Немного истории
47 постов
Технологии: "INTEL" провал старой архитектуры
У компании Intel получилось, как у Чебурашки из мультфильма - мы строили-строили, и наконец построили. Вернее, наклепали брака и опозорились на весь мир. Практически все владельцы процессоров Intel 13-х и 14-х поколений, которым выпала торжественная честь их эксплуатировать, спустя год-два их использования стали проклинать Intel на чём свет стоит. Причиной этих проклятий в адрес компании явился преждевременный массовый выход из строя этих чудо-процессоров.
Да, именно выход из строя, а не нестабильная работа, как это любит преподносить сама Intel и её многочисленные фанаты. Давайте уже называть вещи своими именами. Если процессор становится неспособен выполнять свои задачи с необходимым качеством, то он неисправен. Здесь всё просто – либо исправен, либо неисправен.
А как их рекламировали! У 13-го поколения в играх производительность выше на 24%, в однопотоке на 15%, в многопотоке на 41%, при обработке фото и видео на 34%.
Маркетологи Intel отработали на отлично, завернули этот брак в красивую праздничную обертку. А через год-два эта обертка слезла и под ней вместо процессора оказалась гнилая тыква. В общем, технари со своей задачей не справились.
Первое время Intel проблему преждевременного выхода из строя процессоров признавать не хотела. Но когда претензии по неисправностям начали расти, как снежный ком, Intel пришлось признать эту проблему. И в сентябре 2024 года компания сообщила, что причиной является повышенное рабочее напряжение процессора, которое он же сам ошибочно и запрашивает.
Список процессоров 13-го и 14-го поколений подверженных браку
То есть, при той или иной вычислительной нагрузке на процессор, он всегда запрашивает от материнской платы напряжение питания значительно выше необходимого. Так заявляет Intel. Из-за этого процессор за короткий промежуток времени деградирует до неработоспособного состояния.
Intel заявляет, что этой напасти можно избежать путем обновления BIOS, в микрокод которого внесены соответствующие исправления уменьшающие напряжение питания. Но дело в том, что процессорам, которые уже успели поработать с повышенным напряжением этот «костыль» уже не поможет, поскольку необратимые процессы разрушения в процессоре уже произошли.
И проблема в процессорах находится на физическом уровне, так как микрокод управляющий напряжением питания прошит в самом процессоре. И перепрошить его уже нельзя, да и зачем у полудохлого процессора это делать. А можно только заменить на новый процессор с «правильным» микрокодом.
Но неужели опытные инженеры Intel так легко прошляпили эти ошибочные запросы на критически высокое напряжение? Может дело совсем в другом, и это было сделано умышленно. Постараюсь сейчас это объяснить, для этого вспомним немного хронологию развития процессорной архитектуры. Кому это не особо интересно, можно сразу перейти ниже по тексту к описанию 12-го поколения Alder Lake и далее.
Немного истории
В конце 2008 года звезды удачно сошлись над компанией Intel и миру был явлен новый процессор с прорывной на то время архитектурой Intel Core.
Процессор 1-го поколения Nehalem на новой архитектуре Intel Core
В отличие от предыдущих «склеек» двух кристаллов Core 2 Duo под одной крышкой в процессорах Core 2 Quad, новая архитектура не имела их глобальных недостатков. Таких, как обмен данными между процессором и оперативной памятью через северный мост, который имел низкую пропускную способность и фактически не мог реализовать весь потенциал оперативной памяти. И потому с таким «узким бутылочным горлышком», увеличение производительности этих ядер не имело никакого смысла.
Nehalem – все лучшее теперь впереди
В новой же архитектуре Intel Core 1-го поколения Nehalem северный мост был интегрирован в сам процессор. Линии связи процессора с оперативной памятью уменьшились и между ними стала использоваться новая шина связи «QuickPath Interconnect» с пропускной способностью до 25.6 ГБ/c, что было в два раза больше, чем у топовых процессоров с северным мостом, расположенным на материнской плате. Благодаря чему скорость обмена данными между процессором и оперативной памятью значительно возросла.
