Neo stecken.

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Blockdiagramm von Tremont
Blockdiagramm von Tremont (Bild: Intel)

Intel hat auf der Linley Fall Processor Conference die Tremont-Architektur vorgestellt: So heißt die Technik für x86-CPU-Kerne, welche üblicherweise in Atom-Chips verbaut werden. Die Codenamen der Designs lauten Elkhart Lake und Lakefield, dazu später mehr. Tremont ist auf Intels 10 nm ausgelegt, wobei das Front- und das Backend der Kerne deutlich breiter wird.

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Aktueller Stand bei den Atoms ist Gemini Lake, was als Pentium Silver und als Celeron verkauft wird. Die Architektur der CPU-Cores in Gemini Lake heißt Goldmont Plus, wir vergleichen daher, was Tremont anders macht. Wie so oft gibt es eine verbesserte Sprungvorhersage, die wie bei AMDs Zen 2 zweistufig statt zuvor einfach anlegt ist. Vermutlich nutzt Intel ebenfalls einen TAGE-Ansatz, welcher derzeit als der beste für Sprungvorhersagen gilt. Der L1-Instruktionen- und der L1-Daten-Cache fassen 32 KByte; bei Goldmont Plus hat der L1D nur 24 KByte.

Der Decoder des Out-of-Order-Designs schafft gleich sechs Befehle statt drei pro Takt, wobei Intel auf zwei 3er-Blöcke setzt und auf einen µOp-Cache für bereits decodierte Instruktionen verzichtet. Dafür soll der OoO-Puffer satte 208 Einträge fassen. Spannend: Je nach Einsatzzweck schaltet Intel die Hälfte der Decoder-Stufe ab, das dürfte Energie sparen. Die fertigen Befehle reicht Tremont über acht statt vier Ports an das Backend weiter, damit sie dort verarbeitet werden.

  • Präsentation zu Tremont (Bild: Intel)
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Präsentation zu Tremont (Bild: Intel)

Für die Integer-Ausführung setzt Intel auf sieben statt fünf Einheiten: drei ALUs, zwei AGUs, eine JEU für Sprünge und eine für Data-Store. Die Gleitkomma-Ausführung übernehmen drei Einheiten - zwei für SIMDs/AES sowie FADD/FMUL und eine für Data-Store. Neu sind die Galois Field New Instructions (GFNI), welche von Tremont aber nur per SSE-Befehlssatzerweiterung umgesetzt werden. Bei den Sunny-Cove-Kernen von Ice Lake Y/U klappt das auch per AVX und AVX-512, diese Instruktionen sind den Atoms aber weiterhin versagt. Ebenfalls neu ist Speed Shift, hier regelt die CPU ihre höheren P-States selbst, anstatt das dem langsameren Betriebssystem-Scheduler zu überlassen. Intel zufolge soll Tremont pro Takt durchschnittlich 30 Prozent schneller rechnen als Goldmont Plus, da die Singlethread-Leistung im Fokus lag.

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Wie gehabt ist Tremont für Prozessoren mit bis zu vier Kernen ausgelegt, diese können sich zwischen 1,5 MByte und 4,5 MByte an L2-Cache teilen. Hinzu kommt ein optionaler L3-Cache, welcher als inklusiver oder nicht inklusiver Puffer ausgelegt werden kann. Details dazu sind der knappen Präsentation allerdings nicht zu entnehmen. Von den aktuellen Xeons (Cascade Lake SP) geborgt ist die RDT (Ressource Director Technology), die höher priorisierte Anwendungen mit mehr Bandbreite versorgt. Apropos Xeon: Der Hardware-Schutz gegen Spectre und Co ist der gleiche wie bei Cascade Lake SP für Server.

Tremont wird in Elkhart Lake eingesetzt: So heißt die 10-nm-Kombination aus vier Kernen samt einer Gen11-Grafikeinheit sowie einer LPDDR4X-Unterstützung. Das zweite Design ist Snow Ridge für 5G-Netzwerke und das dritte heißt Lakefield: Hier verbindet Intel vier Tremont-Cores mit einem Sunny-Cove-Kern, wobei der 10-nm-Chip mit einem 22-nm-I/O-Die und LPDDR4X-Speicher gestapelt wird. Die Tremont-Cores schaffen dabei etwa die Hälfte der Performance des Sunny-Cove-Kerns, danach werden sie ineffizient.

Lakefield wird unter anderem im Surface Neo, einem Dual-Screen-Gerät von Microsoft, eingesetzt.

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