Mentre il 2018 nel mondo dei processori è stato caratterizzato principalmente da sviluppi evolutivi e limitazione dei danni, nel 2019 vogliono fare di nuovo grandi salti. AMD sta arrivando con Zen 2 e 64 core di processore, Intel finalmente con una nuova architettura di processore. La tendenza qui è verso i processori modulari.
Sia Intel che AMD hanno portato sul mercato processori nel 2018 che erano principalmente basati su architetture di processori esistenti con più core e miglioramenti nei dettagli. Inoltre, gli sviluppatori erano impegnati a prendere misure contro possibili attacchi resi possibili dall'esecuzione speculativa delle istruzioni. Praticamente tutti i processori moderni erano suscettibili alle varie falle di Spectre, Intel ha anche dovuto affrontare l'attacco Meltdown. Anche se questo non è ancora del tutto finito, i prossimi processori saranno probabilmente dotati di modifiche hardware per proteggere da questi attacchi, che non costeranno poi così tanto in termini di prestazioni come le attuali correzioni di software e firmware. Il 2019, d'altra parte, dovrebbe finalmente portare al mondo dei computer grandi salti nell'architettura dei processori e nella produzione. Intel in particolare ha molto da recuperare. Ma anche AMD ha molti assi nella manica.
Le strade di AMD portano a Roma
Dopo un lungo periodo di siccità, AMD è riuscita a recuperare terreno sul suo grande concorrente con Zen. Con i vari modelli Ryzen, l'azienda ha di nuovo in stock processori competitivi per PC e notebook. Con le CPU Epyc, il ritorno al data center e ai fornitori di cloud è un successo. All'evento Next Horizon, il produttore ha dato un assaggio dei suoi piani per il 2019 e oltre.
Codenominato "Rome", il processore server Epyc di prossima generazione è destinato a essere lanciato nel 2019. È basato sulla microarchitettura Zen 2 e raddoppia il numero di core del processore rispetto all'attuale Epyc da 32 a 64 e il numero di thread a 128. Il nuovo processore consiste ancora una volta in diverse matrici su un pacchetto comune. Tuttavia, AMD sta adottando un approccio diverso con Rome rispetto al passato: il processore a 64 core è composto da otto moduli CPU, che AMD chiama "chiplet", e un modulo I/O centrale con otto canali di memoria. Tra le altre cose, questo design ha lo scopo di garantire che la latenza degli accessi alla memoria sia la stessa per tutti i core. La connessione tra i chiplet e il die I/O è gestita da Infinity Fabric di AMD, un ulteriore sviluppo di HyperTransport.
I chip sono prodotti da TSMC in un processo a 7nm. Un processo a 14 nanometri è usato per il die I/O. Si dice che Global Foundries sia il produttore qui. Oltre al maggior numero di core in una CPU x86, Rome sarà anche il primo processore server a supportare PCI-Express 4.0. Il PCIe 4.0 dovrebbe raddoppiare la velocità del PCIe 3.0. Secondo AMD, il processore offre un totale di 128 corsie, che sono probabilmente divise tra gli otto chiplet. Il produttore non ha ancora fornito alcun dettaglio. In una configurazione a doppio processore, 64 corsie ciascuno sono utilizzate per collegare le CPU tramite Infinity Fabric. Secondo Mark Papermaster, CTO e Senior Vice President of Technology and Engineering di AMD, i singoli core avranno anche una pipeline di esecuzione migliorata. Ci sono anche miglioramenti nella previsione dei salti, nel prefetching delle istruzioni e in una cache micro-op allargata. Rispetto all'attuale Epyc, Papermaster promette anche un quadruplicamento delle prestazioni in virgola mobile, poiché la microarchitettura Zen 2 aumenta l'unità load-store e le unità di esecuzione della FPU da 128 a 256 bit. Inoltre, i cambiamenti nell'hardware dovrebbero rendere i processori Zen-2 immuni agli attacchi Spectre anche senza aggiornamenti del microcodice.
Separare il processore in singoli chiplet della CPU e un dispositivo I/O dà ad AMD più flessibilità e costi di produzione più bassi. Solo le matrici relativamente piccole della CPU sono prodotte nel costoso processo a 7 nm, mentre le matrici di I/O meno critiche per le prestazioni sono prodotte in un processo a 14 nm, collaudato ed economico. Le CPU con meno core, per esempio per i PC desktop, possono essere facilmente assemblate da un numero minore di chiplet e da un die I/O più piccolo. Questo sarà il caso della terza generazione di processori desktop Ryzen. Al CES di Las Vegas, il CEO di AMD Lisa Su ha dato una prima anteprima del processore socket AM4, che è stato sviluppato con il nome in codice "Matisse" e sarà presentato ufficialmente a metà anno. Diventerà la prima CPU desktop con supporto PCI Express 4.0. Alla fiera, un processore di pre-produzione con otto core e una velocità di clock non rivelata ha fornito prestazioni simili al Core i7-9900K a otto core di Intel nel benchmark di ray-tracing Cinebench 15, ma con un consumo energetico inferiore del 30 per cento. Questo suggerisce che i miglioramenti nella microarchitettura stanno producendo il risultato desiderato e che anche il processo a 7 nanometri di TSMC sta lavorando bene.
