Intel Silvermont: El mejor y más capaz Atom lanzado por Intel

Intel Silvermont: El mejor y más capaz Atom lanzado por Intel

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Nueva micro-arquitectura convertirá al patito feo Atom en el elegante y versátil cisne de los CPUs de bajo consumo de Intel.

Hoy Intel por fin nos revela las especificaciones oficiales de su nueva y esperada micro-arquitectura de bajo consumo Silvermont, el primer gran salto evolutivo en sus poco populares micro-arquitecturas de bajo consumo: Bonnell (45nm) y Saltwell (32nm), en las que están basados los actuales CPUs y SoCs Atom para dispositivos portátiles (netbooks, tablets y smartphones).

La lenta ejecución en orden: El patito feo de las actuales micro-arquitecturas

Si bien para muchos, al solo oir el nombre de Intel, lo primero que se nos viene a la mente son sus veloces familias de microprocesadores Core (que dentro de poco estrenará su cuarta generación); pero ni bien se escucha nombrar Atom, lo primero en que se piensa es en la lentitud y pobre desempeño de esta línea de productos.

El motivo de este desempeño nada satisfactorio es el uso de la antiquísima ejecución en orden (in-order execution), donde el microprocesador procesa las instrucciones en el mismo orden en el que las recibe, ejecución que penaliza enormemente el rendimiento de las actuales aplicaciones llenas de dependencias y bifurcaciones, situación que se complica si a lo anterior le agregamos que comúnmente se ejecutan varias de ellas al mismo tiempo.

Intel apostó por la ejecución en orden en sus primeras micro-arquitecturas de bajo consumo (Bonnell y Saltwell) dado el simplificado diseño y mucho menor requerimiento de transistores en el diseño de estos microprocesadores, los que datan desde tiempos de la en su tiempo revolucionaria micro-arquitectura P5 en la que estuvieron basados los míticos microprocesadores Pentium y Pentium MMX.

Atom con ejecución fuera de orden: Adiós patito feo de torpe andar

La mayor demanda de poder de cálculo ha convertido a los actuales SoC Atom en productos poco suficientes para estos tiempos, motivo por el que han sido criticados en muchas ocasiones; pero como reza el dicho “no hay mal que dure 100 años, ni nadie que lo resista”, y cumpliendo ese adagio, Intel por fin destierra la ejecución en orden y nos presenta una nueva micro-arquitectura de bajo consumo, la que al igual que sus glamorosas micro-arquitecturas de alto rendimiento (Core) hace uso de la actual y más potente ejecución fuera de orden (out-of-order execution).

La ejecución fuera de orden permite que se aprovechen todas las unidades de cálculo del microprocesador al añadir una cola de instrucciones, la que se re-ordena de forma que las instrucciones sin dependencias ni bifurcaciones puedan ser ejecutadas mientras los datos requeridos para las demás instrucciones se van calculando, dando como resultado un rendimiento considerablemente superior, el que compensa con creces la mayor complejidad del diseño del chip.

Como ya muchos adivinarán, Silvermont es la primera micro-arquitectura de bajo consumo de Intel que adopta la ejecución fuera de orden, a la vez que abandona el proceso de manufactura de 32nm, remplazándolo por el moderno proceso de manufactura a 22nm Tri-Gate, gracias al cual Intel logró una mayor densidad de transistores, mayor rendimiento por ciclo y frecuencia de funcionamiento, y todo ello requiriendo menos energía.

Silvermont: El cisne de elegante vuelo

Silvermont es una nueva, moderna y estilizada micro-arquitectura de bajo consumo, concebida para dejar muy en alto su línea de productos Atom, rompiendo cualquier asociación con sus antecesores.

Intel ha trabajado muy duro en todos y cada uno de los aspectos de diseño para esta nueva micro-arquitectura, optimizándola para ofrecer un gran rendimiento por ciclo en comparación con sus antecesoras, reduciendo su pipeline a apenas 10 etapas (desde las 16 de Bonnell y 13 de Saltwell), diseño acompañado de una muy mejorada unidad de de predicción de ramas (indirect y large branch predictor).

