Skylake: Cpu, perché è più veloce

Esaminiamo le novità  per migliorare l’efficienza e l’esecuzione di istruzioni in parallelo.

Come abbiamo accennato, l’architettura base di Skylake è all’origine delle famiglie di processori che attraverso differenti caratteristiche tecniche, consumi, tecnologie e dimensioni del package mirano a soddisfare le esigenze specifiche di ogni settore del mercato. Così come già  avvenuto con Broadwell, anche l’architettura Skylake è disponibile in quattro versioni, ciascuna identificata da un suffisso: Skylake-Y, Skylake-U, Skylake-H e Skylake-S. Quest’ultima versione è quella che trattiamo in modo specifico in questo articolo, in quanto è alla base di tutte le soluzioni di classe desktop.

Quali sono i dati salienti delle quattro famiglie: Skylake-Y – package Bga 1515 (20,0 x 16,5 mm) – integra un processore dual core e il chipset per un consumo massimo di 4,5 watt; è pensato per i sistemi 2 in 1 (convertibili), i tablet e i Pc stick. Skylake-U – package Bga 1356 (42,0 x 24,0 mm) – integra un processore dual core e il chipset per un consumo di 15 o 28 watt a seconda della versione; è indirizzato ai notebook ultrasottili, a sistemi all-in-one trasportabili e ai mini Pc. Skylake-H – package Bga 1440 (42,0 x 28,0 mm) – integra processori quad core per un consumo massimo di 45 watt e deve essere affiancato da un chipset della serie 100; è pensato per notebook ad alte prestazioni e workstation portatili. Skylake-S – package Lga 1151 (37,5 x 37,5 mm) – integra processori dual o quad core con consumi da 35 a 91 watt, comprese le versioni K con moltiplicatori sbloccati per l’overclock e quelle T a basso consumo; è pensato per tutti sistemi desktop dai più economici a quelli top di gamma e deve essere affiancato da un chipset della serie 100. Tutti i modelli Skylake-S integrano un comparto grafico Intel HD Graphics 530 (GT2) di cui approfondiamo i dettagli.

le frequenze in ingresso nel processore sono due indipendenti: una è utilizzata per ottenere quelle del core e dei controller, l’altra è dedicata al bus Pci express 3.0.

A livello macroscopico Skylake ripropone lo schema che caratterizza le architetture Intel Core di precedente generazione: i blocchi costitutivi, legati tra loro attraverso un bus bidirezionale ad anello, sono i core x86, il core grafico, la cache di terzo livello, il controller di memoria, il system agent e i controller I/O; i progettisti sono intervenuti su tutti i blocchi funzionali apportando miglioramenti in termini di funzionalità , banda di trasmissione dati e consumi. A prima vista l’architettura Skylake potrebbe essere scambiata per una Haswell con aggiustamenti limitati i cui benefici sono difficili da estrapolare sulla carta. L’incremento di prestazioni medio è inferiore al 6% rispetto a Haswell e meno del 3% rispetto a Broadwell, mentre in generale ci si aspetta un incremento di prestazioni variabile tra il 5% e il 10% per ogni salto generazionale.

 

A livello architetturale, le ottimizzazioni apportate da Intel puntano a incrementare le prestazioni lavorando su due fronti diversi: il primo consiste nel ridurre il numero di cicli necessari per processare la stessa quantità  di istruzioni e dati, mentre il secondo consiste nel riuscire a processare contemporaneamente un maggior numero di informazioni. Skylake sfrutta entrambi questi approcci. Per prima cosa Intel ha incrementato le dimensioni della Out-of-order window del 16,7% rispetto a Haswell, innalzando così il numero di micro-ops (le istruzioni utilizzate dall’architettura per processare le macro istruzioni) che possono essere gestite in contemporanea. In secondo luogo è stata aggiornata l’unità  di front end che in Skylake è in grado di inviare alla coda di esecuzione fino a sei micro-ops per volta contro le quattro di Haswell; allo stesso modo anche il sistema di gestione della coda di esecuzione è ora in grado di distribuire fino a sei micro-ops per volta alle unità  di elaborazione. A questi elementi si aggiungono i miglioramenti apportati all’unità  di Branch Prediction (predizione delle biforcazioni del codice), i prefetch più veloci, i buffers out of order più ampi grazie ai quali ottenere un miglior parallelismo delle istruzioni e l’ottimizzazione del sistema Hyper-Threading. Anche le unità  di elaborazione (execution unit) hanno subito un processo di ottimizzazione che ha permesso di ridurre la latenza e di migliorarne l’efficienza energetica.

Altre modifiche importanti rispetto alla precedente generazione sono quelle relative all’eliminazione del Fivr (Fully Integrated Voltage Regulator, regolatore di tensione completamente integrato) e alle nuove mappature dei segnali di alimentazione e di quelli specifici per le frequenze operative. L’architettura Skylake riceve quattro segnali di alimentazione esterni: Vcore che alimenta i core e il Ring Interconnect, Vgt che alimenta la componente grafica, Vddq che alimenta il controller di memoria e la Vsa che alimenta la componente Uncore del System Agent.

l’etichetta indica tutti i dati del processore: famiglia (numero di core), generazione (Skylake è la 6), modello e tipo: K solo sui modelli per l’overclock e combinazioni di lettere per i modelli con grafica iris, ottimizzazione delle prestazioni e dei consumi.

Per quanto riguarda i segnali di clock l’architettura riceve due linee indipendenti. La prima fornisce la frequenza di base su cui operano in modo indipendente i moltiplicatori relativi alle componenti Cpu e Gpu.
Nel primo caso il moltiplicatore raggiungere il valore massimo di 83 e opera con incrementi di frequenza di 100 MHz, mentre nel secondo caso il moltiplicatore arriva a 60 e opera su incrementi di frequenza pari a 50 MHz. La seconda fornisce la frequenza base del bus Pci Express gestito direttamente dal processore in questo caso la frequenza può essere modificata intervenendo con variazioni di 1 MHz per volta.

Un’altra importante novità  introdotta da Intel con Skylake è la tecnologia Speed Shift che serve a gestire gli stati energetici (P-State) del processore. Sino a oggi i P-State sono stati gestiti dal sistema operativo, mentre la tecnologia Speed Shift ribalta l’approccio dando all’hardware del processore la capacità  di decidere autonomamente lo stato energetico da adottare in funzione del carico di lavoro.
Stando ai dati forniti da Intel questo permette di ridurre di 30 volte (da circa 30 millisecondi a solo un millisecondo) il tempo di passaggio da uno stato all’altro, con miglioramenti sensibili sulle prestazioni e sui consumi istante per istante. Speed Shift richiede però un sistema operativo capace di lavorare in modo sinergico con l’hardware di Skylake e al momento solo Windows 10 fornisce questo supporto.

Skylake, dopo Haswell-E nel segmento di fascia alta del mercato, è il secondo processore Intel che offre supporto alle memorie Ddr4; in questo caso il controller a doppio canale è compatibili sia con la tecnologia Ddr4 sia con quella Ddr3L a basso consumo che sarà  utilizzata prevalentemente in campo mobile.

LA PROVA DI INTEL SKYLAKE
La nuova architettura Skylake
L’esame della Cpu: perché è più veloce
Le funzionalità  della Gpu e l’accelerazione video
La piattaforma e le schede grafiche compatibili

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