Amd e Intel abren frente de gráficos en batalla de procesadores

En una serie de anuncios recientes, Intel y AMD han presentado por separado varios cambios importantes en las arquitecturas de sus procesadores x86, que prometen transformar la forma en que se utilizarán los procesadores x86 en los próximos años.

La semana pasada, AMD anunció una nueva arquitectura de memoria destinada a acercar la informática de CPU y GPU. Intel reveló un nuevo énfasis en mejorar su posición en los gráficos de PC más tradicionales. Ayer, Intel anunció una versión completamente nueva de la microarquitectura para su serie de procesadores Atom, una que debería hacer que esos chips sean mucho más potentes y potencialmente cerrar la brecha entre Atom y la familia de procesadores Core más convencionales de la compañía.

La nueva arquitectura de memoria de AMD

El anuncio de AMD de lo que llama acceso uniforme a la memoria heterogénea (hUMA) no fue una gran sorpresa, ya que la compañía ha estado hablando sobre la arquitectura de sistemas heterogéneos (HSA) durante mucho tiempo.

El concepto es muy simple. Incluso en un chip que tiene tanto la CPU como el procesamiento de gráficos (GPU) en el mismo dado, como en las unidades de procesamiento acelerado (APU) de AMD, la memoria utilizada por la CPU y los gráficos se ha mantenido en grupos separados. Si bien existe físicamente la misma memoria, la CPU y la GPU utilizan diferentes punteros para la memoria. Para usar la GPU para la computación, un programa tiene que copiar los datos de la parte de la memoria utilizada por la CPU a la parte utilizada por los gráficos, hacer el cálculo y volver a copiarlos. Todo esto lleva tiempo. Con un verdadero sistema de memoria unificada que incluye gráficos, esto no será necesario.

AMD está promoviendo esto como parte de la Fundación HSA, que incluye ARM, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, MediaTek e Imagination. En particular, este enfoque utiliza un tiempo de ejecución de software conocido como HSAIL y un conjunto de interfaces para aplicaciones aceleradas por HSA.

Esta semana, AMD detalló cómo, en su arquitectura hUMA, la CPU y la GPU pueden asignar dinámicamente memoria de todo el espacio de memoria y usar esto junto con el mismo esquema de direccionamiento virtual. La memoria será coherente bidireccional, por lo que los demás elementos de procesamiento verán cualquier actualización realizada en la CPU o GPU. La GPU ahora admitirá memoria paginable, con páginas virtuales, por lo que puede funcionar con conjuntos de datos más grandes (como funcionan actualmente las CPU). La idea es que la CPU y la GPU puedan trabajar juntas de manera más eficiente. AMD dijo que los desarrolladores podrán escribir aplicaciones aceleradas por HSA utilizando lenguajes de programación estándar como Python, C ++ y Java.

AMD no es la única compañía que considera importante la informática heterogénea y la Fundación HSA también tiene sus competidores. Nvidia ha sido un gran defensor de lo que solía llamar GP-GPU, impulsando sus API CUDA y prometiendo que una futura versión de sus procesadores gráficos admitirá memoria unificada. Varias de las grandes plataformas de software tienen sus propias alternativas: las extensiones DirectCompute de Microsoft a DirectX para computación GP-GPU y la API Renderscript de Google para computación heterogénea. Quizás lo más importante, el Grupo Khronos, un consorcio de la industria, promueve el estándar OpenCL.

La gran pregunta será cuál de estos estándares atraerá a los desarrolladores. El primer procesador de AMD que admitirá hUMA será su procesador Kaveri, cuya entrega está prevista para finales de 2013 (aunque probablemente no estará en los sistemas hasta principios del próximo año). AMD también proporciona la APU para PlayStation 4 y se rumorea que también suministrará la APU para la próxima generación de Xbox. Parece probable que otros miembros de la Fundación HSA también puedan usar la arquitectura hUMA, aunque ninguno aún tiene que anunciar dichos diseños. Juntos, esto podría ser suficiente para crear una masa crítica para los desarrolladores y para las herramientas y, de ser así, podría ser muy importante.

