40 лет Intel IDC: от ЦП 8088 до ускорителя нейронных сетей

Хотя мы привыкли называть компанию Intel американской, на самом деле это глобальная международная корпорация. И дело не только в том, что ее продукция используется в информационных системах практически в каждом уголке планеты. Гораздо важнее, что в ее производстве и, главное, разработке участвуют специалисты по всему миру. Особенно четко это осознаешь, побывав в Israeli Development Center (IDC) в Хайфе, ведь именно здесь, прямо скажем достаточно далеко от головного офиса в США, были разработаны многие хорошо известные нам процессоры и платформы компании. 

Впрочем, IDC занимает особое место среди всех исследовательских центров компании — это первая такая структура, созданная Intel за пределами соединенных штатов. История IDC начинается в 1974 году, когда совсем молодая еще компания одобрила инициативу по созданию инженерного центра в Хайфе, недалеко от главного технического университета страны. Сейчас это место стало практически “кремниевой долиной Израиля”, здесь помимо Intel размещены представительства многих крупнейших мировых ИТ-компаний. Стоит отметить, что к настоящему моменту присутствие Intel в Израиле уже не ограничивается только лишь IDC — структуры компании расположились в пяти разных городах. Причем теперь это в том числе и фабрика по производству процессорных кристаллов в Кирьят Гате — одна из двух (вторая расположена в США), выпускающих продукцию по 10-нм проектным нормам. Но подробнее об этом ниже. 

На момент создания IDC количество сотрудников центра можно было в прямом смысле сосчитать по пальцам одной руки — их было пятеро. Уже через 10 лет, в 1984 году, эта цифра увеличилась на два порядка, до полутысячи человек. А сейчас разработкой новых продуктов Intel в Израиле занимаются уже 7 300 человек. Всего же на компанию в стране работают почти 13 000 сотрудников из которых только треть — 4 400 человек — на производстве. По некоторым оценкам проекты Intel создали еще 45 000 рабочих мест по всей стране, на нее приходится $3,9 млрд или около 7,5% всего экспорта технологических товаров Израиля. 

Возвращаясь к истории IDC стоит вспомнить еще одну важную веху — именно здесь был разработан 16-битный микропроцессор 8088, представленный компанией ровно 40 лет назад — 1 июля 1979 года. С тех пор в IDC родились многие знаковые продукты компании, среди которых такие как Pentium MMX, супер-успешная мобильная платформа Centrino, надолго определившая направление развития портативных ПК, первые двухъядерные ЦП компании, а также процессорные ядра практически всех поколений 22- и 14-нм эры. Сейчас компания активно осваивает 10-нм технологический процесс и предметом особой гордости сотрудников IDC является тот факт, что процессоры Core десятого поколения (Ice Lake), первый крупносерийный 10-нм продукт компании для массового рынка, разработаны именно здесь. Без сомнения, наличие “под рукой” соответствующих производственных мощностей позволяет внедрять эти разработки максимально эффективно. 

На представленной сравнительно недавно — в начале лета — платформе Ice Lake стоит остановиться подробнее. Освоение нового технологического процесса началось с  решения для мобильного сегмента: тонких и лёгких ноутбуков и трансформируемых устройств. Это неудивительно, ведь уменьшение проектных норм всегда сопряжено с понижением энергопотребления. Модельный ряд Ice Lake представлен процессорами Core 10-го поколения и включает разнообразные версии от Core i3 до Core i7, предусмотрены две различных модификации процессоров — с тепловым пакетом 9 и 15 Вт. Новинка основывается на микроархитектуре Sunny Cove и оснащается новым графическим движком 11-го поколения (Gen11).

В новых чипах скрыты многочисленные усовершенствования, сделанные на архитектурном уровне, а также реализованы новые возможности коммуникации. Процессоры Ice Lake привносят с собой первое за долгое время масштабное обновление микроархитектуры процессоров Core. Используемые ядра Sunny Cove увеличивают ширину исполнительного домена, позволяя обрабатывать до 5 команд одновременно, а кроме того обладают увеличенными объёмами кеш-памяти и более глубокими внутренними структурами данных, а также предлагают усовершенствованные алгоритмы предсказания ветвлений.  Кроме того, в новых процессорах Intel добавила поддержку более быстрой памяти: LPDDR4X-3733 и DDR4-3200 с пропускной способностью до 60 Гбайт/с. 

