أيه إم دي وإنتل تفتح رسومات الجبهة في معركة المعالج

في سلسلة من الإعلانات الأخيرة ، كشفت Intel و AMD بشكل منفصل عن العديد من التغييرات المهمة في بنيات معالجات x86 ، والتي تعد بتحويل الطريقة التي سيتم بها استخدام معالجات x86 خلال السنوات القليلة المقبلة.

في الأسبوع الماضي ، أعلنت AMD عن بنية ذاكرة جديدة تهدف إلى تقريب حوسبة وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات. كشفت إنتل عن تركيز جديد على تحسين وضعها في رسومات الكمبيوتر التقليدية. بالأمس ، أعلنت Intel عن إصدار جديد تمامًا من البنية الدقيقة لسلسلة معالجات Atom الخاصة بها ، والتي من شأنها أن تجعل تلك الرقائق أكثر قوة وقد تسد الفجوة بين Atom ومجموعة المعالجات الأساسية للشركة الأكثر شيوعًا.

AMD العمارة الذاكرة الجديدة

لم يكن إعلان AMD حول ما يطلق عليه الوصول غير المتجانس للذاكرة الموحدة (hUMA) مفاجأة كبيرة ، حيث كانت الشركة تتحدث عن هندسة النظم غير المتجانسة (HSA) لفترة طويلة.

هذا المبدأ سهل جدا. حتى في شريحة بها كل من وحدة المعالجة المركزية ومعالجة الرسومات (GPU) على نفس القالب ، كما في وحدات المعالجة المتسارعة من AMD (APUs) ، ظلت الذاكرة المستخدمة من قبل وحدة المعالجة المركزية والرسومات في تجمعات منفصلة. بينما توجد نفس الذاكرة فعليًا ، تستخدم وحدة المعالجة المركزية ووحدة معالجة الرسومات مؤشرات مختلفة للذاكرة. لاستخدام GPU للحوسبة ، يجب أن يقوم البرنامج بنسخ البيانات من جزء الذاكرة المستخدم من قبل وحدة المعالجة المركزية إلى الجزء الذي تستخدمه الرسومات ، والقيام بالحساب ، ونسخه مرة أخرى. كل هذا يستغرق وقتا. مع وجود نظام ذاكرة موحد حقيقي يتضمن رسومات ، لن يكون ذلك ضروريًا.

تقوم AMD بدفع هذا كجزء من HSA Foundation ، التي تضم ARM و Qualcomm و Samsung و Texas Instruments و MediaTek و Imagination. على وجه الخصوص ، يستخدم هذا النهج وقت تشغيل البرنامج المعروف باسم HSAIL ومجموعة من الواجهات للتطبيقات المتسارعة HSA.

قام AMD هذا الأسبوع بتفصيل كيف يمكن لوحدة المعالجة المركزية (CPU) و GPU (وحدة معالجة الرسومات) في هيكلها التخصيصي تخصيص ذاكرة من مساحة الذاكرة بالكامل واستخدامها مع نظام العنونة الافتراضية نفسه. ستكون الذاكرة متماسكة ثنائية الاتجاه ، لذا فإن أي عملية تحديث للذاكرة يتم إجراؤها بواسطة وحدة المعالجة المركزية أو وحدة معالجة الرسومات (GPU) ستظهر بواسطة عناصر المعالجة الأخرى. ستدعم وحدة معالجة الرسومات (GPU) الآن الذاكرة القابلة للتصفح ، مع الصفحات الافتراضية ، بحيث يمكنها العمل مع مجموعات البيانات الأكبر (طريقة عمل وحدات المعالجة المركزية حاليًا). والفكرة هي أن وحدة المعالجة المركزية و GPU يمكن أن تعمل معا بشكل أكثر كفاءة. قالت AMD إن المطورين سيكونون قادرين على كتابة التطبيقات المعجزة بـ HSA باستخدام لغات البرمجة القياسية مثل Python و C ++ و Java.

