Stora Golden Cove och lilla Gracemont
År 2015 var senaste gången Intel lanserade processorer med ny tillverkningsteknik på stationära datorer. Efter över sex svåra år är det snart dags för Intel att åter introducera något nytt i form av Alder Lake, som tar klivet över till Intel 7 (f.d. 10 nanometer). Den största nyheten är dock att Intel introducerar en hybridarkitektur som kombinerar högpresterande och energieffektiva kärnor.
När det först uppdagades att processorfamiljen "Alder Lake" skulle kombinera stora och små kärnor möttes det av skepsis från entusiasthåll. En sådan design känns igen från telefoner, där tanken är att större kraftfulla kärnor endast ska arbeta i kortare perioder för att istället låta de små energieffektiva sköta jobbet i övrigt. Så blir inte riktigt fallet med Alder Lake.
I takt med att vi närmar oss gränsen för vad fysikens lagar tillåter ger inte krympning av transistorer samma självklara fördelar som tidigare. Förutom att klockfrekvenserna slagit i taket avtar också avancemangen i energieffektivitet. Det här gör det allt svårare att trycka in fler och fler kärnor, då det leder till en mer strömtörstig och svårkyld historia.
Alternativet för att hålla en krets inom en given strömbudget är således så enkel som att inte trycka in för många kärnor eller att helt tänka om. Intels svar på detta är Alder Lake, där de små energieffektiva kärnorna är tänkta att leverera mer prestanda än vad som annars vore möjligt med enbart ett färre antal större inom samma strömbudget.
Arkitekturen för de stora högpresterande kärnorna heter Golden Cove och är nästa steg i Core-familjen av processorer. Exempel på Core-arkitekturer är Cypress Cove som lanserades tidigare i år med Core 11000-serien, men även Skylake som använts sedan år 2015 med serien Core 6000 fram till år 2020 med Core 10000.
De små kärnorna heter Gracemont och ingår i den på konsumentsidan skambefläckade Atom-familjen. Namnet Atom klingar ofta illa efter de första generationerna där prestandan var allt annat än bra. Det här har Intel ändrat på med Gracemont, som de menar är tillräckligt kapabel för att ta upp kampen med Skylake.
Att skala upp arkitekturer för högre prestanda vid en given klockfrekvens (IPC) blir allt svårare och ökar exponentiellt antalet transistorer som krävs, därigenom går också energiförbrukningen upp. När maximal enkeltrådad prestanda inte prioriteras är det därför ofta bättre med en ur alla avseenden effektiv arkitektur, som träffar en sweet-spot. Det är Gracemont.
Enligt Intel tar fyra kärnor av arkitekturen Gracemont upp lika mycket plats på en krets som en enda Golden Cove-kärna. Med andra ord hade Intel kunnat placera 10 kärnor av typen Golden Cove på ungefär samma kretsarea, men har med Alder Lake istället valt 8 kärnor Golden Cove och 8 kärnor Gracemont.
Genom de avvägningar som gjorts med Gracemont talar Intel om prestanda i nivå med Skylake, där ett konkret exempel är 478 poäng i enkeltrådad prestanda i renderingstestet Cinebench 20. Det kan jämföras med en kärna av arkitekturen Skylake, som i samma test med en klockfrekvens om 4,5 GHz (Core i7-7700K) får 474 poäng.
Vidare jämförelser mot Skylake talar för att Gracemont ska leverera 40 procent högre prestanda vid samma effektförbrukning, alternativt 40 procent lägre strömförbrukning vid samma prestanda. När det kommer till flertrådad prestanda tar Intel fyra Gracemont-kärnor och ställer dem mot två Skylake-kärnor med fyra trådar genom tekniken Simultaneous-Multithreading (SMT). Här lyfter övertaget rejält till 80 procent högre prestanda vid samma strömförbrukning, alternativt 80 procent lägre strömförbrukning vid samma prestanda.
Ett problem med att ha en kraftfulla arkitekturer är att den i regel har stöd för instruktioner som den mindre saknar, något som kan ställa till det för utvecklare av mjukvara. För att kontra problemet har Intel helt enkelt gjort att Golden Cove och Gracemont har samma uppsättning instruktioner. Det här ledde till kompromisser med Golden Cove, som i konsumentprocessorer inte har AVX-512 aktiverad som standard. Instruktionen finns dock fortsatt kvar i arkitekturen och kan användas förutsatt att de energieffektiva kärnorna slås av i BIOS/UEFI.
Ett annat problem som ofta lyfts fram är schemaläggningen, det vill säga att operativsystemet måste välja rätt kärna eller tråd för rätt uppgift. Det här hävdar Intel att de löst med en hårdvarubaserad schemaläggare kallad Intel Thread Director (ITD) och ett digert arbete med Microsoft, som optimerat schemaläggaren i Windows 11.
För att få ut maximal prestanda ur Alder Lake ska operativsystemet i samarbete med processorns inbyggda schemaläggare allokera uppgifter i en viss ordning över kärnorna. De 8 högpresterande Golden Cove-kärnorna har alltid företräde och då utan Simultaneous-Multithreading (SMT), då en Gracemont-kärna leverera högre prestanda än om en Golden Cove behöver exekvera två trådar samtidigt. När fler än 8 trådar krävs används istället Gracemont-kärnorna. Först när samtliga 16 kärnor används kickar Hyperthreading igång i Golden Cove-kärnorna.
Inte att förglömma är arkitekturen Golden Cove, som till skillnad från Gracemonts fokus på effektivitet har siktet helt inställt på maximal enkeltrådad prestanda. Enligt Intel levererar Golden Cove ett lyft om 19 procent vid en given klockfrekvens (IPC) ställt mot Cypress Cove som används i bolagets senaste Core 11000-serie för stationära datorer.
Sett till själva processorerna avslöjar Intel sammanlagt tre olika konfigurationer av Alder Lake. Den första för stationära datorer har 8 kärnor Golden Cove, 8 kärnor Gracemont och en integrerad grafikdel av arkitekturen Xe-LP med 32 beräkningsenheter. Detta flankeras av stöd för DDR5 med en effektiv klockfrekvens om 4 800 MHz, 16 kanaler PCI Express 5.0 avsett instickskort och 4 kanaler PCI Express 4.0 främst avsett NVM Express-baserade SSD-enheter.
På den bärbara sidan finns två varianter, där den ena är riktad mot bärbara datorer i effektklassen 35 W och uppåt. Denna huserar 6 kärnor Golden Cove, 8 kärnor Gracemont och 96 beräkningsenheter av arkitekturen Xe-LP. Den andra avsedd ultratunna bärbara datorer med konfigurerbart TDP-värde om 28 W ned till 9 W får endast 2 kärnor Golden Cove, men behåller samtliga 8 kärnor av arkitekturen Gracemont.