Intel dobla en gráficos para Haswell

A fines de la semana pasada, Intel reveló más detalles sobre su próximo procesador Core de cuarta generación, un producto de 22 nm conocido como Haswell. Intel había revelado previamente una serie de nuevas características para Haswell, incluidas las nuevas instrucciones AVX2 para trabajar con vectores enteros más grandes e instrucciones de suma múltiple fusionada (FMA) para punto flotante. Estas son cosas que los usuarios finales probablemente no verán, excepto en términos de rendimiento mejorado en cargas de trabajo bastante especializadas.

Lo más interesante del nuevo anuncio es el enfoque en los gráficos, un área donde los competidores AMD y Nvidia ciertamente han tenido una ventaja.

Pero Intel está dando algunos pasos importantes con los procesadores Haswell. Intel ha dicho durante mucho tiempo que agregará más gráficos a la matriz para algunos modelos de Haswell, incluida una versión de alta gama conocida como GT3. Efectivamente, esto es solo unidades de instrucción de gráficos adicionales, por encima de las cantidades en los procesadores actuales de Ivy Bridge. En sí mismo, este es un gran cambio dado que en sus productos Intel típicamente ha dedicado más espacio de matriz al espacio de CPU mientras que las APU competidoras de AMD han dedicado más espacio de matriz a los gráficos.

Pero Intel recientemente mostró otra variante, lo que llama gráficos GT3e, que agrega una segunda matriz con 128 MB de DRAM integrada al paquete que contiene la matriz Haswell, y está diseñada para acelerar el rendimiento de los gráficos. La semana pasada, Intel anunció que las versiones de mayor velocidad de los gráficos GT3 ahora se llamarán Iris, y aquellos con la DRAM integrada se llamarán Iris Pro, ya que Intel espera obtener alguna ventaja de marca de los nuevos niveles de gráficos.

En particular, la línea Haswell se segmentará con versiones con una pequeña cantidad de gráficos (GT1) llamados Gráficos HD; con los gráficos GT2 (equivalentes a la gama alta de la línea Ivy Bridge) llamados HD Graphics 4200 a 4600, dependiendo de la velocidad; con gráficos GT3 pero funcionando a 15 vatios llamado HD Graphics 5000; aquellas partes con gráficos GT3 que funcionen a 28 vatios o más ahora se llamarán Intel Iris Graphics 5100; y aquellos con los gráficos GT3e y gráficos integrados llamados Iris Pro 5200. (Intel nunca ha sido uno para nombrar simplicidad).

Los números de pieza de Intel siguen siendo complicados, pero tenga en cuenta que un número de pieza que comienza con 4 indica Haswell, mientras que uno que comienza con 3 indica Ivy Bridge. La compañía está utilizando MQ para indicar las partes estándar del portátil GT3 y HQ para indicar las partes que tienen la DRAM integrada.

Como parte del anuncio, Intel compartió los números de rendimiento de las nuevas piezas, mostrando mejoras significativas en el rendimiento en comparación con los procesadores existentes de la compañía. Intel mostró números que sugieren un rendimiento de Ultrabook de hasta 1.5 veces la generación anterior con aproximadamente el mismo consumo de energía (y el doble de rendimiento con un chip de mayor potencia destinado a portátiles ligeramente más grandes, aquellos con pantallas de 14 pulgadas y más grandes), dos veces los gráficos rendimiento en portátiles tradicionales, y casi tres veces el rendimiento en sistemas de escritorio.