AMD ليست الشركة الوحيدة التي ترى أن الحوسبة غير المتجانسة مهمة كما أن مؤسسة HSA لديها منافسون لها. لقد كانت Nvidia مؤيدًا كبيرًا لما كانت تستخدمه للاتصال بـ GP-GPU ، ودفع واجهات برمجة التطبيقات CUDA ، ووعد بأن إصدارًا مستقبلاً من معالجات الرسومات الخاصة به سيدعم الذاكرة الموحدة. لدى العديد من منصات البرامج الكبيرة بدائلها الخاصة: ملحقات DirectCompute من Microsoft إلى DirectX لأجهزة GP-GPU و Google Renderscript API للحوسبة غير المتجانسة. ربما الأهم من ذلك ، مجموعة خرونوس ، كونسورتيوم الصناعة ، يعزز معيار OpenCL.

سيكون السؤال الكبير هو أي من هذه المعايير ستجذب المطورين. سيكون أول معالج من AMD يدعم hUMA هو معالج Kaveri الخاص به ، والمقرر أن يتم شحنها بحلول نهاية عام 2013 (على الرغم من أن ذلك لن يحدث في الأنظمة حتى أوائل العام المقبل). توفر AMD أيضًا APU لـ PlayStation 4 ، ويُشاع على نطاق واسع أنها تزود APU للجيل القادم من أجهزة Xbox أيضًا. يبدو من المحتمل أن الأعضاء الآخرين في مؤسسة HSA يمكنهم استخدام هندسة hUMA أيضًا ، على الرغم من أنه لم يعلن أي منهم بعد عن أي من هذه التصميمات. معًا ، قد يكون هذا كافيًا لإنشاء كتلة حرجة للمطورين وللأدوات ، وإذا كان الأمر كذلك ، فقد يتحول هذا إلى أهمية كبيرة.

إنتل يضاعف الرسوم على هاسويل

في أواخر الأسبوع الماضي ، كشفت إنتل عن مزيد من التفاصيل حول معالجها للجيل الرابع من الجيل الرابع ، وهو منتج 22nm يعرف باسم Haswell. سبق أن كشفت إنتل عن عدد من الميزات الجديدة لـ Haswell بما في ذلك إرشادات AVX2 الجديدة للعمل مع الموجهات الصحيحة الأكبر وتعليمات الإضافة المتعددة المضاعفة (FMA) للنقطة العائمة. هذه أشياء لا يُرجح أن يراها المستخدمون النهائيون ، إلا فيما يتعلق بتحسين الأداء في أعباء العمل المتخصصة إلى حد ما.

إن الشيء الأكثر إثارة للاهتمام حول الإعلان الجديد هو التركيز على الرسومات ، وهي مجال يتمتع فيه المتنافسان AMD و Nvidia بالتأكيد.

لكن إنتل تتخذ بعض الخطوات الكبيرة مع معالجات Haswell. قالت إنتل منذ فترة طويلة إنها ستضيف المزيد من الرسومات للموت لبعض طرازات Haswell ، بما في ذلك إصدار متطور يعرف باسم GT3. بشكل فعال ، هذه مجرد وحدات إضافية لتعليم الرسومات ، أعلى من المبالغ في معالجات Ivy Bridge الحالية. هذا بحد ذاته تغيير كبير بالنظر إلى أن Intel قد خصصت في منتجاتها عادة مساحة أكبر لوحدة المعالجة المركزية بينما خصصت وحدات APU المنافسة من AMD مساحة أكبر للرسومات.

لكن إنتل أظهرت مؤخراً متغيرًا آخر ، وهو ما تسميه رسومات GT3e ، والتي تضيف ملفًا ثانيًا يحتوي على ذاكرة وصول عشوائي (DRAM) مدمجة 128 ميجابايت إلى الحزمة التي تحتوي على يموت Haswell ، وهو مصمم لتسريع أداء الرسومات. في الأسبوع الماضي ، أعلنت Intel عن إطلاق إصدارات عالية السرعة من رسومات GT3 على Iris ، وسيتم تسمية تلك التي تحتوي على DRAM المضمن Iris Pro ، حيث تأمل Intel في الحصول على بعض ميزات العلامة التجارية لمستويات الرسومات الجديدة.