Silvermont también incluye otras mejoras como nuevas unidades de ejecución re-diseñadas, un subsistema de buffers y cache mejorados y con menor latencia. Aunque Silvermont también mantiene algunos aspectos de las anteriores micro-arquitecturas Bonnell y Saltwell, como su diseño de dos vías (dos decoders x86), el que ha sido profundamente mejorado (con menor latencia y mayor paralelismo) para aprovechar el potencial del chip.

El módulo Silvermont

Las arquitecturas modulares han conquistado a los CPUs y GPUs, e Intel no podía quedarse atrás en esta tendencia estrenando el módulo Silvermont, el cual de forma similar a las micro-arquitecturas Sandy Bridge/Ivy Bridge/Haswell (así como otras micro-arquitecturas rivales como AMD Bulldozer/Piledriver/Steamroller/Excavator y Jaguar) está conformado por:

  • Dos núcleos x86 cada uno con su propio FPU y 32KB/24kb (datos/instrucciones) de cache de primer nivel (L1).
  • Cache de segundo nivel (L2 de hasta 1MB) con alta asociatividad, muy baja latencia y gran ancho de banda.
  • Interface de interconexión punto a punto dedicada (IDI, interesante en configuraciones densas como las de los micro-servidores).

Al igual que los SoC Qualcomm Snapdragon basados en las arquitecturas Krait 200/300/400, cada núcleo dentro del módulo es capaz de funcionar a distintas frecuencias (aunque el cache se mantiene funcionado a la frecuencia del núcleo a mayor frecuencia).

Gracias a sus avanzadas técnicas de ahorro de energía, Silvermont permite que sus núcleos poco usados puedan ser llevados al modo C6 (deep sleep) consumiendo muy poco (apenas algunos nW), e incluso pudiendo apagarlos completamente.

Un SoC Atom basado en la micro-arquitectura Silvermont puede estar configurado por hasta 4 módulos Silvermont (ocho núcleos).

¡Adiós FSB! ¡Hola IDI!

Como lo comentamos hace algunas líneas, Intel desecha el bus frontal (Front Side Bus) usado en las anteriores encarnaciones de Atom, cambiándolo por el nuevo In-Die Interconnect (IDI), al que podríamos denominar una versión reducida de QuickPath Interconect usado en los microprocesadores Intel Core de primera generación “Nehalem” y superiores, y que provee un bus de alto rendimiento enfocado en aprovechar cada gota de rendimiento del chip.

¡Adiós HyperThreading! ¡Hola Turbo Boost!

Gracias a su moderno diseño, y en pos de ahorrar hasta el mínimo watt, Intel ha decidido eliminar la tecnología HyperThreading (HT) en Silvermont, pues aunque esta tecnología permite incrementar ligeramente el rendimiento haciendo un mejor uso de las unidades de ejecución del chip, requiere de un mayor número de transistores y un mayor consumo, factores que Intel no puede permitirse en el competitivo segmento de los dispositivos portátiles.

Silvermont es la primera micro-arquitectura de bajo consumo de Intel en traer soporte nativo a la tecnología Turbo Boost (Saltwell tiene un soporte muy básico a la tecnología), tomando partido de los niveles de temperatura, electricidad y consumo del chip para ajustar veloz (con muy baja latencia) y dinámicamente la frecuencia de funcionamiento de las unidades CPU y GPU del SoC.

El rendimiento de Silvermont

Intel promete que Silvermont tendrá un rendimiento por watt entre 18% a 37% superior y un rendimiento por ciclo 50% superior al de Saltwell, cifras algo lejanas al doble de rendimiento que se rumoreaba, pero que de todas formas constituyen una gran mejora por sobre los Atom de actual generación.

