Intel presenta innovazioni architetturali e rivela nuove tecnologie di transistor all’Architecture Day 2020

In occasione dell’evento Architecture Day 2020 dedicato alla stampa, Raja Koduri, Chief Architect di Intel, e altri associati e architetti di Intel hanno reso pubblici dettagli sullo stato di avanzamento dei sei pilastri dell’innovazione tecnologica definiti dall’azienda.

Intel ha presentato la propria tecnologia SuperFin da 10nm, che rappresenta il più grande singolo miglioramento intranodale nella storia dell’azienda e produce un aumento delle prestazioni paragonabile a quello ottenuto da un’intera transizione a nuovo processo produttivo.

L’azienda ha inoltre presentato i dettagli della microarchitettura Willow Cove e l’architettura SoC Tiger Lake per PC portatili, mostrando anche per la prima volta le proprie architetture grafiche Xe interamente impiegabili in diversi segmenti, dall’uso domestico all’high performance computing fino al gaming.

Con l’approccio alla progettazione disaggregata, insieme all’avanzata tecnologia di packaging, all’offerta di XPU e alla strategia basata sul software, l’attenzione di Intel è volta a sviluppare per i clienti prodotti leader in tutto il proprio portfolio.

Tecnologia SuperFin da 10nm

• Dopo anni trascorsi a raffinare il transistor FinFET, Intel ridefinisce la tecnologia in modo da consentire il più grande miglioramento intranodale della propria storia, fornendo un aumento delle prestazioni paragonabile a una completa transizione a nuovo processo produttivo. La tecnologia SuperFin da 10nm combina i transistor FinFET con i condensatori Super MIM di Intel. La tecnologia SuperFin offre un miglioramento epitassiale di source/drain, un migliore processo del gate e un gate pitch addizionale, che determinano migliori prestazioni grazie a:
  • Potenziamento della crescita epitassiale delle strutture cristalline su source e drain, che accresce la deformazione e riduce la resistenza consentendo i passaggio di maggiore corrente attraverso il canale.
  • Un miglioramento del processo del gate per fornire una maggiore capacità di movimento nel canale, che consente ai portatori di carica di muoversi più rapidamente
  • Un’opzione di un gate pitch addizionale che fornisce una maggiore corrente di pilotaggio per certe funzioni del chip che richiedono le massime prestazioni
  • Un’innovativa barriera sottile che riduce la resistenza del 30% migliorando le prestazioni di interconnessione
  • Aumento di 5 volte della capacità a parità di ingombri rispetto agli standard di settore, con una riduzione del calo di tensione che risulta in prestazioni notevolmente migliori. La tecnologia è abilitata da un nuovo tipo di materiali dielettrici “Hi-K” impilati in strati ultrasottili dello spessore di diversi angstrom che vanno a formare una struttura a “super griglia” ricorrente. Si tratta di una tecnologia adottata per la prima volta nel settore, superiore rispetto alle capacità attuali di altri produttori.
• Il processore mobile di nuova generazione di Intel, nome in codice Tiger Lake, si basa sulla tecnologia SuperFin a 10nm. Tiger Lake è in produzione e in consegna presso i clienti, con i primi sistemi degli OEM previsti sul mercato per il periodo natalizio.

Packaging

• Un chip sperimentale con Hybrid bonding è stato testato nel secondo trimestre del 2020. L’Hybrid bonding è un processo alternativo al tradizionale fissaggio per compressione termica utilizzato in gran parte delle moderne tecnologie di packaging. Questa nuova tecnologia consente di avere bump pitch persino inferiori ai 10 micron che consentono una densità di connessione e ampiezza di banda molto superiori, oltre a consumi inferiori.