على وجه الخصوص ، سيتم تجزئة خط Haswell مع إصدارات تحتوي على كمية صغيرة من الرسومات (GT1) تسمى HD Graphics ؛ مع الرسومات GT2 (أي ما يعادل الراقية من خط Ivy Bridge) تسمى HD Graphics 4200 إلى 4600 ، اعتمادا على السرعة ؛ مع رسومات GT3 ولكن تعمل بسرعة 15 واط تسمى HD Graphics 5000 ؛ ستتم الآن تسمية تلك الأجزاء التي تحتوي على رسومات GT3 بسرعة 28 واط فما فوق Intel Iris Graphics 5100؛ وتلك التي تحتوي على رسومات GT3e والرسومات المدمجة التي تسمى Iris Pro 5200. (لم تكن Intel أبدًا واحدة لتسمية البساطة.)

تظل أرقام أجزاء Intel معقدة ، لكن لاحظ أن رقم الجزء الذي يبدأ بـ 4 يشير إلى Haswell بينما يشير الرقم الذي يبدأ بـ 3 إلى Ivy Bridge. تستخدم الشركة MQ للإشارة إلى أجزاء دفتر GT3 القياسية و HQ للإشارة إلى الأجزاء التي تحتوي على DRAM مضمن.

كجزء من الإعلان ، شاركت Intel في أرقام الأداء للأجزاء الجديدة ، مما يدل على تحسن كبير في الأداء مقارنة بمعالجات الشركة الحالية. عرضت شركة Intel أرقامًا تقترح أداء Ultrabook يصل إلى 1.5 ضعف الجيل السابق بنفس استهلاك الطاقة تقريبًا (وضِعف الأداء مع شريحة أعلى من القوة وتستهدف أجهزة الكمبيوتر المحمولة الأكبر حجمًا ، وتلك التي تضم 14 بوصة وشاشات أكبر) ، ومضاعفة الرسومات الأداء على أجهزة الكمبيوتر المحمولة التقليدية ، وما يقرب من ثلاثة أضعاف الأداء على أنظمة سطح المكتب.

تقول Intel إن رسومات Iris و Iris Pro الجديدة قابلة للمقارنة مع وحدات معالجة الرسومات المنفصلة ، وهذه مشكلة كبيرة. (كما هو الحال دائمًا ، آخذ جميع أرقام الأداء مع حبة ملح حتى أتمكن من اختبار المنتجات فعليًا). أنا متأكد من أنه ستظل هناك أجزاء رسومات سطح مكتب منفصلة عالية الأداء من AMD و Nvidia لتطبيقات الألعاب ومحطات العمل ، ولكن عادة ما تستخدم هذه الأجزاء الكثير من الطاقة. في أجهزة الكمبيوتر المحمولة ذات الحجم الكامل حيث يكون غلاف الطاقة أصغر بكثير ، تعد الرسومات الموجودة على الشاشة أكثر أهمية ولكن لا يزال هناك سوق كبير للرسومات المنفصلة. يبدو أن إنتل تستهدف هذا السوق. Ultrabooks وغيرها من أجهزة الكمبيوتر المحمولة رقيقة عادة ما لم يكن لديك متطلبات الطاقة لتشغيل الرسومات المنفصلة ، لذلك الرسومات المحسنة على الموت هي بالتأكيد موضع ترحيب.

إنتل أتوم الجديدة

في كثير من النواحي ، على الرغم من أن أكبر إعلان أصدرته شركة إنتل يتعلق ببنية الطاقة المنخفضة ، والتي تهدف إلى استبدال البنية المستخدمة في هندسة Atom الحالية للشركة. تشتهر عائلة Atom في الغالب باستخدامها في الأجهزة المحمولة ، مثل الأجهزة اللوحية وبدرجة أقل عدد قليل من الهواتف الذكية. ويهدف الهيكل الجديد ، المعروف باسم Silvermont ، أيضًا إلى مجموعة متنوعة من مراكز البيانات والأسواق المدمجة.

الهندسة المعمارية يمثل تغييرا كبيرا. بدلاً من محرك التنفيذ الداخلي المستخدم في الإصدارات السابقة من هندسة Atom ، بما في ذلك بنية Saltwell المستخدمة في إصدارات الشركة الحالية 32nm Atom ، يضيف Silvermont محرك تنفيذ خارج الترتيب ، كما هو مستخدم في معالجات Intel Core و Xeon. هذا يجب أن يحسن بشكل كبير معالجة التطبيق المفرد مترابطة. يوفر بنية جديدة لنظام النسيج ، مصممة لتوسيع نطاق يصل إلى ثمانية مراكز (على الأرجح للتطبيقات مثل الخوادم الصغيرة). أخيرًا ، فإنه يضيف تعليمات جديدة (لجعله على قدم المساواة مع تلك المستخدمة في إصدار Westmere من معالجات Core) ، وتقنيات الأمان والمحاكاة الافتراضية الجديدة.

