«La microarquitectura Sunny Cove es la piedra angular sobre la que descansa el futuro de la familia de procesadores Intel Core». Esta contundente afirmación de Uri Frank, uno de los ingenieros de Intel responsables del diseño de la nueva microarquitectura, refleja con claridad lo importante que son los nuevos chips Intel Core de 10ª generación para el futuro de la compañía de Santa Clara.
Durante los últimos años AMD ha conseguido colocar en el mercado un porfolio de microprocesadores muy competitivo tanto por su rendimiento global como por su precio. Intel también ha contado con soluciones atractivas, aunque habitualmente más por su productividad que por su precio, pero se ha visto obligada a soportar el desgaste que han acarreado las vulnerabilidades de seguridad que conocemos como Spectre y Meltdown. En cualquier caso es evidente que, de alguna manera, con la familia de microprocesadores Ice Lake quiere hacer «borrón y cuenta nueva».
La buena noticia para los usuarios es que los microprocesadores Intel Core de 10ª generación y los AMD Ryzen de 3ª generación con microarquitectura Zen 2 nos prometen una batalla encarnizada
Hace pocos días hemos participado en unas sesiones técnicas en las que los ingenieros responsables del diseño de los nuevos microprocesadores de Intel nos han explicado con detalle las innovaciones que han introducido en su última microarquitectura. Su calado es profundo, y, por esta razón, merece la pena que las repasemos. Pero ante todo la buena noticia para nosotros, los usuarios, es que sobre el papel los microprocesadores Intel Core de 10ª generación y los AMD Ryzen de 3ª generación con microarquitectura Zen 2 nos prometen una batalla encarnizada. Veremos cómo rinden ambas familias cuando lleguen los primeros tests independientes, pero mientras tanto merece la pena que indaguemos en las innovaciones que ha introducido Intel en Ice Lake. Las cartas están sobre la mesa.
De Banias a Ice Lake, paso a paso
Buena parte de las innovaciones que Intel ha introducido en sus microprocesadores durante los últimos dieciséis años proceden de IDC (Israel Development Center), el centro de desarrollo que tiene la compañía en Haifa (Israel). Esta filial fue la responsable de poner a punto en 2003 la microarquitectura P6 (Banias), una de las más exitosas de cuantas ha lanzado Intel durante las últimas dos décadas. La alta relación rendimiento/vatio de los procesadores Pentium M utilizados en la plataforma Centrino se debió en gran medida a esta microarquitectura, que representó una ruptura muy contundente con la microarquitectura NetBurst utilizada en los procesadores Pentium 4.
El peso que tiene actualmente el centro de desarrollo de Israel en la infraestructura de Intel es enorme, y todo comenzó gracias al éxito de los procesadores Pentium M y la plataforma Centrino. Los ingenieros israelíes tuvieron la habilidad de «cortar por lo sano» con la microarquitectura NetBurst de los Pentium 4 y tomar como punto de partida la implementación P6 de los Pentium III. Y acertaron. Intel se dio cuenta de que ese era el camino que debía seguir, así que certificó el final de la saga Pentium tal y como la conocíamos en ese momento, poniendo fin a un reinado que comenzó a principios de 1993.
Los ingenieros israelíes tuvieron la habilidad de «cortar por lo sano» con la microarquitectura NetBurst de los Pentium 4 y tomar como punto de partida la implementación P6 de los Pentium III
Muchas de las ideas que los ingenieros de IDC introdujeron en los chips Banias fueron trasladadas a los primeros microprocesadores Intel Core. Y siguen presentes en los últimos chips de esta familia, los Ice Lake de décima generación a los que estamos dedicando este artículo. La responsabilidad que han tenido los ingenieros de este laboratorio de Intel en el diseño de estos microprocesadores es muy alta, y, según ellos, en los nuevos chips Intel Core de décima generación han puesto «toda la carne en el asador» con el propósito de afianzar bien la línea de trabajo que continuarán desarrollando durante los próximos años.
