[Перевод] Знакомьтесь, процессор Intel Core 6-го поколения (Skylake)

Процессоры Intel Core 6-го поколения (Skylake) появились в 2015 году. Благодаря целому ряду усовершенствований на уровне ядра, «системы на кристалле» и на уровне платформы, по сравнению с 14-нм процессором предыдущего поколения (Broadwell), процессор Skylake пользуется огромной популярностью в устройствах самых разных типов, предназначенных для работы, творчества и игр. В этой статье приводится обзор основных возможностей и усовершенствований Skylake, а также новые модели использования, такие как пробуждение по голосовым командам и вход в систему по биометрическим данным в ОС Windows 10.

Архитектура Skylake

Процессоры Intel Core 6-го поколения производятся по 14-нм технологии с учетом более компактного размера процессора и всей платформы для использования в устройствах разных типов. При этом также повышена производительность архитектуры и графики, реализованы расширенные средства безопасности. На рис. 1 показаны эти новые и улучшенные возможности. Фактическая конфигурация в устройствах ОЕМ-производителей может различаться.

Рисунок 1. Архитектура Skylake и сводка усовершенствований[1]

Основные направления развития процессоров

▍Производительность

Повышение производительности напрямую обусловлено предоставлением большего количества инструкций исполняющему блоку: за каждый тактовый цикл выполняется больше инструкций. Такой результат достигается за счет улучшений в четырех категориях [Ibid].

• Улучшенный внешний интерфейс. Благодаря более точному предсказанию ветвления и повышенной вместимости увеличивается скорость декодирования инструкций, упреждающая выборка работает быстрее и эффективнее.
• Улучшенное распараллеливание инструкций. За каждый такт обрабатывается больше инструкций, при этом параллельное выполнение инструкции улучшено благодаря более эффективной буферизации.
• Улучшенные исполняющие блоки (ИБ). Работа исполняющих блоков улучшена по сравнению с прежними поколениями за счет следующих мер:
  • Укорочены задержки.
  • Увеличено количество ИБ.
  • Повышена эффективность электропитания за счет отключения неиспользуемых блоков.
  • Повышена скорость выполнения алгоритмов безопасности.
• Улучшенная подсистема памяти. В дополнение к улучшению внешнего интерфейса, параллельной обработке инструкций и исполняющих блоков усовершенствована и подсистема памяти в соответствии с пропускной способностью и требованиями производительности перечисленных выше компонентов. Для этого использованы следующие меры:
  • Повышенная пропускная способность загрузки и сохранения.
  • Улучшенный модуль упреждающей выборки.
  • Хранение на более глубоком уровне.
  • Буферы заполнения и обратной записи.
  • Улучшенная обработка промахов страниц.
  • Повышенная пропускная способность при промахах кэша второго уровня.
  • Новые инструкции управления кэшем.

Рисунок 2. Схема микроархитектуры ядра Skylake

На рис. 3 показано улучшение параллельной обработки в процессорах Skylake по сравнению с процессорами прежних поколений (Sandy Bridge — второе, а Haswell — четвертое поколение процессоров Intel Core).

Рисунок 3. Улучшенное распараллеливание по сравнению с прежними поколениями процессоров

Благодаря усовершенствованиям, показанным на рис. 3, производительность процессора возросла на 60 % по сравнению с ПК пятилетней давности, при этом перекодирование видео осуществляется в 6 раз быстрее, а производительность графической подсистемы выросла в 11 раз.

Рисунок 4. Производительность процессора Intel Core 6-го поколения по сравнению с ПК пятилетней давности

1. Источник: корпорация Intel. На основе результатов процессоров Intel Core i5-6500 и Intel Core i5-650 в тесте SYSmark* 2014.
2. Источник: корпорация Intel. На основе результатов процессоров Intel Core i5-6500 и Intel Core i5-650 в тесте Handbrake с QSV.
3. Источник: корпорация Intel. На основе результатов процессоров Intel Core i5-6500 и Intel Core i5-650 в тесте 3DMark* Cloud Gate.