يحتوي الهيكل الجديد على تصميم معياري يستند إلى وحدات تحتوي على اثنين من النوى ، وذاكرة تخزين مؤقت L2 مشتركة تبلغ 1 ميجابايت (زمن استجابة منخفض للغاية ، وعرض نطاق ترددي مرتفع) ، وواجهة مخصصة من نقطة إلى نقطة لنسيج SoC. لاحظ أن هذا يحل محل مفهوم الترابط المتعدد الذي كانت إنتل تروج له بشدة ، وفي الواقع يبدو قليلاً مثل أسلوب AMD المعياري المستخدم في رقائق سطح المكتب والخادم الحالية. (على الرغم من ذلك ، فشلت Intel في شرح أنها ليست نفس الشيء ؛ حيث تشترك وحدات AMD في المزيد من الأشياء بما في ذلك النقطة العائمة.) يمكن دمج الوحدات لتشمل ما يصل إلى ثمانية مراكز.

بالنسبة لاستهلاك الطاقة ، تقول Intel أن البنية الجديدة تتيح نطاق طاقة ديناميكيًا أوسع ، وتتيح لكل نواة إدارة التردد والطاقة المستقلة الخاصة به ، مما يتيح لكل حركة التحرك صعودًا وهبوطًا في الأداء وسحب الطاقة. (على النقيض من معالجات الأجهزة المحمولة ، يشبه هذا الأمر ما تستخدمه كوالكوم مع نوى Krait الخاصة به أكثر من مجموعة ARM الكبيرة. LITTLE القياسية.) إنه مصمم أيضًا مع إدارة محسنة للطاقة وإمكانية الدخول والخروج بشكل أسرع من أوضاع الانتظار ، وهي ميزات ذات أهمية خاصة في سوق الهاتف المحمول.

تقول الشركة إنها تستطيع ضبط الطاقة بشكل أفضل بين وحدة المعالجة المركزية والعناصر الأخرى مثل الرسومات ، مما يسمح بتنفيذ أكثر تطوراً لوضع الاندفاع.

بشكل عام ، تقول إنتل إن البنية الجديدة والانتقال إلى عملية FinFet SoC التي تبلغ 22nm في الشركة يجب أن تسمح للرقائق التي تقدم أداء أعلى بثلاثة أضعاف أو طاقة أقل بخمس مرات من رقائق Atom الحالية. بشكل عام ، قالت إنتل إن ثنائي النواة "الفعال" الخاص بها يمكن أن يتفوق على معالج رباعي النواة الحالي غير فعال في ظل قيود الطاقة. (مرة أخرى ، كما هو الحال دائمًا ، سأنتظر حتى يتم الحكم على المنتجات.)

مثل خط Atom الحالي ، من المرجح أن يتم استخدام بنية Silvermont في مجموعة متنوعة من المعالجات ، بدءًا من المعالجات الموجهة إلى الأجهزة المحمولة والأنظمة الأكبر حجمًا. وينبغي أن تشمل هذه Avoton ، التي تستهدف الخوادم الصغيرة ، Rangely التي تستهدف أجهزة الشبكة ، Merrifield التي تستهدف الهواتف الذكية ، و Bay Trail التي تستهدف الأجهزة اللوحية والمكشوفة. من بين هذه ، معظمها الذي طال انتظاره هو منصة 22nm Bay Trail ، التي تتوقع إنتل طرحها في السوق في الوقت المناسب لتتوفر الأجهزة اللوحية بحلول موسم العطلات ، مع المزيد من التفاصيل قريباً.

بشكل عام ، تبدو بنية Silvermont بمثابة خطوة كبيرة من بنية Atom الحالية ، وأنا مفتون بشكل خاص لرؤية أداء Bay Trail ، بناءً على هذه البنية ، فعليًا. حتى الآن ، كانت هناك فجوة ملحوظة في الأداء بين النهاية المنخفضة لعائلة Core والذرات المتطورة ، ولكن يبدو أن هذا الهيكل قد يسد الفجوة بالفعل.