В сумме всё это даёт примерно 18-процентное увеличение показателя IPC (числа исполняемых за такт инструкций) по сравнению с процессорами прошлого поколения, построенными на ядрах с микроархитектурой Skylake.

Встроенное в новые процессоры графическое ядро Intel Iris Plus, построенное на базе архитектуры 11 поколения также отличается значительными усовершенствованиями. Благодаря росту числа исполнительных устройств до 64 штук игровая производительность по сравнению с UHD Graphics 620 выросла примерно вдвое, что теперь позволяет исполнять популярные игры в разрешении 1080p с производительностью от 30 до 60 кадров в секунду. Кроме того, в новой графике появилась поддержка адаптивной частоты обновления экрана (Adaptive Sync). Вместе с этим значительно увеличена производительность кодирования и декодирования видео, что должно позволить без проблем воспроизводить и обрабатывать видеоконтент в 4K-разрешении.

Кроме того система-на-чипе Ice Lake предлагает лучшие в своем классе возможности подключения. В платформе впервые реализована поддержка интегрированного интерфейса Thunderbolt 3 и интегрированного адаптера беспроводной сети Intel Wi-Fi 6 (Gig+). Предложенная реализация Wi-Fi обеспечивает скорость беспроводной передачи до 1,7 Гбит/с, что превышает даже скорости типичной домашней проводной сети. Встроенный же контроллер Thunderbolt 3 рассчитан на поддержку до четырёх портов.

В архитектуре процессоров появилось два важных нововведения, нацеленных на работу с задачами искусственного интеллекта. Во-первых, поддержка специальных векторных целочисленных инструкций DL Boost (Deep Learning Boost) для решения задач глубокого обучения, и во-вторых, специальный выделенный логический блок Gaussian Neural Accelerator для улучшения производительности в задачах искусственного интеллекта. 

Именно эти — связанные с алгоритмами Искусственного Интеллекта — улучшения легли в основу еще одного продукта, разработанного в стенах IDC и представленного совсем недавно, в конце июня — основанного на модифицированной платформе Ice Lake ускорителя нейронных сетей Nervana Neural Network Processor for Inference (NNP-I). 

В Nervana сокращено количество вычислительных ядер, а вместо них на кристалле размещены специализированные ИИ-блоки и универсальные цифровые сигнальные процессоры (DSP). Модули Nervana выпускаются в форм-факторе карт M.2 и предназначены для установки в Xeon-серверы в качестве плат расширения. Актуальные спецификации M.2 не разрешают использовать питание с потреблением свыше 15 Вт, но для Ice Lake этого вполне достаточно. Nervana Neural Network Processor for Inference разрабатывается совместно с фактически одним ключевым заказчиком — компанией Facebook, которая и получит первой готовые модули, однако Intel готова поставлять его и другим компаниям. Не сомневаемся, что это одно из самых перспективных решений компании, которое, возможно, со временем вырастет в отдельное продуктовое направление.  

Примечательно, что практически один и тот же — с точки зрения архитектуры и реализации в кремнии — продукт может быть использован и конечными пользователями в массовых мобильных устройствах, и огромными корпорациями в центрах обработки данных. Причем использован для выполнения очень разных по сути функций. Так что заканчивая разговор о Ice Lake и о других создаваемых в стенах IDC решениях, стоит отметить универсальность предлагаемых разработчиками  Intel  технологий. Ну а мы, разумеется, с нетерпением ждем анонса нового, ориентированного на 10-нм технологический процесс, поколения процессоров для настольных ПК. Хотя эти разработки и остаются до поры под завесой тайны, мы почти уверены, что именно сотрудники Israeli Development Center уже работают над ними.