Intel „Broadwell“ im Detail: Loch im Mainboard für Core M

Im kleinen Kreis

Lediglich fünf Minuten von der ersten voll funktionsfähigen 300-mm-Wafer-Fabrik für 14-nm-Chips auf dem Ronler Acres in Hillsboro, Oregon, entfernt hat Intel in der letzten Woche ein Dutzend Medienvertreter über den aktuellen Stand der neuen Core M alias „Broadwell-Y“ oder auch „Broadwell-ULX“ informiert. ComputerBase war vor Ort und fasst die wesentlichen Details zusammen.

Einen großen Teil der Veranstaltung nahm neben den Änderungen an der Architektur auch die 14-nm-Fertigung ein, die in den letzten Monaten aufgrund der Verzögerung wiederholt für schlechte Presse sorgte.

Broadwell in 14 nm im Überblick

Zu Beginn der Veranstaltung bestätigte Rani Borkar, Vice President der Platform Engineering Group, die bereits bekannten Planungen für die zweite Generation von auf 3D-Transistoren (FinFET) basierten Prozessoren, die von Tablets und Notebooks über All-in-One-PCs und kleinen Servern bis hin zur High-End-Xeon-Sparte reichen werden. Produkte von kleinen SoCs für mobile Geräte bis hin zu High-Performance-CPUs für Datacenter sollen in 14 nm dafür Sorge tragen.

Intel will den zeitlichen Vorsprung in der Fertigung aber nicht mehr nur bei eigenen Produkten nutzen. Zu den bereits benannten Unternehmen, die die 14-nm-Verfahrensweise für ihre Chips gewählt haben, sollen in den kommenden Monaten noch einige weitere folgen, wurde am Rande der Veranstaltung bekannt. Dabei gaben sich die Mitarbeiter von Intel so offen wie selten zuvor: „Warum nicht die teure und derzeit beste Technik zu Geld machen!?“, hieß es aus dem Umfeld der Ingenieure.

Auch wenn damit noch nicht alle Dämme brechen, das im Jahr 2012 noch als nahezu unmöglich gehandelte Umdenken bei Intel, die eigene Fertigung externen Kunden anzubieten, wird bereits gelebt und wird weiter Zulauf finden.

Broadwell-Y für Tablets und Notebooks

Der erste Schritt wird mit dem neuen Markennamen „Core M“ vollzogen. Dahinter verbergen sich die bisher als Y-Modelle auf dem Markt verfügbaren CPUs, die auf eine geringe Leistungsaufnahme getrimmt werden und so für Tablets und dünne Notebooks geeignet sind. Als Zielvorgabe für die „Broadwell-Y/ULT“ (Core M) definierte Intel drei wesentliche Punkte:

1. ein dünner und leichter Formfaktor
2. keine Kompromisse bei der Leistung
3. eine verbesserte Akku-Laufzeit der Geräte

Für die Praxis heißt dies, dass erstmals lüfterlose Produkte mit einer Dicke von weniger als 9 mm ermöglicht werden, die auf einem Core-Prozessor basieren. Dafür hat Intel die TDP der „Broadwell-Y“ im Vergleich zu „Haswell-Y“ mehr als halbiert. Exakte Zahlen nennt der Hersteller noch nicht und hebt sich diese für den Start in gut vier Wochen auf. Ebenfalls halbiert wurde die Fläche des gesamten Chips, das Package schrumpft um 50 Prozent, die Höhe immerhin noch um weitere 30 Prozent, auch wenn sich Intel dort eines Tricks bedient. Details später.

Um die Optimierungen bei der Energieeffizienz zu erreichen, hat Intel in diversen Punkten nachgebessert. Das fängt bei den CPU-Kernen an, wird über den gesamten UnCore-Bereich fortgesetzt und reicht bis hin zum Chipsatz, der zwar weiterhin in 32 nm gefertigt wird, aber komplett neu aufgelegt wurde. Doch auch an der eigentlichen Stromversorgung über die Fully Integrated Voltage Regulator (FIVR), mit der die überarbeitete Prozessorkerne, die verbesserte Grafikeinheit, der L3-Cache und die anderen I/O-Komponenten gespeist werden, wurde geschraubt. „Broadwell“ verfügt noch über die von „Haswell“ bekannte Stromversorgung, „Skylake“ wird hingegen wieder darauf verzichten.