Подробные результаты сравнения производительности настольных ПК и ноутбуков см. по следующим ссылкам:

• Производительность настольных компьютеров
• Производительность ноутбуков

▍Экономия электроэнергии

Настройка ресурсов на основе динамического потребления

В устаревших системах используется технология Intel SpeedStep для балансировки производительности и расхода электроэнергии с помощью алгоритма подключения ресурсов по запросу. Этот алгоритм управляется операционной системой. Такой подход неплох для постоянной нагрузки, но неоптимален при резком повышении нагрузки. В процессорах Skylake технология Intel Speed Shift передает управление оборудованию вместо операционной системы и дает возможность процессору перейти на максимальную тактовую частоту примерно за 1 мс, обеспечивая более точное управление электропитанием[3].

Рисунок 5. Сравнение технологий Intel Speed Shift и Intel SpeedStep

Показатели ниже показывают скорость реагирования процессора Intel Core i5 6200U с технологией Intel Speed Shift по сравнению с технологией Intel SpeedStep.

• Скорость реагирования выросла на 45 %.
• Обработка фотографий на 45 % быстрее.
• Построение графиков на 31 % быстрее.
• Локальные заметки на 22 % быстрее.
• Средняя скорость реагирования выросла на 20 %.

Согласно результатам теста WebXPRT* 2015 компании Principled Technologies*, в котором измеряется производительность веб-приложений в целом и в отдельных областях, таких как обработка фотографий, создание заметок, построение графиков. Дополнительные сведения см. на сайте.

Дополнительная оптимизация электропитания достигается за счет динамической настройки ресурсов на основе их потребления: путем снижения мощности неиспользуемых ресурсов с помощью ограничения мощности векторных расширений Intel AVX2, когда они не используются, а также с помощью снижения потребляемой мощности при бездействии.

▍Мультимедиа и графика

Видеоадаптер Intel HD Graphics воплощает целый ряд усовершенствований с точки зрения обработки трехмерной графики, обработки мультимедиа, вывода изображения на экран, производительности, электропитания, возможности настройки и масштабирования. Это весьма мощное устройство в семействе встроенных в процессор графических адаптеров (впервые появившихся в процессорах Intel Core второго поколения). На рис. 6 сравниваются некоторые из этих усовершенствований, обеспечивающих повышение производительности графики более чем в 100 раз[2].

Рисунок 6. Возможности графической подсистемы в разных поколениях процессоров

Рисунок 7. Улучшение обработки графики и мультимедиа в разных поколениях

Микроархитектура 9-го поколения
Графическая архитектура 9-го поколения аналогична микроархитектуре графики 8-го поколения процессоров Intel Core Broadwell (5-го поколения), но улучшена с точки зрения производительности и масштабируемости. На рис. 8 показана блок-схема микроархитектуры поколения 9[8], состоящей из трех основных компонентов.

• Экран. С левой стороны.
• Вне среза. L-образная часть в середине. Включает поточный обработчик команд, глобальный диспетчер потоков и графический интерфейс (GTI).
• Срез. Включает исполняющие блоки (ИБ).

По сравнению с 8-м поколением микроархитектура 9-го поколения отличается более высокой максимальной производительностью на 1 Вт, повышенной пропускной способностью и отдельным контуром электропитания/тактов для компонента вне среза. Это позволяет более эффективно управлять электропитанием в таких режимах использования, как при воспроизведении мультимедиа. Срез является настраиваемым компонентом. Например, GT3 поддерживает до двух срезов (каждый срез с 24 исполняющими блоками), GT4 (Halo) может поддерживать до 3 срезов (цифра после букв GT означает количество исполняющих блоков на основе их использования: GT1 поддерживает 12 исполняющих блоков, GT2 — 24, GT3 — 48, а GT4 — 72 исполняющих блока). Архитектура допускает настройку в достаточно широких пределах, чтобы использовать минимальное количество исполняющих блоков в сценариях с низкой нагрузкой, поэтому потребление электроэнергии может составлять от 4 до более чем 65 Вт. Поддержка API графических процессоров 9-го поколения доступна в DirectX* 12, OpenCL 2.x, OpenGL* 5.x и Vulkan*.

