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Intel a bomba sulla grafica: GPU integrata Gen11, GPU dedicate Xe e Foveros per impilare i chip

La nuova leadership di Intel, guidata da Raja Koduri, Senior Vice President del Core and Visual Computing, e da Jim Keller, Senior Vice President of Silicon Engineering, ha illustrato la visione del futuro dell’azienda. Oltre a illustrare la nuova microarchitettura x86 Sunny Cove, gli uomini di Intel hanno parlato di grafica integrata Gen11, una nuova tecnologia di stacking 3D dei chip chiamata “Foveros“, della nuova One API per semplificare la programmazione lungo l’intera gamma di prodotti Intel e c’è stato tempo anche per un piccolo accenno alla nuova linea Xe di schede video dedicate, attese sul mercato nel 2020.

Negli ultimi anni Intel ha ammassato un enorme tesoretto di tecnologie, diversificando in aree come l’IA, la guida autonoma, il 5G, gli FPGA e l’Internet of Things, tra le tante cose. Ha persino aggiunto alla lista le GPU dedicate. Dato che la tecnologia produttiva dell’azienda tocca ogni chip usato in queste soluzioni, il ritardo dei 10 nanometri ha rallentato i progressi su più fronti, non solo nel mercato delle CPU.

L’obiettivo è chiaramente quello di tornare in carreggiata il più presto possibile e nel corso dell’Architecture Day, Raja Koduri e Jim Keller hanno illustrato una nuova visione omnicomprensiva che attraversa tutta l’azienda. Insieme agli altri vertici, i due hanno identificato sei pilastri su cui Intel dovrà concentrarsi negli anni a venire. Quei pilastri includono i processi produttivi, le architetture, la memoria, le interconnessioni, la sicurezza e il software. L’azienda spera che concentrandosi in queste aree chiave accelererà il ritmo delle proprie innovazioni e riguadagnerà la massima competitività. Andiamo con ordine.

Impilare i chip con Foveros

Foveros è una nuova tecnologia di packaging 3D che Intel ha intenzione di usare per realizzare nuovi processori impilati l’uno sull’altro. Il concetto che c’è dietro è discusso da tempo e in sviluppo da decenni, ma finora l’industria non è stata in grado di aggirare le sfide legate a consumi e temperature, per non menzionare le basse rese, insufficienti per produrre in grandi volumi.

Intel afferma di aver progettato Foveros sulla base delle lezioni apprese con l’innovativa tecnologia EMIB (Embedded Multi-Die Interconnect Bridge), che è un nome complicato per descrivere una tecnica che permette una comunicazione ad alta velocità tra diversi chip. Quella tecnica ha permesso a Intel di collegare più die insieme su un percorso ad alta velocità che offre quasi le stesse prestazioni di un grande processore monolitico. Ora Intel ha espanso quel concetto per consentire di impilare die uno sopra l’altro e migliorare così la densità.

L’idea chiave dietro all’impilare i chip è quella di mescolare differenti tipi di die, come CPU, GPU e processori IA per realizzare SoC (system on chip) personalizzati. Questo permetterà a Intel di combinare componenti diversi realizzati con processi differenti sullo stesso package. L’azienda può usare così processi produttivi meno avanzati per componenti difficili da far scalare o realizzati con uno scopo preciso. Questo è importante dato che miniaturizzare i chip è diventato sempre più complicato.

Intel ha mostrato un chip Foveros completamente funzionante, realizzato per un cliente ignoto. Il chip consiste di una CPU a 10 nanometri e un chip di I/O. I due chip parlano tra loro tramite TSV (Through Silicon Via) che collega il die mediante connessioni elettriche verticali al centro del die. I canali si uniscono poi usando dei microbump al package sottostante. Intel ha anche aggiunto un chip di memoria al vertice dello stack usando un’implementazione tradizionale PoP (Package on Package). L’azienda prevede implementazioni persino più complesse in futuro, formate da chip radio, sensori, fotonica e memoria.

L’attuale design consiste di due die. Il die inferiore ospita tutte le funzionalità tipiche di un Southbridge, come le connessioni di I/O, ed è fabbricato con processo 22FFL. Il die superiore è una CPU a 10 nanometri con un grande core di calcolo e quattro core più piccoli, più efficienti. Qualcosa che ricorda i chip ARM big.LITTLE per intenderci. Intel l’ha definita “architettura x86 ibrida” e questo lascia intendere un cambio fondamentale di strategia, tanto che in separata sede Intel ha confermato che sta lavorando a una linea di prodotti basati su questa nuova architettura x86 ibrida. Potrebbe trattarsi di una risposta ai processori Qualcomm Snapdragon per i portatili Always Connected, ma non abbiamo certezze. I rappresentanti di Intel hanno dichiarato che il primo prodotto consuma meno di 7 watt (2mW in standby) ed è destinato a dispositivi fanless, privi di ventola – ma non hanno detto altro.

