Skylake. Очередной «так» Intel

Особенности архитектуры

Новая архитектура является полностью масштабируемой и рассчитана не только на десктопный сегмент, но и на мобильные устройства, и на серверный сегмент. Причем серверные и клиентские процессоры могут сильно отличаться по своей конфигурации даже на уровне микроархитектуры, подробности которой особо не разглашаются.

Если не вдаваться в детали, то отмечаются следующие особенности архитектуры Skylake:

• Улучшена удельная производительность на ватт.
• За счет углубления внутренних буферов улучшены блоки предсказания ветвлений и увеличены возможности по внеочередному исполнению инструкций.
• Внесены некоторые изменения в блок предварительной выборки, что положительно повлияло на энергоэффективность.
• Ускорилось выполнение криптографических команд семейства AES (прирост производительности типовых алгоритмов шифрования должен достигать 33% в CBC-режиме и 17% в GCM-режиме)
• Появились новые инструкции семейства Intel SGX (Software Guard Extension), благодаря которым можно создавать полностью защищенный программный код, который не отследить с помощью аппаратных отладчиков ITP-класса.
• Изменен алгоритм работы L2-кэша. Ассоциативность по сравнению с Haswell и Broadwell уменьшилась вдвое, что увеличило скорость кэша и снизило задержки при обработке промахов.
• Skylake получил более быструю кольцевую шину, которая связывает между собой все процессорные ядра, L3-кеш, контроллер памяти, графическое ядро и системный агент.
• eDRAM-буфер получил название Memory Side Cache (кэш на стороне памяти). Теперь он  взаимодействует не с процессорным кэшем, а с контроллером памяти, что снимает «лишние заботы» с процессора. Кроме того, кэшироваться в eDRAM теперь могут абсолютно любые данные, поступающие в системную память, в том числе и те, которые помечены операционной системой как некэшируемые, и даже те, которыми обменивается с памятью не процессор, а, например, PCI Express-устройства или графическое ядро (Skylake с eDRAM в настольных системах не ожидается).
• Из процессорного дизайна исключен преобразователь питания (теперь на  материнских платах).
• Внедрена технология Intel Speed Shift, обеспечивающая процессору большую свободу действий в управлении питанием и ускоряющая процесс входа/выхода из энергосберегающего режима.

Отдельно следует сказать несколько слов об изменениях, произошедших на стороне графического ядра. Как и прежде исполнительные устройства сгруппированы в модули, но если раньше использовалось один-два модуля, то теперь их число возросло до трех, что в максимальной конфигурации увеличивает число исполнительных устройств до 72. Внемодульная часть, отвечающая за фиксированные геометрические преобразования и отдельные мультимедийные функции, вынесена теперь в отдельный энергетический домен, что позволяет задавать ей частоту и отправлять ее в сон отдельно от исполнительных устройств.

Согласно имеющимся на текущий момент данным, графическое ядро Skylake будет существовать в шести различных модификациях:

• HD Graphics 510 – GT1: один модуль, 12 исполнительных устройств;
• HD Graphics 515 – GT1.5: один модуль, 18 исполнительных устройств;
• HD Graphics 530 – GT2: один модуль, 24 исполнительных устройства;
• HD Graphics 535 – GT3: два модуля, 48 исполнительных устройств;
• Iris Graphics 540 – GT3e: два модуля, 48 исполнительных устройств и 64-Мбайт eDRAM-буфер;
• Iris Pro Graphics 580 – GT4e: три модуля, 72 исполнительных устройства и 128-Мбайт eDRAM-буфер.

Из других особенностей GPU отметим следующие:

• Технология Lossless Render Target Compression («направленное на рендеринг сжатие без потерь») увеличивает быстродействие интегрированного GPU в играх на 3-11%
• Размер собственной кэш-памяти в каждом модуле GPU увеличен с 512 до 768 Кбайт, что совместно с оптимизацией архитектуры модулей позволило добиться почти двукратного улучшения скорости заполнения. В число поддерживаемых режимов добавлено 16x MSAA.
• Расширены возможности по аппаратному кодированию и декодированию. Движок Quick Sync способен работать с контентом в формате H.265/HEVC с 8-битной глубиной цвета, а с привлечением исполнительных устройств GPU – декодировать H.265/HEVC-видео и с 10-битным представлением цвета. К этому добавилась и полностью аппаратная поддержка кодирования в форматах JPEG и MJPEG.
• Реализована совместимость с DirectX 12, OpenGL 4.4 и OpenCL 2.0, а позднее к этому списку добавятся будущие версии OpenCL 2.x и OpenGL 5.x

Процессоры Skylake и платформа LGA1151 для десктопов

На данный момент  архитектура Skylake  в настольном сегменте представлена двумя моделями 4-х ядерных процессоров Intel Core i5-6600K и i7-6700K, ориентированными на энтузиастов (в дальнейшем планируется расширение модельного ряда). Значительные изменения архитектуры привели к необходимости перехода на новую платформу - LGA1151.