Los nuevos juegos de instrucciones y tecnologías de Silvermont

Aunque se rumoreaba que Silvermont soportaría el juego de instrucciones AVX, esto terminó siendo falso, pero ello no quiere decir que Intel no haya actualizado a Silvermont para soportar las modernas aplicaciones optimizadas para muchos de los más recientes juegos de instrucciones como:

  • AES-NI y PCLMULQDQ (encriptación/des-encriptación y autenticación AES).
  • POPCNT.
  • RDRAND (Generador de números aleatorios).
  • SSE 4.1/4,2 (instrucciones vectoriales estrenadas desde Core 2 a 45nm).
  • VMFUNC (seguridad basada en hardware).

Silvermont trae también nuevas tecnologías como:

  • VT-x2 (mayor rendimiento en sistemas operativos invitados “virtualización”).
  • LBR Filtering y Real Time Instruction Tracing (depuración software/hardware en tiempo real mejorada).
  • SMEP (mayor seguridad a nivel sistema operativo).

El IGP Slvermont Graphics

Nueva arquitectura gráfica basada en Ivy Bridge Graphics, pero recortada a apenas 4 EUs (16 shader processors), especificaciones que aunque son 10 veces inferiores a los 40 EUs que traerán los IGP Haswell Graphics (40 EUs), son suficientes para mantener a los SoC Atom basados en Silvermont con un rendimiento gráfico superior al de los SoC Apple (según Intel).

Intel System Agent: El PCH integrado en los SoC Silvermont

Silvermont incluye un northbridge (o Platform Controller Hub “PCH”) ahora denominado System Agent, el cual está interconectado al CPU e IMC (controlador de memoria integrado), permitiendo a los componentes integrados en él (controlador USB, SATA, etc) un mejor y rápido acceso a la memoria principal.

Valleyview y Merrifield: Los primeros SoC Atom basados en Silvermont

Se espera que los futuros SoC Atom “Valleyview-T” (integrante de la plataforma Bay Trail-T para tablets) y Atom “Merrifield” (Atom para smartphones) serán los primeros SoC Atom basados en la micro-arquitectura Silvermont, de ellos el primero en llegar será Valleyview-T, del cual se espera que esté listo a tiempo para que los primeros dispositivos basados en él se vendan antes de la campaña navideña. Quizá Merrifield llegue a principios del próximo año.

Silvermont: ¿Un duro oponente para los SoC AMD Temash y ARM Cortex-A15/A57?

Quizá el mayor rival de Intel sean los SoC ARM basados en Cortex-A15, prometiendo un rendimiento que duplica al de los SoC Cortex-A15 a la vez que ofrece un consumo 4.3X inferior. Por lo que Intel espera que sus SoC Silvermont mono-módulo (doble núcleo) tendrán un rendimiento 60% superior al de los aún no lanzados SoC ARM Cortex-A15 cuádruple núcleo, además de ofrecer un consumo 2.4X menor.

 

 

 

 

Quizá en estos tiempos superar a Cortex-A15 no sea precisamente una gran proeza considerando que existen SoCs basados en Cortex-A15 desde fines del 2011, y que para el próximo año se esperan SoCs basados en el nuevo Cortex-A57, el cual promete un rendimiento hasta 50% superior al de Cortex-A15, por lo que al menos en teoría Silvermont sería también superior a Cortex-A57.

De ser ciertas las promesas de Intel, los futuros SoC Atom Valleyview y Merrifield serán productos que no tendrán rival en el segmento de los dispositivos portátiles como smartphones y tablets, además también en el segmento de los micro-servidores; ofreciendo también una muy dura competencia a los SoC AMD Temash y Kabini en estos últimos dos segmentos.

Quedan aún varios meses para comprobar cuanto de cierto hay en las promesas de Intel para Silvermont, pero aunque no se cumplan del todo, ello no quita que Silvermont convertirá al patito feo Atom en un furioso cisne dispuesto a aplastar a sus rivales.

Fuentes:
Intel’s Silvermont Architecture Revealed: Getting Serious About Mobile  (Anandtech)
The next Atom: Intel's Silvermont architecture revealed  (The Tech Report)

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