Рисунок 8. Архитектура графических процессоров 9-го поколения

Подробнее об этих компонентах см. по адресу.
В число усовершенствований и возможностей обработки мультимедиа входят следующие[2]:

• Потребление менее 1 Вт, потребление 1 Вт при проведении видеоконференций.
• Ускорение воспроизведения необработанного видео с камеры (в формате RAW) с помощью новых функций VQE для поддержки воспроизведения видео RAW с разрешением до 4K60 на мобильных платформах.
• Новый режим New Intel Quick Sync Video с фиксированными функциями (FF).
• Поддержка широкого набора кодеков с фиксированными функциями, ускорение декодирования с помощью ГП.

На рис. 9 показаны кодеки графического процессора поколения 9.

Примечание. Поддержка кодеков мультимедиа и обработки может быть доступна не во всех ОС и приложениях.

Рисунок 9. Поддержка кодеков процессорами Skylake

В число усовершенствований и возможностей работы экрана входят следующие:

• Смешение, масштабирование, поворот и сжатие изображения.
• Поддержка высокой плотности пикселей (разрешение свыше 4K).
• Поддержка передачи изображения по беспроводному подключению с разрешением вплоть до 4K30.
• Самостоятельное обновление (PSR2).
• CUI X.X — новые возможности, повышенная производительность.

В процессорах Intel Core I7-6700K предусмотрены следующие возможности для геймеров (см. рис. 10). Также поддерживается технология Intel Turbo Boost 2.0, технология гиперпоточности Intel и возможность разгона. Прирост производительности по сравнению с ПК пятилетней давности достигает 80 %. Дополнительные сведения см. на этой странице.

Рисунок 10. Возможности процессоров Intel Core i7-6700K

1. Источник: корпорация Intel. На основе результатов процессоров Intel Core i7-6700K и Intel Core i7-875K в тесте SPECint*_rate_base2006 (коэффициент копирования 8).
2. Источник: корпорация Intel. На основе результатов процессоров Intel Core i7-6700K и Intel Core i7-3770K в тесте SPECint*_rate_base2006 (коэффициент копирования 8).
3. Описываемые возможности доступны в отдельных сочетаниях процессоров и наборов микросхем. Предупреждение. Изменение тактовой частоты и/или напряжения может: (i) привести к снижению стабильности системы и снижению срока эксплуатации системы и процессора; (ii) привести к отказу процессора и других компонентов системы; (iii) привести к снижению производительности системы; (iv) привести к дополнительному нагреву или к другим повреждениям; (v) повлиять на целостность данных в системе. Корпорация Intel не тестирует и не гарантирует работу процессоров с техническими параметрами, отличными от установленных.

▍Масштабируемость

Микроархитектура Skylake — это настраиваемое ядро: единая конструкция для двух направлений, одно — для клиентских устройств, другое — для серверов без ущерба для требований по мощности и производительности обоих сегментов. На рис. 11 показаны различные модели процессоров и их эффективность с точки зрения мощности для использования в устройствах разного размера и разных типов — от сверхкомпактных Compute Stick до мощных рабочих станций на основе Intel Xeon.

Рисунок 11. Доступность процессоров Intel Core для различных типов устройств

▍Расширенные возможности безопасности

Расширения Intel Software Guard Extensions (Intel SGX): Intel SGX — это набор новых инструкций в процессорах Skylake, дающий возможность разработчикам приложений защищать важные данные от несанкционированных изменений и доступа посторонних программ, работающих с более высоким уровнем прав. Это дает приложениям возможность сохранять конфиденциальность и целостность конфиденциальной информации [1], [3]. Skylake поддерживает инструкции и потоки для создания безопасных анклавов, позволяя использовать доверенные области памяти. Дополнительные сведения о расширениях Intel SGX см. на этой странице.