Architetture CPU Willow Cove e Tiger Lake

• Willow Cove è la microarchitettura di nuova generazione per le CPU di Intel. Basata sui più recenti avanzamenti di processo, la tecnologia SuperFin da 10nm e il fondamento dell’architettura Sunny Cove, Willow Cove porta una crescita nelle prestazioni delle CPU superiore a quella di un passaggio generazionale, con grandi miglioramenti nelle frequenze e una migliore efficienza energetica. Introduce, inoltre, un’architettura delle cache riprogettata per ottenere una più grande mid-level cache (MLC) non inclusiva di 1,25MB e una maggiore sicurezza grazie alla tecnologia Intel® Control Flow Enforcement.
• Tiger Lake offrirà prestazioni intelligenti e avanzamenti pionieristici nei vettori fondamentali del calcolo. Con ottimizzazioni della CPU e degli acceleratori di AI, e grazie al fatto che si tratta della prima archiutettura SoC con la nuova microarchitettura grafica Xe-LP, Tiger Lake offrirà un miglioramento nelle prestazioni della CPU pari a più di una generazione, significativi miglioramenti nelle prestazioni dell’AI, un enorme balzo in avanti nelle prestazioni della grafica e una serie completa delle migliori IP in tutto il SoC, come ad esempio il nuovo Thunderbolt 4. L’architettura SoC Tiger Lake offre:
  • Nuovo core Willow Cove della CPU – con un significativo aumento della frequenza grazie agli avanzamenti tecnologici di SuperFin da 10nm
  • Nuova grafica Xe con un massimo di 96 EU (execution units) per un significativo miglioramento delle prestazioni per Watt
  • Gestione energetica – dynamic voltage frequency scaling (DVFS) autonomo in coherent fabric, maggiore efficienza del fully integrated voltage regulator (FIVR).
  • Fabric e memoria – raddoppio dell’ampiezza di banda della coherent fabric bandwidth, ~86GB/s di ampiezza di banda della memoria, validata LP4x-4267, DDR4-3200; capacità di architettura LP5-5400
  • IP dedicata Gaussian Network Accelerator (GNA) 2.0 per un power neutral inferencing basso in offload dalla CPU. Utilizzo della CPU inferiore del ~20% su GNA rispetto alla CPU (con carico di lavoro di noise suppression)
  • IO – TB4/USB4 integrato, PCIe di quarta generazione (Gen 4) integrato sulla CPU per accesso alla memoria a bassa latenza ed elevata ampiezza di banda
  • Display – Fino a 64GB/s di ampiezza di banda isocrona per molteplici display ad alta risoluzione. Fabric path verso la memoria dedicato per mantenere un’elevata qualità del servizio.
  • IPU6 – fino a sei sensori con video 4K30, immagini da 27MP; capacità architetturale dell’immagine fino a 4K90 e 42MP.

Architettura ibrida

• Intel avanza la propria architettura ibrida con Alder Lake, il primo prodotto client della prossima generazione dell’azienda. Alder Lake riunirà le due nuove architetture, Golden Cove e Gracemont, ottimizzandole per ottenere un eccellente rapporto prestazioni/consumi.

Architetture grafiche Xe

• Intel ha definito la microarchitettura Xe-LP (low power) e il software ottimizzandoli per fornire prestazioni efficienti per le piattaforme mobile. Xe-LP è la più efficiente architettura di Intel per i PC e le piattaforme di calcolo portatili con un massimo di 96 EU, ed è fornita dei nuovi design architetturali, compreso il calcolo asicrono, il view instancing, il sampler feedback, un media engine aggiornato con AV1 e un motore del display aggiornato. Questo abiliterà nuove funzionalità per l’utente finale con Instant Game Tuning, capture & stream e image sharpening. Per quanto riguarda l’ottimizzazione del software, Xe-LP presenterà driver ottimizzati con un nuovo percorso DX11 path e un compilatore ottimizzato.
• Il primo chip Xe-HP è stato avviato ed è di ritorno dai laboratori. Xe-HP è la prima architettura multi-tiled, altamente scalabile e ad alte prestazioni del settore con prestazioni da rack di data center, scalabilità della GPU e ottimizzazione per l’AI. Copre una gamma dinamica di calcolo da un tile fino a due e quattro tile, funzionando come una GPU multi-core. In occasione di Architecture Day, Intel ha fatto una demo di Xe-HP facendo il transcoding di 10 flussi completi di video 4K di alta qualità a 60 fps su un singolo tile. Un’altra demo ha mostrato la scalabilità di calcolo di Xe-HP su molteplici tile. Intel sta ora testando Xe-HP con clienti chiave e prevede di rendere Xe-HP disponibile agli sviluppatori di Intel® DevCloud for developers. Xe-HP sarà disponibile il prossimo anno.
• Intel ha presentato una nuova variante della mircoarchitettura Xe – Xe-HPG, ottimizzata per il gaming, che riunisce l’ottimo rapporto prestazioni/consumi di Xe-LP con la scala di Xe-HP per una configurazione più potente e la frequenza di calcolo ottimizzata di Xe-HPC. Un nuovo sottosistema di memoria basato su GDDR6 è aggiunto per migliorare il rapporto prestazioni/prezzo e Xe-HPG avrà un supporto di ray tracing accelerato. Xe-HPG è previsto sul mercato per il 2021.
• La GPU Intel® Server (SG1) è la prima GPU discreta di Intel basata su architettura Xe per data center. SG1 porta nel data center le prestazioni di quattro DG1 in un form factor piccolo ed è pensato per lo streaming video e gaming a bassa latenza e alta densità su cloud Android. SG1 sarà consegnato nel corso di quest’anno e presto in produzione.
• La prima GPU discreta di Intel basata su Xe, nome in codice DG1 è in produzione con le prime consegne previste nel 2020. Come annunciato a CES, DG1 è la prima GPU discreta di Intel per PC basata sulla microarchitettura Xe-LP.
• Sono state annunciate nuove funzionalità per Intel® Graphics Command Center (IGCC) comprese Instant Game Tuning e Game Sharpening.
  • Instant Gaming Tuning è un driver specifico per il gaming. Fix e ottimizzazioni possono essere inviate all’utente finale più velocemente che mai senza scaricare e installare l’intero driver. Richiederà solo un singolo opt-in da parte dell’utente per gioco.
  • Game Sharpening è una nuova funzione di post-elaborazione per rendere più nitide le immagini attraverso il perceptual adaptive sharpening – un algoritmo di sharpening adattativo basato su compute shader che migliora la chiarezza delle immagini nei videogame. Questa funzione è particolarmente utile per quei titoli che utilizzano il resolution scaling per bilanciare le prestazioni e la qualità delle immagini, ed è una funzione opt-in all’interno di IGCC.

