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效仿Arm?英特尔推出首款大小核处理器

半导体行业观察 ·2020-06-17 09:00·半导体行业观察
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来源:内容由半导体行业观察(ID:icbank)编译自「 wikichip 」,谢谢。


日前,英特尔发布了新一代的处理器Lakefield。关于性能上的提升,我们不去过多描述。我们来谈一下他们在设计上的改变。

据wikichip报道,Lakefield对于所引入的技术及其所带来的挑战也具有重要意义。

尽管异构多核芯片在移动领域并不是新事物,但在x86领域却是新事物。Lakefield是首批具有两种完全不同的核心体系结构的x86产品。其动机与Arm的big.LITTLE架构非常相似,可以利用高吞吐量的工作负载是的高能效内核享受更高的电源效率,而大型内核则可以达到峰值性能。同样,对于复杂的工作负载,强大的OoO核心可以在需要时提供更高的性能。至少从理论上讲,这种动机也应适用于其他类型的产品,例如同时提供高单线程性能和高吞吐量性能的服务器部件。Lakefield与Arm的传统big.LITTLE架构有所不同,因为Tremont核心绝非“小”(例如,A55)。它们是功能强大的乱序内核。但是,尽管它们的峰值性能有所下降,但它们确实提供了比英特尔大内核更好的性能/性能。


除了硬件之外,还需要 advanced scheduling 才能做到这一点。有趣的是,根据SoC提供的反馈,Windows能够很好地迁移工作负载。如果英特尔希望在更多产品组合中使用该技术,那么正确实现这一点至关重要。话虽如此,Lakefield还是做了妥协。为了简化流程迁移,Tremont内核和Sunny Cove内核都减少到具有对称ISA支持的最小公分母。这意味着Sunny Cove核心上不支持AVX,AVX2和AVX512(Ice Lake中 Sunny Cove核心的一大优势)。尽管它使内核之间的工作负载迁移变得简单,但它错过了过去十年中引入的许多出色的矢量指令。

在2009年的HPCA论文中,英特尔提出了许多算法和操作系统增强功能,这些功能和增强功能将允许具有重叠但不相同的指令集的异构内核正常工作。这种支持可能使将来的Lakefield芯片在小内核上最多支持SSE 4.1,同时在大内核上提供完整的AVX512支持。

在英特尔2018年架构日,为Tremont的后继者Gracemont提到的路线图要点之一是“ Vector Performance”。矢量性能可能意味着许多不同的事物,并且可能的选择是AVX支持。在小型内核上引入AVX有点奇怪,但是它将对所有内核的ISA支持升级到他们选择支持的任何AVX扩展。


Tremont上没有大的矢量支持,这是核心占用极少硅面积的部分原因。实际上,按照他们目前的设计,整个Tremont集群的大小几乎与单个Sunny Cove核心的大小相同。四核Tremont集群应接近或可比四核Haswell组的整数性能,同时提供更高的功率效率。这些是相当不错的PPA数字。Lakefield的整个计算芯片仅占82平方毫米,采用最新的第二代(10nm +)工艺封装了40.5亿个晶体管。


Lakefield封装是另一个亮点。该芯片利用英特尔的Foveros技术将计算芯片3D堆叠到基本芯片上。为了利用公司最新的高密度高性能晶体管,计算芯片在10nm +上制造,而基础芯片则在22FFL上制造。


22FFL是英特尔公司对成本敏感的低功耗工艺,可用于制造许多待机逻辑电路和其他可从低泄漏晶体管中受益的模拟I / O电路。例如,在Lakefield,所有PCIe PHY已从计算芯片移至基本芯片。Lakefield的基础裸片比计算裸片稍大,仅占92mm²,封装了6.5亿个晶体管。


散热是3D堆叠中的一个巨大的挑战。这不仅仅因为Lakefield可以做到7 W的功耗表现,其实这个问题没有产品都无法幸免。如果要在高性能应用中引入3D堆叠,必须进行优化以实现更好的散热效果。而Lakefield已经引入了许多优化措施来帮助散热。鉴于Lakefield的计算芯片有效地夹在POP内存和基础芯片之间,因此确保热量能够有效地释放计算芯片的性能显得非常重要。

在这些技术中,英特尔推出了一种新的热粘合流程,旨在消除计算芯片和DRAM内存之间的热气。另外,为了确保适当缓解热点,许多物理设计工作也投入到了工作中。厚金属层也用于改善导热性。们希望在封装和硅片上看到更多此类优化,以改善未来器件的散热空间。


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