Effizient durch Near Threshold Voltage

Die integrierten Spannungsregler haben noch weitere Vorteile: Sie ermöglichen eine höhere und schneller anliegende Spannung für die Grafikeinheit, die hierdurch höher takten kann - die Effizienz ist zwar besser als mit externen Reglern, aber immer noch nicht ideal. Intel hat daher anhand eines Protoypchips mit Haswell-Technik und nur einer Ausführungseinheit (Execution Unit) Forschungen mit sogenannter Near Threshold Voltage durchgeführt.

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Jeder Transistor benötigt eine Mindestspannung, damit er schaltet und das Graphics Register File (GRF) muss eine gewisse Spannung erhalten, damit es Daten speichern kann. Ein zusätzlich zu beachtender Effekt bei schaltenden Transistoren ist ein Spannungsabfall (vDrop), welcher jedoch einkalkuliert wird und die Effizienz steigert.

  • Der spezielle Grafikkern wird mit einer adaptiven Spannung versorgt, ein eigener Controller bietet Schlafzustände mit gleichbleibendem Status. (Bild: Intel)
  • Im Vergleich zu Clock Gating ermöglicht der State-Retentive Sleep verringerte Leckströme im Leerlauf und eine höhere Effizienz bei Teillast. (Bild: Intel)
  • Der Testchip wird im 22-nm-Verfahren gefertigt und verfügt über 22,8 Millionen Transistoren. (Bild: Intel)
  • Intel fertigt fünf unterschiedliche Haswell-Versionen, mit zwei oder vier Kernen sowie GT2- oder GT3-Grafik. Hinzu kommen EDRAM oder PCH. (Bild: Intel)
  • Das On-Package I/O verbindet den Prozessor entweder mit dem EDRAM oder dem PCH. (Bild: Intel)
  • Das Embedded Dynamic Random Access Memory besteht aus acht Blöcken und taktet mit 1,6 GHz. (Bild: Intel)
  • Neben dem C7 unterstützt Haswell weitere Schlafmodi, bei denen weitere Chipteile deaktiviert werden und die Spannung verringert wird. (Bild: Intel)
  • Im C9-Zustand etwa ist nur noch die Power Control Unit aktiv. (Bild: Intel)
Der spezielle Grafikkern wird mit einer adaptiven Spannung versorgt, ein eigener Controller bietet Schlafzustände mit gleichbleibendem Status. (Bild: Intel)

Intels Forschungen am Rande der unteren Spannungsgrenze kombinieren spezielle Schlafmodi mit gleichbleibenden Zuständen (State-Retentive Sleep) für das GRF mit einem Retention-Flop, welches die Umschaltzeiten zwischen verschiedenen Spannungen und Taktraten durch das Wegfallen von Verzögerungen minimiert, da keine Zustände zwischengespeichert werden müssen.

Im Vergleich zu Clock Gating, also dem selektiven Auslassen von Taktsignalen, soll diese Technik durch massiv verringerte Leckströme die Leistungsaufnahme im Leerlauf auf ein Achtel senken. Bei geringen Frequenzen und Teillast erhöht sich die Effizienz um 40 Prozent bei der Rechenleistung pro Watt - Intel nennt 100 MHz bei einer Spannung von 380 Millivolt. Unter Volllast ändert sich weder an der Geschwindigkeit noch an der Effizienz des Testchips etwas, hier taktet er mit 800 MHz bei 700 Millivolt.

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 Stromsparmodi von C7 bis C10
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