Architetture per Data Center

• Ice Lake, Il primo prodotto Xeon Scalable basato su processo produttivo a 10 nm di Intel, previsto per la fine di quest’anno, fornirà prestazioni significative sia in termini di throughput sia di reattività tra carichi di lavoro. I prodotti server Ice Lake offriranno prestazioni significative sia in termini di throughput sia di reattività tra i carichi di lavoro. Porterà una serie di tecnologie tra cui la crittografia della memoria totale, PCIe Gen 4, otto canali di memoria e miglioramenti dei set di istruzioni che accelerano le operazioni crittografiche. All’interno della famiglia Ice Lake, saranno introdotte varianti per l’archiviazione di rete e l’IoT.
• Sapphire Rapids è il processore Xeon Scalable di nuova generazione di Intel basato sulla tecnologia SuperFin avanzata e offrirà tecnologie leader tra cui DDR5, PCIe Gen 5, Compute Express Link 1.1. Sapphire Rapids sarà la CPU utilizzata nel sistema di supercomputer Aurora Exascale presso l’Argonne National Lab. Continuerà la strategia di accelerare l’AI integrata con un nuovo acceleratore chiamato Advanced Matrix Extensions (AMX). Le prime consegne di Sapphire Rapids sono previste per la seconda metà del 2021.
• A dimostrazione della continua innovazione nelle tecnologie field programable gate array (FPGA) e la terza generazione consecutiva di ricetrasmittenti leader di settore, Intel ha ora il primo transceiver 224G-PAM4 TX di nuova generazione al mondo.

 Software

• La release OneAPI Gold sarà disponibile nel corso di quest’anno e fornirà agli sviluppatori una soluzione di qualità e prestazioni da unità di produzione, su architetture scalari, vettoriali, matriciali e spaziali. Intel ha lanciato l’ottava iterazione della beta oneAPI a luglio, con nuove caratteristiche e potenziamenti per l’analisi dei dati distribuiti, le prestazioni in rendering, il profiling e la library video e threading di Intel. La GPU discreta DG1 è attualmente disponibile agli sviluppatori con diritti di accesso in anteprima in Intel® DevCloud, e fornisce accesso a librerie e toolkit, consentendo loro di utilizzare oneAPI prima di avere in mano l’hardware.
• Questi nuovi annunci rappresentano il progresso di Intel nella sua strategia basata su sei pilastri di innovazione; Intel si avvantaggia della propria esclusiva posizione per fornire una varietà di architetture scalari, vettoriali, matriciali e spaziali in CPU, GPU, Acceleratori e FPGA – unite da oneAPI, un modello di programmazione aperto basato su standard per semplificare lo sviluppo di applicazioni.

Di Raja Koduri

In Intel crediamo davvero nel potenziale che la tecnologia ha di arricchire le vite delle persone e cambiare il mondo. Questo è un principio guida dell’azienda fin dalla sua fondazione. Ha avuto inizio con l’era dei PC, quando la tecnologia ha reso possibile la digitalizzazione di massa della conoscenza e la capacità delle persone di fare rete, portando un miliardo di individui su Internet. Poi è arrivata l’era mobile e del cloud, uno spartiacque che ha cambiato il modo in cui viviamo grazie all’introduzione di 10 miliardi di dispositivi mobili, tutti connessi tra loro attraverso supercomputer nel cloud.