Intel dice que los nuevos gráficos Iris e Iris Pro son comparables a las GPU discretas, y eso es un gran problema. (Como siempre, tomo todos los números de rendimiento con un grano de sal hasta que realmente puedo probar los productos). Estoy seguro de que todavía habrá partes de gráficos de escritorio discretos de alto rendimiento de AMD y Nvidia para aplicaciones de juegos y estaciones de trabajo, pero típicamente esas partes usan mucha potencia. En las computadoras portátiles de tamaño completo donde la envolvente de alimentación es mucho más pequeña, los gráficos integrados son más importantes, pero todavía ha habido un gran mercado para gráficos discretos. Intel parece estar apuntando a ese mercado. Los ultrabooks y otros portátiles delgados generalmente no han tenido el requisito de energía para ejecutar gráficos discretos, por lo que los gráficos mejorados en matriz son ciertamente bienvenidos.

Nueva microarquitectura del átomo de Intel

Sin embargo, en muchos aspectos, el mayor anuncio de Intel consideró su arquitectura de baja potencia, que está destinada a reemplazar la arquitectura utilizada en la arquitectura Atom actual de la compañía. La familia Atom es conocida principalmente por ser utilizada en dispositivos móviles, como tabletas y, en menor medida, en algunos teléfonos inteligentes. La nueva arquitectura, conocida como Silvermont, también está dirigida a una variedad de centros de datos y mercados integrados.

La arquitectura representa un gran cambio. En lugar del motor de ejecución en orden utilizado en versiones anteriores de la arquitectura Atom, incluida la arquitectura Saltwell utilizada en las versiones actuales de Atom de 32nm de la firma, Silvermont agrega un motor de ejecución fuera de orden, como se usa en los procesadores Intel Core y Xeon.. Esto debería mejorar significativamente el procesamiento de aplicaciones de un solo subproceso. Ofrece una nueva arquitectura de estructura del sistema, diseñada para escalar hasta ocho núcleos (muy probablemente para aplicaciones como micro servidores). Finalmente, agrega nuevas instrucciones (para equipararlas con las utilizadas en la versión Westmere de los procesadores Core) y nuevas tecnologías de seguridad y virtualización.

La nueva arquitectura tiene un diseño modular basado en módulos que contienen dos núcleos, 1 MB de caché L2 compartida (muy baja latencia, alto ancho de banda) y una interfaz dedicada punto a punto para el tejido SoC. Tenga en cuenta que esto reemplaza el concepto de subprocesamiento múltiple que Intel ha estado promoviendo en gran medida, y de hecho suena un poco como el enfoque modular de AMD utilizado en sus actuales chips de escritorio y servidor. (Intel, sin embargo, hizo todo lo posible para explicar que no era lo mismo; los módulos de AMD comparten más cosas, incluido el punto flotante). Los módulos se pueden combinar para incluir hasta ocho núcleos.

Para el consumo de energía, Intel dice que la nueva arquitectura permite un rango de potencia dinámico más amplio, y permite a cada núcleo su propia frecuencia independiente y administración de energía, lo que permite que cada uno se mueva hacia arriba y hacia abajo en rendimiento y consumo de energía. (En contraste con los procesadores móviles, esto es más parecido a lo que Qualcomm usa con sus núcleos Krait que la combinación más grande ARM big.LITTLE). También está diseñado con una administración de energía mejorada y una entrada y salida más rápida desde los modos de espera, características que son particularmente importantes en el mercado móvil

La compañía dice que puede ajustar mejor la potencia entre el núcleo de la CPU y otros elementos como los gráficos, lo que permite una implementación más sofisticada del modo ráfaga.

En general, Intel dice que la nueva arquitectura y un cambio al proceso FinCet SoC de 22nm de la empresa deberían permitir chips que ofrezcan un rendimiento hasta tres veces mayor o una potencia cinco veces menor que los chips Atom actuales. En general, Intel dijo que su doble núcleo "eficiente" puede superar a un procesador de cuatro núcleos actual ineficiente bajo restricciones de energía. (Nuevamente, como siempre, esperaré a que los productos juzguen esto).