Расширения защиты памяти Intel (Intel MPX): Intel MPX — новый набор инструкций для проверки переполнения буфера во время выполнения. Эти инструкции позволяют проверять границы буферов стека и буферов кучи перед доступом к памяти, чтобы процесс, обращающийся к памяти, имел доступ лишь к той области памяти, которая ему назначена. Поддержка Intel MPX реализована в Windows* 10 с помощью встроенных функций Intel MPX в Microsoft Visual Studio* 2015. В большинстве приложений C/C++ можно будет использовать Intel MPX: для этого достаточно заново скомпилировать приложения, не изменяя исходный код и связи с устаревшими библиотеками. При запуске библиотек, поддерживающих Intel MPX, в системах, не поддерживающих Intel MPX (процессоры Intel Core 5-го поколения и более ранних), производительность никак не изменяется: ни повышается, ни снижается. Также можно динамически включать и отключать поддержку Intel MPX [1], [3].
Мы рассмотрели усовершенствования и улучшения архитектуры Skylake. В следующем разделе мы рассмотрим компоненты Windows 10, оптимизированные для использования преимуществ архитектуры Intel Core.

Новые возможности Windows 10

Возможности процессоров Intel Core 6-го поколения дополняются возможностями операционной системы Windows 10. Ниже перечислены некоторые основные возможности оборудования Intel и ОС Windows 10, благодаря которым платформы Intel под управлением Windows 10 работают эффективнее, стабильнее и быстрее[3].

^{Ϯ Ведется совместная работа Intel и Майкрософт для реализации дальнейшей поддержки в Windows}
Рисунок 12. Возможности Skylake и Windows* 10

▍Кортана

Голосовой помощник Кортана корпорации Майкрософт доступен в Windows* 10 и дает возможность управлять компьютером с помощью голоса после произнесения ключевой фразы «Привет, Кортана!». Функция пробуждения по голосовой команде использует конвейер обработки звука на ЦП для повышения достоверности распознавания, но можно передать эту функцию на аппаратный цифровой сигнальный процессор звука со встроенной поддержкой Windows 10[3].

▍Windows Hello*

С помощью биометрического оборудования и Microsoft Passport* служба Windows Hello поддерживает различные механизмы входа в систему с помощью распознавания лица, отпечатков пальцев или радужки глаз. Система без установки каких-либо добавочных компонентов поддерживает все эти возможности входа без использования пароля. Камера переднего обзора Intel RealSense (F200/SR300) поддерживает биометрическую проверку подлинности на основе распознавания лица[3].

Рисунок 13. Windows* Hello с технологией Intel RealSense

Фотографии на рис. 13 показывают, как реперные точки, обнаруженные на лице камерой F200, используются для идентификации пользователя и входа в систему. На основе расположения 78 реперных точек на лице создается шаблон лица при первой попытке пользователя войти в систему с помощью распознавания лица. При следующей попытке входа сохраненное расположение реперных точек, полученное камерой, сравнивается с сохраненным шаблоном. Возможности службы Microsoft Passport в сочетании с возможностями камеры позволяют добиться уровня безопасности с показателями ложного допуска в систему в 1 из 100 000 случаев и ложного отказа в допуске в 2–4 % случаев.

Ссылки

1. Новое поколение микроархитектуры Intel под названием Skylake, автор Julius Mandelblat
2. Новое поколение графической микроархитектуры Intel под названием Skylake, автор David Blythe
3. Архитектура Intel Skylake и Windows* 10 — лучше вместе, автор Shiv Koushik
4. Лучший процессор Intel
5. Тест производительности Skylake Desktop
6. Тест производительности Skylake Laptop
7. Вычислительная архитектура процессоров Intel Gen9