Siamo convinti che la prossima sarà l’Era dell’Intelligenza. Un’era in cui ci saranno 100 miliardi di dispositivi intelligenti e connessi.  La potenza e l’architettura exascale renderà l’intelligenza a disposizione di tutti, arricchendo le nostre vite in modi che neanche ci immaginiamo. Si tratta di un futuro che ispira e motiva me e i miei colleghi architetti di Intel ogni giorno.

Attualmente, stiamo generando dati a una velocità maggiore della nostra capacità di analizzarli, comprenderli, trasmetterli, metterli in sicurezza e ricostruirli in tempo reale. Analizzare una tonnellata di dati richiede una tonnellata di potenza di calcolo. Soprattutto, perché questi dati possano essere utili, è necessario poter accedere in tempo reale alla potenza di calcolo, il che significa bassa latenza e prossimità all’utente. Intel ha intrapreso un percorso per risolvere questo complesso problema.

Dalla fine dell’era della scalabilità di Dennard, trarre valore esponenziale dalla tecnologia dei transistor necessari per affrontare il problema, richiede un nuovo approccio su tutta la linea. Questo ci porta a quelli che definiamo i Sei Pilastri dell’Innovazione Tecnologica, che abbiamo presentato all’Architecture Day nel dicembre 2018. Siamo convinti che siano necessari avanzamenti in ognuno di questi pilastri per assicurare continuità all’essenza della legge di Moore.

Questa settimana, all’Architecture Day 2020 abbiamo mostrato come stiamo portando avanti questa visione con un’ampia gamma di interessanti innovazioni. Abbiamo ottenuto importanti progressi con le nostre architetture scalari, vettoriali, matriciali e spaziali progettate con tecnologie di elaborazione allo stato dell’arte, alimentate da gerarchie di memoria innovative, integrate in sistemi dal packaging avanzato, installate in hyperscale con velocissimi collegamenti interconnessi, unificate da una singola astrazione di software e dotate di funzioni di sicurezza che rappresentano un nuovo punto di riferimento.

A questo link sono disponibili tutte le presentazioni di Architecture Day 2020, ma di seguito sono elencati alcuni punti chiave.

Abbiamo dato maggiori dettagli sulla nostra metodologia di progettazione disaggregata e la nostra roadmap del packaging avanzato. Abbiamo dimostrato la conoscenza approfondita delle tecnologie EMIB e Foveros con diverse versioni nelle grafiche, negli FPGA, e nel client con Lakefield.

Abbiamo inoltre condiviso alcuni dei più interessanti avanzamenti nella roadmap dei nostri transistor, presentando la tecnologia SuperFin da 10nm, una ridefinizione di FinFET con condensatori Super MIM, che rende possibile il più grande singolo aumento di prestazioni intranodo nella storia di Intel, con un miglioramento delle prestazioni paragonabile a una completa transizione di processo produttivo.

Integrando l’architettura CPU di nuova generazione Willow Cove con la tecnologia 10nm SuperFin, il risultato è l’incredibile nuova piattaforma Tiger Lake. Abbiamo annunciato i dettagli dell’architettura SoC Tiger Lake di prossima presentazione, che rappresenta un salto generazionale nelle prestazioni delle CPU, grafica e AI all’avanguardia, maggiore ampiezza di banda per la memoria, nuove caratteristiche di sicurezza, migliori display, migliore resa video e tanto altro. So che tutti attendono di conoscere tutti i dettagli di Tiger Lake e questi saranno annunciati nelle prossime settimane.

Oltre a Tiger Lake, abbiamo offerto un approfondimento ella nostra prossima generazione di FPGA Intel® Agilex™, che offre performance per watt rivoluzionarie. Difatti, abbiamo messo in mostra due generazioni di prodotti con design disaggregato che utilizzano EMIB e abbiamo comunicato I primi risultati dei nostri transceiver a 224 Gbps.

Abbiamo evidenziato anche come l’architettura delle GPU Xe di Intel sia la base che ci aiuta a costruire GPU che siano scalabili da teraflops a petaflops. La nostra più efficiente microarchitettura per piattaforme di computing per PC e dispositivi mobili è Xe-LP, che potenzia la grafica leader in Tiger Lake. XE-LP è anche alla base della nostra nuova GPU discreta, la prima in oltre 20 anni, chiamata in codice DG1. Questa GPU è attualmente in produzione. Abbiamo inoltre presentato la prima GPU Intel® per server, powered by Xe-LP. Questa GPU sarà disponibile nel corso dell’anno e offrirà una stream density e qualità video per streaming e media transcode all’avanguardia.