الاستنتاج: الرسومات و Power Define Competition

كل معالج رئيسي تراه اليوم - سواء كانت شريحة Intel أو AMD موجهة إلى أجهزة سطح المكتب أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة أو شريحة تعتمد على ARM تهدف إلى الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية - يحتوي على عدة نوى من وحدات المعالجة المركزية (CPU) ، وعادة ما تكون نوى GPU متعددة (باستثناء شرائح الخادم) ، وجميع أنواع منطق متخصص آخر ، لأشياء مثل معالجة الصور ، ترميز الفيديو وفك التشفير ، ومعالجة التشفير.

عندما تصبح عملية الرقائق أصغر ، يمكن تضمين المزيد من الترانزستورات على شريحة واحدة. ولكن ما هي الميزات التي يجب دمجها (وكيفية دمجها) تظل تميزًا رئيسيًا بين بائعي الرقاقة ، كما يفعل التصميم المحدد والبنية الدقيقة للرقائق نفسها.

تُظهر هذه الإعلانات المفاضلات التي تقوم بها Intel و AMD ، وينبغي أن يكون لها آثار كبيرة على الحوسبة على مدار السنوات القليلة القادمة.

بالنسبة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة ، تبدو إنتل وكأنها لا تحاول فقط الوصول إلى AMD بأداء رسومات مدمج من خلال إضافة المزيد من وحدات التنفيذ ، ولكن أيضًا محاولة المضي قدمًا بميزات مثل DRAM مضمن ، والاستفادة من تقنية المعالجة الخاصة بها قيادة. لن تبقى AMD ثابتة مع رسوماتها أيضًا ، لذلك ينبغي أن تقابلها ميزة مثيرة للاهتمام. وفي الوقت نفسه ، تسعى AMD جاهدة لتحسين تكامل ميزات الرسومات ووحدة المعالجة المركزية بشكل أفضل ، مما قد يؤدي إلى طريقة جديدة للبرمجة ؛ هذا يستغرق وقتًا أطول ، ولكن قد يتحول إلى أهمية لا تصدق.

وبالتالي ، قد تكون المعركة بين AMD's Kaveri و Intel من Haswell أكثر إثارة من مسابقة Intel-AMD في السنوات القليلة الماضية. هاسويل سوف السفينة بالتأكيد أولا. (أتوقع أن أرى أنظمة هذا الصيف ، مقابل أوائل العام المقبل لكافيري.) مرة أخرى ، هذا هو في الغالب لأجهزة الكمبيوتر المكتبية السائدة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة. لا يزال اللاعبون ومستخدمو محطة العمل يريدون بلا شك إقران إما رقاقة مع حلول رسومات منفصلة من AMD أو Nvidia.

بالنسبة للأجهزة اللوحية والهواتف التي يحتمل أن تكون في نهاية المطاف ، يمكن أن يكون نهج هندسة النظم غير المتجانسة الذي تضغط عليه AMD وآخرون أكثر أهمية ، على الرغم من أن الأمر سيستغرق بعض الوقت لمعرفة ما إذا كانت التطبيقات تستفيد بالفعل من ذلك. يجب أن تجعل بنية Intel الجديدة أكثر تنافسية في هذا المجال. يبدو حقا بمثابة خطوة كبيرة إلى الأمام ولكن منافسيها سوف تستمر في التحرك أيضا.

أشعر بالفضول إلى حد ما إذا كانت أشياء مثل منصة Bay Trail القائمة على Silvermont لـ Atom تعمل فعليًا بالسرعة الكافية بحيث تبدأ في الظهور في أجهزة الكمبيوتر المحمولة المنخفضة الحجم أو حتى أجهزة الكمبيوتر المكتبية. تعمل الأجهزة اللوحية المستندة إلى Atom حاليًا على تشغيل Windows بشكل معقول ، ومع التحسينات التي قد تكون كافية لكثير من المستخدمين العاديين ، حتى لو كانت متخلفة عن أداء Haswell أو Kaveri (أو Sandy Bridge الحاليين و Richmond الحاليين لشركة AMD من Intel ، لذلك شيء).

ينبغي أن تجعل لمنافسة مثيرة في العام المقبل.