La litografía de 10 nm se ha hecho esperar, probablemente más de lo que a la propia Intel le gustaría, pero ya ha llegado. Actualmente los microprocesadores Ice Lake, que son los que utilizan esta tecnología de integración, se producen al menos en la fábrica de Intel en Kiryat Gat (Israel) desde principios del tercer cuatrimestre del año pasado. El desarrollo de la tecnología de integración ha favorecido la introducción en la microarquitectura de muchas de las innovaciones que veremos a lo largo de este artículo, pero los planes de Intel en lo que concierne al desarrollo de sus nodos de fabricación, como es lógico, no acaban aquí. Y es que la compañía de Santa Clara ha confirmado que su primer producto con litografía de 7 nm será un procesador gráfico que llegará en 2021.
Antes de seguir adelante nos viene bien repasar qué son realmente Ice Lake y Sunny Cove debido a que son los nombres en código que aparecerán recurrentemente a lo largo de todo el artículo. Ice Lake es el nombre de la microarquitectura implementada en los procesadores Intel Core de décima generación, y Sunny Cove es la microarquitectura que describe cómo es cada uno de los núcleos de CPU que contiene un chip Ice Lake. Esto significa, sencillamente, que un microprocesador Ice Lake contiene varios núcleos Sunny Cove, además de otros elementos funcionales importantes como son el controlador de memoria, la lógica gráfica o la interfaz de entrada y salida.
La diapositiva que tenéis debajo de estas líneas es interesante debido a que refleja el incremento del IPC que introduce Sunny Cove frente a los procesadores con microarquitectura Skylake lanzados por Intel hace casi cuatro años. La sigla IPC refleja el número de instrucciones que una CPU es capaz de ejecutar en un solo ciclo de la señal de reloj, y es una medida útil a la hora de valorar su rendimiento si la complementamos con la frecuencia de reloj a la que trabaja el chip. El incremento del IPC en un 18% de los núcleos Sunny Cove frente a Skylake a priori parece algo discreto, pero lo razonable es esperar hasta que podamos probar a fondo una de las primeras máquinas equipadas con un procesador Intel Core de décima generación para valorar con precisión el rendimiento de los nuevos chips.
Ice Lake, en detalle
Los primeros microprocesadores Intel Core de décima generación que llegarán al mercado estarán integrados en ordenadores portátiles, por lo que aún tendremos que esperar un poco más para comprobar qué tal rinden las revisiones de estos chips para las máquinas de sobremesa. La siguiente diapositiva resume las especificaciones de estas CPU, que tendrán un TDP (Thermal Design Power) que oscilará entre 9 y 28 vatios, así como un máximo de cuatro núcleos y ocho hilos de ejecución (threads). Un apunte interesante: pueden convivir con chips de memoria LPDDR4/x-3733 y DDR4-3200.
Uno de los bloques funcionales de la CPU en los que Intel asegura haberse esmerado es la lógica gráfica, que en los chips Ice Lake tiene una capacidad de cálculo de operaciones en coma flotante ligeramente superior a 1 TFLOP. Por sí solo este dato no nos dice gran cosa, pero puede ayudarnos a interpretarlo saber que esta potencia es similar a la que tiene una consola Nintendo Switch. Según Intel la lógica gráfica integrada en los procesadores Intel Core de décima generación es capaz de mover juegos como DiRT Rally 2 o Fortnite a 1080p arrojando tasas de imágenes sostenidas cercanas a los 60 FPS. Lo comprobaremos tan pronto como podamos analizar uno de los primeros ordenadores portátiles equipados con estos chips.
Otra de las novedades atractivas de estos microprocesadores es su conectividad. Y es que Intel ha implementado dentro del encapsulado una controladora Thunderbolt 3 y otra Wi-Fi 6 GIG+ que permitirán a los ensambladores prescindir de chips dedicados, lo que debería abaratar algo el precio de estas máquinas. Para los usuarios lo interesante es saber que Thunderbolt 3 alcanza una velocidad de transferencia máxima de 40 Gbps (cuatro veces más que la interfaz Thunderbolt original), y Wi-Fi 6 roza los 10 Gbps. No es una cifra muy superior a los 7 Gbps que ya nos ofrece WiFi 802.11ac, pero el terreno en el que Wi-Fi 6 marca la diferencia es la administración de un elevado número de conexiones a una misma red WiFi, un escenario de uso cada vez más habitual en los hogares en los que tenemos muchos dispositivos con conexión inalámbrica.
