Intel introducerar Core 14000 "Meteor Lake" – energieffektivitet i fokus

År 2021 introducerade Intel ett för bolaget stort kliv framåt, när Core 12000 "Alder Lake" intog scenen tillsammans med både ny tillverkningsteknik och ny hybriddesign. Under Intel Innovation 2023 är det dags igen och processorjätten tar klivet till Intel 4 med Core 14000 "Meteor Lake"-familjen för bärbara datorer.

Med Intel 7, som utgör grunden för Alder Lake och Raptor Lake, var målet renodlade prestandaförbättringar. Med Intel 4, tidigare 7 nanometer, är det istället prestanda per watt som står i fokus. Här ämnar Intel nå i snitt 20 procent bättre energieffektivitet ställt mot Intel 7.

Med bytet omfamnar Intel även Extreme UV Lithography (EUV) till fullo, en betydligt mer precis och avancerad metod för det ljus som används för att framställa kretsarna.

Målen för Intel 4 speglas även i vad Intel menar att de försöker nå med Meteor Lake. Högst på listan står energieffektivitet, tillsammans med satsningar på bättre grafikdel och dedikerad hårdvara för artificiell intelligens.

Tiles – Intels svar på chiplet-design

Med Meteor Lake introducerar Intel den första storskaliga konsumentinriktade processorfamiljen med chiplet-design, eller vad Intel valt att kalla tiles. Intel menar att den monolitiska designen helt enkelt nått vägs ände och inte går att optimera mer än vad som redan gjorts. Likt konkurrenten AMD väljer de istället att pussla samman flera olika kretsar – Intels största arkitektoniska skifte på 40 år.

Totalt består Meteor Lake av fem kretsar. Grunden utgörs av en så kallad Base Die, vilken i sin tur huserar Intels egentillverkade processorkrets, en grafikkrets tillverkad på TSMC:s 5-nanometersnod, en I/O-krets för externa anslutningar och slutligen en SOC-krets. I den sistnämnda finns bland annat den dedikerade AI-hårdvaran, i form av en Neural Processing Unit (NPU).

Nackdelen med att växla från monolitiskt till chiplet, ofta benämnt som disaggregation, är att se till att de olika kretsarna kommunicerar smärtfritt. Tekniken kräver hög bandbredd för att leverera information mellan pusselbitarna i tillräcklig hastighet för att fördelarna inte ska gå förlorade.

En del av Intels lösning är att foga samman kretsarna med tekniken Foveros 3D. Paketeringstekniken är i grunden lånad från datacentersidan, där det redan används för grafikkretsen "Ponte Vecchio", men omstöpt för att passa Meteor Lake. En annan del av det är att låna in serversidans "Scalable Fabric" för att skruva upp bandbredden.

Utöver separata tiles har Intel därtill valt att separera vissa IP-block på mindre traditionellt vis, exempelvis media från grafikkretsen. Det är en av Intels lösningar i jakt på längre batteritid. Eftersom varje krets har en direkt kommunikationsbana till minnet blir det då möjligt att "stänga av" tiles som inte aktivt används.

Redwood Cove och Crestmont blir nya kärnorna

Utöver ny arkitektur och tillverkningsteknik följer även nya arkitekturer för kärnorna. Namnschemat är snarlikt tidigare generationer och de prestandaorienterade går under namnet Redwood Cove, medan de energieffektiva får namnet Crestmont.

Att fortsätta skala upp arkitekturer för att nå högre prestanda vid en given klockfrekvens (IPC) blir allt svårare. Det är sant även i Intels fall och för de prestandaorienterade kärnorna sker ingen mätbar IPC-skillnad ställt mot Raptor Cove.

Skillnaderna ligger istället främst i ökad energieffektivitet och utökad mängd L2-cache. De energieffektiva Crestmont-kärnorna tar däremot ett större kliv och här pekar Intel på IPC-förbättringar i spannet 5–6 procent ställt mot Gracemont.

Intel sjösätter Low Power Island

Det är fortsatt en hybridkonfiguration som gäller, men den här gången är de energieffektiva kärnorna fördelade på ett något oortodoxt vis. Till skillnad från tidigare monolitisk design, där samtliga processorkärnor huseras tillsammans, flyttar två av de energieffektiva kärnorna ut från processordelen.

I samtliga konfigurationer placeras två av de energieffektiva kärnorna i vad Intel döpt till "Low Power Island". Grupperingen återfinns i SOC-kretsen och omfattar flera komponenter, däribland NPU, Display Engine och olika kontroller.