CPU-Architektur

Die Prozessorkerne bilden in ihrer Überarbeitung den Grundstein der neuen Prozessoren. Dabei setzt Intel das Tick-Tock-Modell fort: Im Rahmen einer neuen Fertigung werden lediglich die vorangegangene Architektur um Schwachstellen bereinigt sowie Engpässe verbreitert, sodass am Ende eine höhere IPC als beim Vorgänger vermeldet werden kann – der große Schritt ist die neue Fertigung.

Zum Einsatz kommt wie in der letzten Generation das Prinzip des Converged Core. Dies bedeutet, dass ein einziges Design der Prozessorkerne in allen Varianten der CPUs zum Einsatz kommen wird, vom Dual-Core-Modell für Tablets bis hin zu „Broadwell-EP“ mit 18 und mehr Kernen und riesigem L3-Cache.

Entlocken ließ sich Intel zu den genauen Überarbeitungen der Prozessorkerne allerdings nur wenig. Angefasst hat der Hersteller wie bei jeder Generation die Sprungvorhersage (Branch Prediction), denn dort bietet sich ein großer Spielraum für Optimierungen. Denn immer wenn ein Sprung (engl. Branch, eine „auf Verdacht“ ausgeführte Berechnung) falsch vorher gesagt wird, muss die gesamte Pipeline geleert werden. Dies reduziert nicht nur die Performance, auch bereits investierte Energie geht verloren.

In vielen weiteren Bereichen wurden Optimierungen von „Haswell“ gegenüber „Ivy Bridge“ noch einmal weiter ausgebaut. Der seinerzeit beispielsweise schon vergrößerte L2-TLB wächst um nochmal 50 Prozent von 1.000 auf 1.500 Einträge. Hinzu kommen auch neue Instruktionen, allerdings nicht einmal eine Handvoll (ADCX, ADOX, RDSEED, PREFETCHW) und dann primär zu Kryptografie-Zwecken.

Am Ende steht laut Intel eine um mehr als fünf Prozent verbesserte IPC im Vergleich zu Haswell. Damit soll die neue Generation eine leicht höhere Steigerung als von „Sandy Bridge“ auf „Ivy Bridge“ bieten, so Intel. Was unterm Strich im Alltag davon übrig bleibt, werden unabhängige Tests zeigen müssen.

GPU-Architektur

Im Bereich der Grafikeinheit hat Intel in den letzten Jahren so viel investiert wie nie zuvor. Nicht ohne Grund, denn während Intel bei den CPUs führend war, hatte der Konzern bei den integrierten Grafikeinheiten deutlich das Nachsehen. Mit Haswell warf Intel sogar einen schnellen auf dem Package integrierten eDRAM ins Feld.

Die Grafikeinheit von „Broadwell“ wird gegenüber „Haswell“ nun erneut aufgebohrt. Die größte Änderung ist der zusätzliche sogenannten Sub-Slices, der für die Execution Units und den Datendurchsatz sorgt.

Auch wenn das Grundprinzip nahezu identisch bleibt, hat Intel auch bei der Grafikeinheit an der Architektur gefeilt, sodass die Leistung in nahezu allen Bereichen zulegen soll. Sie wird erneut nach oben skalierbar sein, der Grundstein für alle Grafiklösungen (GT1, GT2, GT3 und GT3e) ist identisch. Dank der 14-nm-Fertigung wird der Lösung zudem ein größerer Taktbereich ermöglicht – konkrete Zahlen will Intel jedoch erst später liefern.

An der Feature-Front bietet Intel die aktuell gängigen Standards. DirectX 11.2 wird auf Feature-Level und damit auf AMD-Niveau unterstützt, OpenCL ist mit den aktuellen Standards 1.3 und 2.0 dabei, OpenGL 4.3 ebenfalls. 4K-Unterstützung gibt es auch für die kleinsten „Broadwell“-Modelle, bei den nativen Grafikausgängen bleibt es jedoch bei HDMI 1.4a sowie DisplayPort 1.2.