Для начала предлагаем ознакомиться с таблицей сравнительных характеристик новых процессоров и предшественников.

Посмотрим, какие же наиболее важные изменения произошли в системах для настольного сегмента.

Отмечается ускорение работы кэш-памяти. Несмотря на то, что латентность кэша второго и третьего уровня осталась прежней, пропускная способность выросла примерно на 45%.

Новый двухканальный контроллер памяти способен работать не только с модулями DDR4, но и совместим со стандартом DDR3L. Однако Intel настоятельно рекомендует DDR4, поэтому слотами для DDR3L скорее всего будут укомплектованы некоторые модели материнских плат. Официально заявлена поддержка DDR4-2133, но процессоры будут способны работать и с более быстрой памятью (вплоть до DDR4-4000). Еще одна особенность нового контроллера памяти – поддержка большого числа делителей, что позволит изменять частоту памяти с шагом 100/133 МГц.

Ключевое изменение - внедрение новой скоростной шины, связывающей CPU с набором системной логики. Ранее их связывала шина DMI 2.0 с пропускной способностью 2 Гбайта/с (в каждую сторону). Теперь же используется шина DMI 3.0 с пропускной способностью 3,9 Гбайт/с  (в каждую сторону) и базируется она на протоколе PCI Express 3.0, что расширяет возможности материнских плат. Максимальной конфигурацией и поддержкой разгона обладает набор системной логики Intel Z170. В дальнейшем появятся и другие наборы логики, отличительные особенности которых перечислены ниже в таблице.

Intel Z170 поддерживает шину PCI Express 3.0, обладает возросшим до 20 числом линий PCI Express, что позволит при необходимости добавить контроллер USB 3.1, дополнительные слоты PCIe 3.0 x4 или даже PCIe 3.0 x8. Кроме того, набор логики предлагает шесть портов SATA 6 Гбит/с и 10 портов USB 3.0.

Обновлена и технология Intel Rapid Storage. В ней появилась поддержка NVMe-накопителей, стало доступным объединение в RAID-массивы и SSD, подключенные в систему по шине PCI Express через разъемы SATA Express, M.2, U.2 или напрямую.

Отметим, что системы охлаждения для  LGA1155 и LGA1150 подойдут и для платформы LGA1151 (отверстия и их расположение полностью совпадают). 

Разгон

Разгонный потенциал новых процессоров внушает некоторую долю оптимизма. Первый положительный момент – конвертер питания (FIVR) теперь переместился из процессора на материнскую плату, что позволило реализовать более качественную и мощную схему питания процессора, выдерживающую нагрузки, значительно превышающие штатный режим. Второй - поддерживается полноценный разгон не только через увеличение множителя, но и путем изменения частоты базового тактового генератора (BCLK) с шагом 1 МГц.

Из отрицательных моментов - как и у предшественников теплораспределительная крышка контактирует с полупроводниковым кристаллом через слой полимерного термоинтерфейсного материала, теплопроводность которого значительно хуже, чем у соединения с помощью бесфлюсовой пайки.

Энергопотребление и производительность

Несмотря на то, что новые процессоры выполнены по 14 нм техпроцессу, их тепловой пакет вырос до 91 Вт. Причина кроется в том, что для достижения приемлемых для десктопов частот пришлось прибегнуть к повышению напряжения питания.

Что касается производительности, то официально заявлено 10%  преимущество по сравнению с процессорами Haswell  и 30% по сравнению с Ivy Bridge. Результаты тестирования показали, что в зависимости от используемых приложений примерно так оно и есть. Что касается игровой производительности, то здесь особого преимущества у новинок нет. Количество FPS в играх в большей степени зависит от графической подсистемы, чем от вычислительной. Потенциала же для «прокачки» дискретной графики у новой системы более чем достаточно.

Вместо заключения

Скорее всего, обладатели систем, построенных на базе Haswell и даже Ivy Bridge, вряд ли тут же кинутся обновлять свои системы. Тем же, кто планирует собирать новую систему, рекомендуем обратить внимание на процессоры Skylake, на стороне которых несколько большая производительность, улучшенное графическое ядро (в игровых системах это вряд ли является таким уж важным моментом), более широкие возможности материнских плат и улучшенный разгонный потенциал.

Весь же потенциал новой архитектуры будет раскрыт в компактных мобильных системах и, вероятно, в серверном сегменте.

Цену и наличие процессоров Skylake уточняйте здесь.
Цену и наличие материнских плат LGA1151 уточняйте здесь.