Förändringen är tätt knuten till en omdanad schemaläggare (Intel Thread Director, ITD), som strukturerats om helt. Schemaläggaren introducerades med Alder Lake-familjen och har som uppgift att samarbeta med operativsystemet för att allokera uppgifter i en viss ordning över processorns olika kärnor och trådar.

Till skillnad från Alder Lake och Raptor Lake, där uppgifter generellt sett tilldelas de högpresterande kärnorna först, hanterar Meteor Lakes schemaläggare det tvärt om. Istället för att endast involvera de energieffektiva kärnorna vid behov förläggs uppgifter på de energieffektiva kärnorna först, för att sedan skala uppåt.

I praktiken innebär det att väldigt lågintensiva uppgifter och bakgrundsprocesser kan köras endast med hjälp av kärnorna i Low Power Island, utan att involvera den "riktiga" processordelen. Den väcks istället till liv när prestandabehovet ökar.

Det menar Intel ger två huvudsakliga fördelar. Vid lägre belastning kan "Low Power Island" klara sig på egen hand, medan andra tiles inaktiveras helt. På så vis sparas energi och inte minst batteritid, vilket är särskilt viktigt för de bärbara enheter Meteor Lake-familjen är ämnad för. De kan också användas för att avlasta och frigöra prestanda för resterande kärnor, som istället kan prioritera mer krävande laster fullt ut.

För att lyckas med det meddelar Intel att de haft ett nära samarbete med Microsoft och Windows 11, eftersom operativsystemets schemaläggare är en kritisk komponent för att kunna fördela uppgifterna rätt. Utöver optimeringar innebär det även ett nytt system för att klassificera olika uppgifter och vilka kärnor som bäst lämpar sig för dem.

Ny grafikdel med nära släktband till Arc-grafikkorten

Bland de större nyheterna är inte bara ny processorarkitektur, utan även en ny grafikdel. Här är det arkitekturen XE-LPG som gäller, som tillhör samma familj som XE-HPG från grafikkorten i Arc "Alchemist"-familjen.

Det inkluderar hårdvarustöd för ray tracing och specifikationer som på pappret påminner om instegsmodellen Arc A380. Det betyder bland annat 8 Xe-kärnor och lika många RT-kärnor, med vilket Intel utlovar dubbel prestanda per watt ställt mot föregående generations grafikdel baserad på XE-LP.

Med det följer även stöd för uppskalningstekniken XESS. Till följd av hur snarlika de är ska de därtill dela drivrutiner med Arc-grafikkorten, vilket Intel menar ska leda till snabbare optimeringar och uppdateringar eftersom fokus då inte behöver fördelas mellan produkterna på samma vis.

Under samma Xe-prefix går även den nya mediaavkodaren, vilken Intel kallar Media Engine. Den huserar däremot inte i grafikkretsen, utan är utbruten och placerad i en annan tile. Här trycker Intel särskilt på stöd för flera codec, däribland AV1 och HEVC. Detsamma gäller Display Engine, där Intel introducerar stöd för HDMI 2.1.

Intel hoppar på AI-tåget

Precis som resten av världen konstaterar Intel att artificiell intelligens "är överallt" och Meteor Lake är inget undantag. Att Intel planerade utöka funktionsutbudet med en NPU, kort för Neural Processing Unit, blev känt redan för ett år sedan.

Med Meteor Lake vill Intel få ett försprång i AI-kapplöpningen genom att påbörja flytten från molnet till lokalt på enheten. Det är första gången Intel integrerar dedikerad AI-hårdvara, ett projekt som åter sker i nära samarbete med flera mjukvarupartner. Det inkluderar bland annat Microsoft och Adobe, för att Meteor Lake-familjens nya hårdvarumuskler ska kunna nyttjas med AI-verktyg i exempelvis Windows, Office och Photoshop.

Att göra ett skifte till integrerad AI-hårdvara är även det del av målet att öka energieffektiviteten. Genom att låta AI-hårdvara sköta vissa uppgifter innebär det att processor, grafikdel och I/O kan användas för uppgifter där de utmärker sig och på så vis maximera prestanda per watt.

Lansering i december – endast bärbart

Intel delar Core 14000-serien i två, där Meteor Lake-familjen endast lanseras till bärbara datorer. Här väntas de första leta sig ut från den 14 december, tillsammans med Intels nya namnschema.