Picasso per i notebook
Al contrario, la seconda generazione di processori Ryzen per notebook presentata al CES, nome in codice "Picasso" non è ancora modulare, ma un die-shrink dei precedenti processori mobili Ryzen 2000 da 14 a 12 nanometri, migliorato nei dettagli. I nuovi processori Ryzen 3000 con due o quattro core Zen+ e unità grafica Radeon Vega integrata continueranno ad essere offerti come variante U con TDP di 15 watt e recentemente come versione più potente Ryzen 5 o Ryzen 7 H con TDP di 35 watt. È usato in combinazione con una scheda grafica dedicata, per esempio nei notebook da gioco. Il modello entry-level della famiglia Picasso è l'Athlon 300U, in principio un Ryzen 3 3200U con frequenza di clock ridotta. I processori AMD A6-9220C e AMD A4-9120C appena introdotti per i Chromebook sono ancora APU con moduli di scavo a 28nm dell'era prima dei core Zen, anche se con TDP di sei watt. I primi Chromebook con processori AMD sono l'Acer Chromebook 315 e l'HP Chromebook 14
Radeon Instinct per il Datacenter
Le GPU Vega sulle schede acceleratrici per datacenter AMD Radeon Instinct MI60 e MI50 sono prodotte con un processo a 7nm a TSMC, proprio come i core Zen 2. Con loro, AMD vuole raggiungere Nvidia nelle schede acceleratrici per HPC e AI, che l'azienda ha guadagnato con Tesla. Le schede AMD supportano gli attuali framework di deep learning come TensorFlow e PyTorch. La piattaforma software HPC aperta ROCm è disponibile in una versione migliorata per abbinare le schede. Con la loro interfaccia PCIe 4.0, le schede Radeon Instinct dovrebbero anche funzionare in modo ottimale con i nuovi processori Epyc. Le schede sono basate sull'architettura Vega e sono dotate di HBM2 come memoria. Il MI60 viene fornito con 32 GB di memoria ECC, il MI60 con 16 GB. Secondo AMD, le schede Radeon Instinct sono anche le uniche GPU con virtualizzazione hardware.
Intel: Sun and Ice
Anche se Intel è vista da molti osservatori come in declino: L'azienda sta ancora guadagnando splendidamente. AMD gioca solo un ruolo minore nei processori per notebook e convertibili, ed Epyc sta anche lentamente prendendo velocità nel mercato dei server. Tuttavia, Intel ha un problema. L'azienda è diventata troppo abituata ad avere il mercato dei processori x86 in tasca e ha spostato il suo interesse verso nuove aree di business come gli indossabili o i droni. Allo stesso tempo, il produttore ha detto addio al modello tick-tock e ha continuato a consegnare nuove varianti dei suoi processori a 14 nanometri con più core e per il resto solo miglioramenti graduali.
L'ultima volta al CES, Intel ha presentato una serie di processori Core con una GPU disattivata, che arrivano sul mercato come modelli F e KF, rispettivamente, e sono destinati principalmente a rivolgersi alla comunità dei giocatori, per i quali un'unità grafica integrata è comunque superflua. Tuttavia, i processori senza GPU non offrono una frequenza di clock più alta, e solo il Core i3-9350KF è davvero nuovo come il primo Core i3 con Turbo Boost. Intel non è ancora riuscita a mettere in piedi una produzione stabile di processori a 10 nm. Probabilmente solo poche CPU Cannon Lake come il Core i3-8121U sono state prodotte e il progetto è stato probabilmente sepolto. Ciò significa che la produzione di massa a 10 nanometri arriverà solo con "Ice Lake", i processori mobili Core U e CoreY basati sulla nuova microarchitettura Sunny Cove prevista per la fine del 2019. Il processo a 10-nm dovrebbe permettere a Intel di raggiungere larghezze di struttura simili al processo a 7-nm di TSMC. Più tardi, seguiranno i processori desktop e, nel 2020, i processori Xeon della famiglia Ice Lake.