Al igual que la línea Atom actual, es probable que la arquitectura Silvermont se use en una variedad de procesadores, que van desde aquellos destinados a dispositivos móviles hasta sistemas más grandes. Estos deberían incluir Avoton, dirigido a micro-servidores, Rangely dirigido a dispositivos de red, Merrifield dirigido a teléfonos inteligentes y Bay Trail dirigido a tabletas y convertibles. De estos, el más esperado es la plataforma Bay Trail de 22nm, que Intel espera tener en el mercado a tiempo para que las tabletas estén disponibles en la temporada navideña, con más detalles en breve.

En general, la arquitectura Silvermont suena como un gran paso adelante de la arquitectura Atom existente, y estoy particularmente intrigado por ver cómo Bay Trail, basado en esta arquitectura, realmente funciona. Hasta la fecha, ha habido una brecha de rendimiento notable entre la gama baja de la familia Core y los átomos de gama alta, pero parece que esta arquitectura realmente podría estar cerrando la brecha.

Conclusión: los gráficos y el poder definen la competencia

Todos los principales procesadores que ve hoy, ya sea un chip Intel o AMD destinado a computadoras de escritorio o portátiles o un chip basado en ARM dirigido a teléfonos inteligentes y tabletas, tienen múltiples núcleos de CPU, generalmente múltiples núcleos de GPU (excepto los chips de servidor), y todo tipo de otra lógica especializada, para cosas como procesamiento de imágenes, codificación y decodificación de video, y manejo de encriptación.

A medida que el proceso del chip se hace más pequeño, se pueden incluir más transistores en un solo chip. Pero qué características integrar (y cómo integrarlas) sigue siendo un diferenciador clave entre los proveedores de chips, al igual que el diseño específico y la microarquitectura de los mismos chips.

Estos anuncios muestran las compensaciones que Intel y AMD están haciendo, y estas deberían tener enormes implicaciones para la informática en los próximos años.

Para computadoras de escritorio y portátiles, Intel parece que no solo está tratando de alcanzar a AMD con el rendimiento gráfico incorporado al agregar más unidades de ejecución, sino que también está tratando de avanzar con características como DRAM integrada, aprovechando su tecnología de proceso dirigir. AMD tampoco se quedará quieto con sus gráficos, por lo que debería ser una combinación interesante. Mientras tanto, AMD está presionando para integrar mejor las características de gráficos y CPU, lo que podría dar como resultado una nueva forma de programación; eso lleva más tiempo, pero podría resultar increíblemente importante.

Por lo tanto, la batalla entre Kaveri de AMD y Haswell de Intel podría ser más interesante que la competencia Intel-AMD de los últimos años. Haswell ciertamente enviará primero. (Espero ver sistemas este verano, en comparación con principios del próximo año para Kaveri.) Nuevamente, esto es principalmente para computadoras de escritorio y portátiles convencionales. Los jugadores y los usuarios de estaciones de trabajo seguramente querrán emparejar cualquiera de los chips con soluciones gráficas discretas de AMD o Nvidia.

Para las tabletas y eventualmente los teléfonos, el enfoque de arquitectura de sistemas heterogéneos que AMD y otros están impulsando podría resultar aún más importante, aunque nuevamente tomará un tiempo ver si las aplicaciones realmente se aprovechan de eso. La nueva arquitectura de Intel debería hacerlo más competitivo en este espacio. Realmente parece un gran paso adelante, pero sus competidores también seguirán avanzando.

Tengo un poco de curiosidad por saber si cosas como la plataforma Bay Trail para Atom con sede en Silvermont realmente funcionan lo suficientemente rápido como para que comience a aparecer en las computadoras portátiles de gama baja más convencionales o incluso en las computadoras de escritorio. Las tabletas basadas en Atom de hoy en día ejecutan Windows razonablemente bien, y con las mejoras podría ser suficiente para muchos usuarios convencionales, incluso si va a la zaga del rendimiento de Haswell o Kaveri (o el actual Sandy Bridge de Intel y el actual Richmond de AMD para eso). importar).

Debería ser una competencia emocionante en el año que viene.