Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/cpu-architektur-intels-silvermont-soll-schneller-und-sparsamer-als-arm-sein-1305-99121.html    Veröffentlicht: 06.05.2013 23:09    Kurz-URL: https://glm.io/99121

CPU-Architektur

Intels Silvermont soll schneller und sparsamer als ARM sein

Dreimal so schnell oder ein Fünftel der Leistungsaufnahme - das sind Intels Versprechen für die neue Atom-Architektur Silvermont. Mit einer Plattform namens Bay Trail soll sie schon Ende 2013 in Tablets verfügbar sein.

Auf einer Konferenz in Santa Clara hat Intel die Mikroarchitektur mit dem Codenamen "Silvermont" vorgestellt. Dabei handelt es sich um die erste vollständige Überarbeitung der Atom-Prozessoren, seit diese vor fünf Jahren vorgestellt wurden.

Dass Intel, wie bei seinen anderen x86-CPUs, für Silvermont nun auch Out-of-Order-Verarbeitung einführt, hatte das Unternehmen schon früher bestätigt. Unklar war aber bisher vor allem, wie die Chipdesigner mit einer Out-of-Order-Pipeline trotzdem einen sparsamen Prozessor entwickeln wollen. Mit zu langen Pipes hat Intel schlechte Erfahrungen gemacht: Die Netburst-Architektur des Pentium 4 scheiterte letztlich an der Kombination aus langer Pipe und Unterschätzung der hohen Leistungsaufnahme.

Die Pipeline von Silvermont hat Intel im Vergleich zum Vorgänger nach eigenen Angaben nicht verlängert - die genaue Zahl der Stufen ist noch nicht bekannt. So soll aber bei wichtigen Fehlern einer spekulativen CPU-Architektur die Zahl der Takte zur Korrektur der falschen Vorhersage sogar verkürzt worden sein. Die Sprungvorhersage (Branch Predictor) braucht beispielsweise nur noch 10 statt vorher 13 Takte, um einen falschen Sprung zu berichtigen.

Zusätzlich müssen die eigentlichen Ausführungseinheiten und ihre Pipelines gar nicht ständig laufen, was viel zum Stromsparen beiträgt. Ein zentrales Element ist hier der L2-Cache, den sich je zwei Silvermont-Kerne teilen, er ist mit 1 MByte für einen kleinen Chip recht groß. Intel zufolge handelt es sich um eines der schnellsten SRAMs, die das Unternehmen je gebaut hat.

Zusammen mit dem L2 bilden zwei Cores ein Modul - Intel nennt diese Zusammenfassung ebenso, wie AMD mit seiner Bulldozer- und Piledriver-Architektur. Wichtiger Unterschied: Jeder Silvermont-Core hat FPU und SSE-Einheit, bei AMD müssen sich diese Einheiten zwei Integer-Kerne teilen. Bis zu acht Kerne, also vier Module, sind möglich, Hyperthreading gibt es nicht mehr.

IPC mal zwei: Doppelt so viel Befehle pro Takt

Der L2-Cache ist auch die Verbindung zum System Agent, der den gleichen Namen wie eine ähnliche Einheit trägt, die seit Sandy Bridge bei den großen Prozessoren vorhanden ist. Über einen schnellen Bus, IDI genannt, sind die Module mit dem System Agent verbunden. Er steuert auch den Speichercontroller und andere Teile wie eine GPU. Zur Grafikeinheit machte Intel noch keine Angaben, bisher kamen in den Atoms hoffnungslos veraltete PowerVR-Kerne zum Einsatz, die nur DirectX-9 beherrschen.

Einen aus der Servertechnik bekannten Begriff erwähnte Intel auch: Der System Agent ist mit einem "SoC Fabric" verbunden, also einem Geflecht, das schnell andere Teile des Chips ansteuern soll. Auch dazu gibt es noch keine weiteren Angaben, aber: Es erscheint recht wahrscheinlich, dass dieses Fabric vom System Agent wie auch der IDI-Bus zwecks Sparsamkeit stillgelegt werden kann. Mit diesen vielen Anleihen nannte Intel Silvermont auch eine "cross-design architecture".

Durch weitere Kniffe wie den Verzicht auf Micro-Ops-Fusion, das seit dem Core 2 genutzt wird, konnte Intel die Leistungsaufnahme gering halten. Das Unternehmen vergleicht in seiner Präsentation zu Silvermont die neuen Chips dabei sowohl mit den eigenen Atoms der Z-Serie (Clover Trail) als auch mit namentlich nicht genannten Konkurrenten. Angesichts der Leistungsaufnahmen von unter 1 bis 2,5 Watt und der Angabe der Kerne kann es sich nur um aktuelle ARM-Chips handeln.

Ausgehend von Intels Versprechen, dass Silvermont pro Takt doppelt so viele Befehle (IPC) verarbeiten kann, ergeben sich beim Vergleich eines Dual-Core-Atoms für Smartphones gegenüber ARM-Quad-Cores 40 bis 60 Prozent mehr Leistung - bei gleicher Leistungsaufnahme von nur 1 Watt.

Mehr Performance pro Watt als bei ARM

Da bei allen mobilen SoCs Rechenleistung und Leistungsaufnahme stets im Betrieb aneinander angepasst werden, laufen die Ergebnisse von Intels Messungen bei Tablets etwas auseinander: Hier sollen es 60 bis 130 Prozent mehr Tempo sein, bei einem Drittel oder gar einem Sechstel der Leistungsaufnahme. Um das zu erklären, führte Intel auch ein Diagramm an, bei dem die Dual- und Quad-Core-ARMs recht schlecht dastehen: Die Kurve aus Rechenleistung zu Strombedarf fällt bei Silvermont viel flacher aus.

Als entscheidenden Punkt für die sehr geringe Leistungsaufnahme nannte Intel die FinFET-Transistoren mit 22 Nanometern Strukturbreite, Tri-Gate genannt, aus denen Silvermont gefertigt werden soll. Anders als bei Ivy Bridge, wo sich als erster 22-Nanometer-CPU kaum Einsparungen ergaben, will Intel die Vorteile der kleinen Strukturen voll ausreizen. Vor allem geringere Leckströme sollen Silvermont bei keiner oder geringer Rechenlast sparsam machen.

Um das vorhandene Energiebudget stets auszuschöpfen, kommt wiederum ein Verfahren zum Einsatz, das aus Sandy Bridge entlehnt ist. X86-Kerne und GPU können je nach Anforderung unterschiedlich getaktet werden. Haben beide Cores viel zu tun, muss die GPU langsamer werden, ist nur die GPU gefordert, wird das Verhältnis umgekehrt. Begrenzender Faktor ist stets eine vorgegebene Leistungsaufnahme.

Was die durchaus großen Versprechen von Intel wert sind, wird sich bald zeigen. Aus Silvermont, das nur die Mikroarchitektur beschreibt, sollen drei bisher bekannte SoCs werden: Avoton für Server, Merrifield für Smartphones und Bay Trail für Tablets. Letzterer soll schon zum Endes des Jahres 2013 in Geräten erhältlich sein, wie Intel schon zuvor betont hatte. Auf die Merrifield-Smartphones muss dagegen bis Anfang 2014 gewartet werden.  (nie)


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