Nel caso dei processori Xeon, due passi intermedi di 14 nanometri saranno fatti quest'anno, prima con Cascade Lake e poi con Cooper Lake. In questi, Intel vuole integrare funzioni specifiche per l'accelerazione dei carichi di lavoro AI, che si riassumono sotto il nome di "DL Boost". Cascade Lake ha fino a 48 core e 12 canali di memoria. Supporterà anche Intel Optane DC Persistent Memory, che è la memoria Optane sotto forma di DIMM compatibili con i pin DDR4. Sotto il nome di "Snow Ridge", il produttore sta lavorando su un SoC a 10 nanometri destinato alle stazioni base 5G e all'edge computing
Intel utilizza il processo a 10 nanometri nelle CPU con architettura Sunny Cove per ospitare più transistor sul die. Sunny Cove porta una cache dati di livello 1 più grande del 50 per cento, una cache Leve 2 allargata e una cache micro-op che è progettata per contenere più delle precedenti 2.048 voci. Inoltre, ci sono dieci porte di esecuzione invece delle otto precedenti, per poter elaborare più istruzioni per clock. Agli Architecture Days di dicembre, il produttore di chip ha anche tenuto la prospettiva di miglioramenti dell'architettura per Sunny Cove. Oltre a DL Boost per l'AI, Intel menziona anche funzioni di crittografia. Il controller di memoria supporta la più veloce memoria LPDDR4X. L'unità grafica integrata nel processore Ice Lake diventerà significativamente più veloce rispetto agli attuali processori Kaby Lake e Coffee Lake. Con 64 invece delle precedenti 24 unità di esecuzione, si suppone che fornisca una prestazione di calcolo di più di un teraflop. Inoltre, ci sono capacità come il Tile Based Rendering - Intel è un ritardatario qui - o il supporto per Adaptive Sync e HDR. A livello di chipset, l'integrazione di Tunderbolt 3 e 802.11ax è in programma per Ice Lake.
Con Foveros nella terza dimensione
Intel ha già fatto i primi passi verso processori modulari da diversi chiplet con l'Embedded Multi-Die Interconnect Bridge (EMIB). È utilizzato per l'integrazione di FPGA su un processore x86 o l'accoppiamento del processore Intel Core e della GPU AMD Radeon nei processori Kaby Lake G. Il progetto "Foveros" fa ora il passo nella terza dimensione impilando i chiplet. In questo processo, diversi tipi di chiplet con diversi processi di fabbricazione devono essere combinati per diversi compiti del processore. Gli esempi sono CPU ad alte prestazioni, processori AI, CPU molto economiche, FPGA, memorie, sensori o chiplet di reti radio.
Il primo hardware basato su Foveros è stato mostrato da Intel al CES con la piattaforma client "Lakefield" con un processore ibrido. Combina un chiplet Sunny Cove da 10 nm, un quad-core atom della prossima generazione Tremont e la memoria principale in un pacchetto 3D. Questo permette agli sviluppatori di costruire una scheda madre molto piccola che lascia molto spazio per la batteria anche nei computer portatili compatti 2-in-1.
Con Lakefield, Intel riprende il concetto big.LITTLE comune ai processori ARM, che combina core lenti ma molto economici per compiti di routine e standby collegati con core veloci per applicazioni più esigenti. Un modello LTE o più tardi anche 5G è anche probabile che faccia parte dell'equipaggiamento dei computer mobili con il nuovo processore ibrido. Con questo concetto, Intel risponde ai PC sempre connessi con CPU ARM lanciati congiuntamente da Qualcomm e Microsoft.
Qualcomm e Windows on ARM
Siccome il business degli smartphone non sta più crescendo in modo significativo, il business dei tablet ARM è addirittura in declino e la concorrenza dei produttori cinesi ARM sta diventando più forte, il chipmaker statunitense sta mettendo i suoi SoC ARM nei notebook 2-in-1 Windows. Si suppone che offrano un tempo di standby collegato estremamente lungo e anche che durino più a lungo in funzionamento lontano dalla presa di corrente rispetto a dispositivi comparabili con processori x86. Inoltre, un modem LTE è già integrato nei SoC Snapdragon. Microsoft supporta Qualcomm con la propria versione di Windows 10 per i processori ARM. Il sistema operativo e le applicazioni universali girano nativamente sul processore ARM. Uno strato di emulazione x86 è responsabile dei programmi convenzionali di Windows, ma solo i programmi a 32 bit girano su di esso. I primi dispositivi con Snapdragon 835 non sono stati convincenti perché le prestazioni dell'emulazione lasciano molto a desiderare. Le prestazioni dei dispositivi con il più potente Snapdragon 850 sono un po' migliori, ma ancora non ottimali.
Lo Snapdragon 8cx dovrebbe fornire un aumento significativo delle prestazioni con un consumo energetico comunque basso. Sarà il primo processore per notebook a 7nm e non è destinato a sostituire lo Snapdragon 850, ma a completarlo come modello di punta. Sul SoC si trova una CPU Kryo 495 con otto core a 64 bit e costruzione big.LITTLE. Ha una cache più grande della Kryo-385 dello Snapdagon 850. La GPU Adreno-680 dovrebbe fornire il doppio delle prestazioni dell'unità grafica dello Snapdragon 850. Inoltre, lo Snapdragon 8cx dovrebbe supportare fino a 16 GR di RAM e SSD NVMe. Il modem LTE integrato dovrebbe fornire velocità di trasmissione dati di due Gbps, una successiva espansione al 5G dovrebbe essere possibile con un modem aggiuntivo.