La siguiente diapositiva nos permite hacernos una idea bastante precisa del espacio que ocupan en el encapsulado del microprocesador los principales bloques funcionales. Como podéis ver la lógica gráfica ocupa más espacio que los cuatro núcleos de CPU con microarquitectura Sunny Cove juntos, acaparando cerca del 40% de la superficie del chip. Las controladoras que se responsabilizan del acceso a la memoria principal, la gestión de la señal de vídeo y las comunicaciones Thunderbolt 3 también son voluminosas, lo que nos recuerda la gran cantidad de elementos funcionales distintos que es posible integrar en el encapsulado gracias en gran medida al desarrollo de la litografía.
No todos los bloques funcionales implementados por Intel dentro del encapsulado de estos microprocesadores utilizan la litografía de 10 nm. El PCH (Platform Controller Hub) recurre a la tecnología de integración de 14 nm, con la que Intel lleva trabajando desde 2014. Este componente se encarga de controlar el tráfico de datos entre otros bloques funcionales del chip, así como de implementar prestaciones adicionales. El PCH de la microarquitectura Ice Lake incorpora la controladora Wi-Fi 6 GIG+, el módulo que se encarga de ajustar el voltaje de la CPU, la controladora de sonido y la de entrada y salida.
Los nuevos microprocesadores Intel Core de 10ª generación para ordenadores portátiles estarán disponibles en dos encapsulados diferentes en función de su TDP. Los modelos de 9 vatios, que posiblemente serán la elección de muchos portátiles ultraligeros, utilizarán un encapsulado de 26,5 x 18,5 x 1 mm, mientras que los chips con un TDP de 15 o 28 vatios recurrirán a un encapsulado mayor con unas dimensiones de 50 x 25 x 1,3 mm. El TDP refleja cuánta energía en forma de calor disipa un procesador cuando todos los núcleos permanecen activados y trabajando a la frecuencia de reloj base, por lo que es razonable que los chips que tienen un índice sensiblemente mayor requieran una superficie de disipación también más amplia.
Una de las innovaciones más interesantes introducidas por Intel en sus nuevos microprocesadores es Dynamic Tuning 2.0, una tecnología que se encarga de adaptar de forma dinámica o en tiempo real el consumo de la CPU a la carga de trabajo, pero manteniendo siempre bajo control el índice de disipación de calor. Esta estrategia en realidad no es nueva, pero la revisión implementada en los chips Ice Lake cuenta con una baza que no tenía la versión anterior de la tecnología Dynamic Tuning: el aprendizaje automático. Según Intel gracias a la capacidad de predicción de los algoritmos de inteligencia artificial han conseguido optimizar la relación rendimiento/vatio. Sobre el papel pinta bien, pero para confirmarlo tendremos que esperar hasta que nos hagamos con uno de los primeros equipos gobernados por estos procesadores.
Sunny Cove: este es el auténtico órdago de Intel
La siguiente diapositiva refleja con claridad los dos frentes principales en los que ha trabajado Intel para conseguir que el rendimiento de los núcleos Sunny Cove sea mayor que el de sus predecesores. Por un lado han incrementado de una manera bastante notable la capacidad de las memorias caché, que son unas memorias pequeñas pero muy rápidas colocadas entre la CPU y la memoria principal. En los nuevos chips la caché de datos de nivel 1 tiene una capacidad de 48 Kbytes, y la caché de nivel 2 crece hasta los 512 Kbytes, duplicando la capacidad que tenía en las microarquitecturas Haswell y Skylake.