Il package misura 12 x 12 x 1 mm, ma Intel non ha parlato delle misure del die. Impilare piccoli die dovrebbe essere relativamente semplice rispetto a fare la stessa cosa con die più grandi, ma Intel sembra fiduciosa nella sua abilità di portare la tecnologia su processori più complessi. Ravishankar Kuppuswamy, Vice President & General Manager dell’Intel Programmable Solutions Group, ha annunciato che l’azienda sta già sviluppando un nuovo FPGA usando la tecnologia Foveros. Kuppuswamy ritiene che la tecnologia Foveros permetterà un miglioramento prestazionale fino a 2 volte rispetto agli FPGA Falcon Mesa.

Intel Gen11, la nuova architettura per la grafica integrata

Intel ha anche parlato della nuova architettura grafica integrata, la Gen 11, e mostrato una demo di Tekken 7 in funzione – in modo fluido e convincente – sulla nuova GPU. La demo girava su un processore a 10 nanometri, il che segna la prima dimostrazione pubblica di una GPU a 10 nanometri.

Intel ci ha spiegato che i diagrammi usati per la presentazione non sono interamente in scala, ma consentono di avere un’idea della nuova architettura grafica. La progettazione delle GPU Gen11 si è focalizzata nel raggiungimento di prestazioni nettamente più alte delle precedenti soluzioni. Più precisamente l’obiettivo era quello di ottenere 1 teraflops con calcoli in virgola mobile a 32 bit e 2 teraflops con calcoli in virgola mobile a 16 bit, consumando poca energia.

Intel ha usato una disposizione modulare che ci è piuttosto familiare, con “subslice” che ospitano otto execution unit (EU). Intel ha ampliato il progetto portandolo a 8 subslice, o 64 execution unit (EU). Si tratta di un grande miglioramento rispetto ai 24 EU della Gen9.

Il nuovo progetto supporta il tile-based rendering oltre all’immediate mode rendering, che aiuta a ridurre la richiesta di memoria durante alcuni carichi di rendering. Gli ingegneri hanno inoltre migliorato il sottosistema di memoria quadruplicando la cache L3 a 3 MB e separando la memoria locale condivisa per promuovere il parallelismo. Il nuovo design ha inoltre algoritmi di compressione della memoria migliorati.

Altri passi avanti includono un nuovo encoder e decoder HEVC, la capacità di gestire più flussi video 4K e 8K consumando meno e il supporto alla tecnologia Adaptive Sync.

Intel Xe, dalle iGPU fino alle GPU dedicate

C’è molta attesa per il ritorno di Intel nel mercato delle schede grafiche dedicate. L’azienda ci ha ricordato che ogni giorno la propria tecnologia grafica accende “un quintilione di pixel nel mondo”, grazie alle GPU integrate nelle CPU che la rendono il primo produttore grafico al mondo. Ora l’azienda sta portando quell’esperienza nel mercato delle GPU dedicate e sì, questo significa anche GPU dedicate al mercato dei videogiochi.

Tradurre l’esperienza maturata nella grafica integrata nella nuova gamma di GPU dedicate non è un compito semplice: l’ultimo ingresso di successo nel mercato delle GPU dedicate è avvenuto 25 anni fa. L’azienda può però fare ricorso ha uno sterminato patrimonio di proprietà intellettuali – a un certo punto aveva più brevetti grafici degli altri produttori messi insieme – ed è attivamente impegnata nel reclutare ingegneri che possano mettere a disposizione il loro talento per tramutare il sogno in realtà.

Intel ci ha mostrato una slide in cui illustra la nuova architettura grafica Xe, attesa dopo l’architettura grafica Gen11. Secondo l’azienda la prossima generazione della sua architettura grafica segnerà la transizione dal nome “Gen” e scalerà dalla grafica integrata nelle CPU fino a GPU dedicate che occuperanno tutte le fasce di mercato e settori, dal gaming ai datacenter. Questo significa che la vedremo in soluzioni integrate nei processori capaci di offrire prestazioni nell’ordine dei teraflops fino a proposte dedicate in grado di garantire petaflops di prestazioni.

Tutto questo lascia presupporre che le GPU integrate e quelle dedicate condivideranno la stessa architettura di base. Intel però non ha voluto dire altro per il momento, confermando che tutto procede per il meglio in vista del debutto delle schede grafiche dedicate Xe nel 2020.