Per quanto riguarda i data center, abbiamo annunciato che il nostro primo chip Xe-HP è stato inviato ai clienti come sample. Xe-HP è la prima architettura del settore multi-tiled, altamente scalabile e ad alte prestazioni; offre in un singolo package basato su tecnologia EMIB performance di AI da petaflops e performance multimediali al livello di rack. Xe-HP sfrutterà la tecnologia avanzata SuperFin.

Abbiamo ascoltato anche le esigenze di gamer e appassionati per quanto riguarda la grafica dei videogame. Abbiamo aggiunto una quarta microarchitettura alla famiglia Xe: Xe-HPG ottimizzata per il gaming, con molte nuove funzionalità grafiche, fra cui il supporto al ray tracing. L’aspettativa è di iniziare la consegna di questa microarchitettura nel 2021 e non vedo l’ora di mettere le mani su questa GPU!

Per quanto riguarda il software, abbiamo già parlato della nostra visione di fornire agli sviluppatori un modello di programmazione unificato e basato su standard per tutte le nostre architetture XPU (cross-processing unit). Offriamo ora questa visione con oneAPI Gold disponibile entro la fine dell’anno. Abbiamo inoltre annunciato che stiamo offrendo agli sviluppatori di Intel® DevCloud l’accesso anticipato a DG1, consentendo loro di iniziare a sviluppare con oneAPI senza dover fare set up, download o installare hardware.

Dall’ultima Architecture Day sono stati fatti anche grandi passi avanti per quanto riguarda la memoria. Recentemente, nel contesto del lancio del processore Intel® Xeon® Scalable di terza generazione (nome in codice “Cooper Lake”), abbiamo annunciato la nostra seconda generazione di prodotti di memoria persistente Intel® Optane™ (nome in codice “Barlow Pass”). Oggi siamo in tabella di marcia per portare in produzione il QLC a 4 bit per cella di Intel entro la fine del 2020.

Abbiamo anche esaminato più approfonditamente il modo in cui stiamo migliorando la sicurezza in un contesto nel quale le minacce sono in continua evoluzione. Ciò include l’introduzione di nuove tecnologie, come la tecnologia Intel® Control-Flow Enforcement, che fornisce strutture di sicurezza a livello di CPU per proteggere i sistemi dai metodi di attacco malware comuni. Inoltre, abbiamo offerto un primo sguardo alla nostra visione a lungo termine sulle aree primarie della sicurezza, tra cui sicurezza fondativa, protezione dei carichi di lavoro e affidabilità del software.

Sono stati compiuti importanti progressi anche nell’avanzamento dell’interconnessione. Intel ha annunciato a marzo 2019 che stava collaborando con il settore per offrire ampio supporto a Compute Express Link (CXL), progettato per accelerare le prestazioni dei data center di nuova generazione e offerto in Sapphire Rapids. Abbiamo inoltre una leadership significativa nella fotonica del silicio, in termini di coinvolgimento dei clienti e, mentre il data center continua la sua trasformazione, Intel sta affrontando le esigenze dei clienti offrendo velocità ai vertici del settore e prodotti fondamentali e SmartNIC per gli offload di elaborazione di rete.

In nostri Fellows e gli Architetti di Intel sono già alacremente al lavoro sulle tecnologie del 2021, 2022 e oltre. Abbiamo offerto uno scorcio sulla nostra visione per i prodotti client e data center che contano su tutti i sei pilastri e il design disaggregato. Il responsabile degli Intel Labs ha anche fornito una prima indicazione di dove le aree di ricerca emergenti possono portarci a migliorare di 100 o 1.000 volte l’efficienza di elaborazione, inclusa un’anteprima delle architetture neuromorfiche oggetto di ricerca nei nostri laboratori all’avanguardia mondiale.

Da decenni Intel è al centro del settore tecnologico. I nostri prodotti, insieme a quelli dei nostri clienti, hanno rimodellato il modo in cui tutti noi lavoriamo, viviamo e giochiamo. Ma il nostro viaggio collettivo è tutt’altro che finito. Credo che siamo all’inizio di una nuova era, un’era dell’intelligenza, un’era di exascale per tutti. Questa era sarà alimentata da livelli senza precedenti di prestazioni di computing e di rivoluzioni in tutti e sei i pilastri dell’innovazione tecnologica.

HW Legend Staff