Además, en Sunny Cove han incrementado el paralelismo del cauce de ejecución (pipeline), una estrategia que persigue permitir a cada uno de los núcleos ejecutar más instrucciones en cada ciclo de la señal de reloj. Esta es precisamente la mejora que tiene un impacto claro en el IPC del que hemos hablado unos párrafos más arriba, y, por tanto, también en el rendimiento de cada uno de los núcleos de la CPU. Implementar un mayor paralelismo en el núcleo de cada CPU complica sensiblemente la lógica, pero suele tener un impacto positivo en el rendimiento. De nuevo el salto a la litografía de 10 nm a la que recurre Sunny Cove ejerce un rol importante en el incremento del nivel de paralelismo.
La siguiente diapositiva describe con más precisión las mejoras introducidas en el subsistema de memoria caché y el cauce de ejecución de las que hemos hablado en los párrafos anteriores. No obstante, es interesante que no pasemos por alto las novedades que aparecen en la esquina inferior derecha de la imagen porque describen otras mejoras que también pueden tener un impacto importante en el rendimiento. Las más relevantes son las introducidas en el algoritmo de predicción de bifurcaciones; aquellas que persiguen reducir la latencia derivada de las operaciones de carga de datos e instrucciones, y también las que optimizan la carga anticipada de datos en la caché con el propósito de contribuir al incremento del nivel de paralelismo.
La última diapositiva resume los principales frentes en los que han trabajado los ingenieros de Intel para conseguir que Ice Lake represente un paso adelante firme frente a las anteriores microarquitecturas de esta compañía. Las esperanzas de Intel están depositadas sobre la nueva tecnología de integración de 10 nm, los nuevos núcleos de CPU Sunny Cove, la nueva lógica gráfica y las prestaciones adicionales integradas en estos microprocesadores, como Wi-Fi 6 o Thunderbolt 3. Cuando lleguen al mercado comprobaremos cómo rinden tanto frente a los anteriores microprocesadores Intel Core como a las últimas soluciones Ryzen de tercera generación de AMD.
Meltdown y Spectre: el principio del fin
Una de las primeras preguntas que hicimos los periodistas a los ingenieros de Intel responsables del diseño de Ice Lake y Sunny Cove fue qué había pasado con las vulnerabilidades derivadas de la ejecución especulativa que tantos quebraderos de cabeza han dado a Intel durante el último año y medio. Estos técnicos nos confirmaron que han introducido en la microarquitectura las modificaciones necesarias para subsanar Meltdown y Spectre, por lo que a los usuarios solo nos queda esperar que lleguen las primeras máquinas equipadas con estos microprocesadores al mercado para comprobar si el alcance de la solución implementada por Intel es el que esperamos. Tan pronto como tengamos más información os la haremos llegar, pero de momento cruzamos los dedos para que estas vulnerabilidades hayan sido corregidas con eficacia en estos nuevos chips.
Ice Lake promete, pero no va a tenerlo fácil
Sobre el papel tanto Ice Lake como Sunny Cove pintan bien. Las innovaciones introducidas por Intel en la microarquitectura de sus chips Intel Core de décima generación son ambiciosas y tienen un calado bastante profundo, pero no estaremos seguros de su auténtico potencial hasta que lleguen los primeros análisis de rendimiento independientes. Las primeras máquinas que incorporarán estos chips serán ordenadores portátiles, por lo que aún tendremos que esperar para averiguar cómo rinde la nueva microarquitectura en los escenarios de uso críticos de los equipos de escritorio, como son los juegos y las aplicaciones que conllevan un gran esfuerzo de cálculo.
A los usuarios nos interesa que tanto Intel como AMD estén fuertes. Que la competencia entre estas dos compañías sea lo más intensa posible
En cualquier caso, Intel no va a tenerlo fácil. AMD también parece haber hecho un buen trabajo con la microarquitectura de sus procesadores Ryzen de tercera generación, aunque, al igual que Intel, tendrá que demostrárnoslo en los análisis de rendimiento independientes que llevaremos a cabo los medios de comunicación tan pronto como nos resulte posible. Es evidente que lo que a los usuarios nos interesa es que tanto Intel como AMD estén fuertes. Que la competencia entre estas dos compañías sea lo más intensa posible. Y no hay otra forma de conseguirlo que colocando buenos productos en el mercado a precios competitivos. Confiemos en que estas dos empresas estén a la altura de las expectativas.
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