Первые аппаратные заплатки Intel против Spectre — для чипов Cascade Lake

В начале года общественность узнала о существовании в современных процессорах застарелых ошибок, связанных с принципами работы методов спекулятивных вычислений и делающих возможными атаки по сторонним каналам под общими именами Meltdown и Spectre. Теперь Intel на мероприятии Hot Chips 2018 официально объявила о том, что её процессоры Cascade Lake для сектора ЦОД получат аппаратные заплатки против этих уязвимостей и аппаратную поддержку скоростной кеш-памяти Optane в формате DIMM. Подобные же исправления поступят в настольные процессоры, но компания не сообщила пока конкретной информации на этот счёт.

14-нм чипы Cascade Lake будут противостоять процессорам AMD EPYC Rome, которые производится на 7-нм мощностях TSMC. На 2019 год Intel готовит новое семейство Cooper Lake, но и эти серверные процессоры будут выпускать на ещё одной модернизированной версии 14-нм техпроцесса. А 10-нм процессоры Ice Lake доберутся до серверного рынка лишь в 2020 году.

Существующие программные исправления приводят к снижению производительности, которая зависит от рабочей нагрузки, но аппаратные заплатки призваны уменьшить этот негативный эффект. В некоторых задачах производительность может упасть на 10 %, а в нагрузках, связанных с вводом-выводом и с активной работой накопителей — существенно сильнее. Стоит отметить, что в Cascade Lake будут аппаратно закрыты не все уязвимости, связанные со спекулятивными вычислениями.

Intel по-прежнему будет использовать комбинацию прошивки и программного обеспечения для некоторых уязвимостей. Например, для Spectre 1 будут применяться программные заплатки уровня ОС и менеджера виртуальной машины (VMM).  Для Spectre 2 — программно-аппаратные исправления, для Spectre 3 — только аппаратные. Spectre 3a и 4, а также выявленные позднее уязвимости будут требовать заплаток на уровне прошивки, ОС и VMM. Впрочем, аппаратные новшества могут быть полезны и для борьбы против других атак, связанных со спекулятивными вычислениями. Intel не раскрывает подробности о природе аппаратных заплаток, видимо, не желая давать козыри потенциальным злоумышленникам.

Процессоры Cascade Lake наследуют основные элементы дизайна семейства чипов Xeon Scalable: до 28-ядер (56 потоков), до 38,5 Мбайт кеша L3, новый интерфейс UPI (Ultra Path Interface), до шести каналов памяти, поддержка AVX-512 и до 48 линий PCIe. И да, они совместимы с той же контактной площадкой, что и существующие процессоры, так что обновление будет относительно простым.

Помимо аппаратных заплаток против Meltdown и Spectre главное новшество — использование улучшенного 14-нм++ техпроцесса. Intel заявляет, что обновлённые нормы печати кристаллов позволили ей повысить частоты, снизить энергопотребление и ввести целенаправленные улучшения в критически важных скоростных показателях чипа.

Intel также добавила поддержку новых инструкций VNNI (Vector Neural Network Instructions), которые оптимизируют работу с мелкими типами данных, обычно используемыми в процессах машинного обучения и принятия решений. Инструкции VNNI объединяют три команды в одну для повышения производительности Int8 (VPDPBUSD) и две инструкции — для увеличения скорости Int16 (VPDPWSSD).

Современные процессоры Intel Xeon Scalable не поддерживают высокоскоростную постоянную память 3D XPoint в формате модулей DIMM. Эти скоростные накопители под маркой Optane предназначены для установки в интерфейс DRAM, как обычные модули ОЗУ, но выпускаются ёмкостью 128, 256 и 512 Гбайт. Они позволяют сделать большой скачок в производительности ряда зависимых от скорости накопителей задач.