Сами же ядра процессора стали располагаться на одном цельном кристалле, что позволило увеличить скорость обмена данными между его ядрами. Была внедрена полноценно работающая технология многопоточности Hyper-Threading, которая дала ядрам возможность обрабатывать два потока данных. В предыдущих процессорах были лишь жалкие малоэффективные попытки использования этой технологии. Добавилась кэш-память 3-го уровня (L3), которая значительно увеличила быстродействие. У предшественника, Core 2 Quad, была кэш-память только первого (L1) и второго (L2) уровней.
Не менее важной явилась новая технология Turbo Boost, благодаря которой частота некоторых ядер динамически повышалась при увеличении на них вычислительной нагрузки. Добавлена поддержка набора новых инструкций SSE4.2.
Однако эти новшества не смогли в полной мере реализовать потенциальные возможности новой архитектуры Intel Core. И потому у неё остался большой модернизационный потенциал, который предполагал очень оптимистичный прирост производительности в последующих поколениях процессоров Intel Core.
Sandy Bridge – большой прогресс налицо
И во 2-м поколении процессоров Sandy Bridge представленных в начале 2011 года производительность ожидаемо увеличилась до значимых 20%. Я умышленно называю Sandy Bridge новым поколением процессоров, а не новой архитектурой. Поскольку считаю, что в данном случае это лишь модернизация и улучшение одной единственной архитектуры Intel Core в последующих поколениях процессоров.
В Sandy Bridge была проведена большая работа по модернизации архитектуры. Топовые модели имели четыре ядра и восемь потоков. Для соединения ядер с кэш памятью и графическим ядром была использована новая скоростная кольцевая шина с шириной 256 бит и скоростью обмена до 96 Гбит/c, что в несколько раз быстрее, чем у процессоров предыдущего поколения Nehalem.
Структурная схема процессора 2-го поколения Sandy Bridge
Эта шина позволяла обеспечить обмен с необходимой скоростью аж 20 ядер процессора. Это решение оказалось удачным и использовалось без значимых улучшений и в последующих поколениях процессоров. Появилась поддержка новых 256-битных мультимедийных инструкций AVX.
Это был успех Intel, который AMD и не снился. Именно в Sandy Bridge было заложено много принципов работы, которые стали стандартными, и по сей день используются в большинстве процессоров Intel.
Ivy Bridge – Intel уверенно движется вперед
В 2012 году вышли процессоры 3-го поколения Ivy Bridge. Они имели поддержку 3-го поколения шины PCI-E, в отличие от предыдущего поколения процессоров со 2-м поколением шины.
Встроенная графика стала более производительная. Топовые модели также имели четыре ядра и восемь потоков. Техпроцесс уменьшился с 32 до 22 нм, и впервые в этом поколении процессоров, Intel отказалась от 2D транзисторной топологии в пользу трехмерной топологии 3D (Tri-Gate). Это позволило снизить энергопотребление до 50% на ту же производительность. Общий прирост производительности по отношению к предыдущему 2-му поколению составил 10-15%. Что явилось хорошим результатом.
Haswell – легенда своего времени
В 2013 году Intel явила миру 4-е поколение процессоров Haswell. У них появилась поддержка новых 256-битных мультимедийных инструкций AVX2 и двенадцатой версии DirectX графическим ядром. Техпроцесс остался прежним 22 нм. Скорость обмена данными между ядрами с кэш памятью увеличилась. Топовые процессоры всё также имели 4 ядра и 8 потоков. Прирост производительности составил до 20%.
Флагманы i7-4770k и i7-4790k были одними из лучших в прошлом десятилетии. Последний вообще был легендой того времени и оставался актуальным длительное время, несмотря на выход нескольких последующих поколений. Его потребление составляло смешные по нынешним меркам 88 Вт.
Пожалуй, 4-е поколение было последним успешным творением Intel. Дальше дела у компании начали стремительно ухудшаться, ибо модернизационный потенциал архитектуры Intel Core в 4-м поколении процессоров был уже практически полностью исчерпан.
Broadwell – самые неудачные процессоры
Выпущенные в начале 2015 года процессоры 5-го поколения Broadwell оказались неудачными. Их модельный ряд был очень скудным, объемы продаж низкими. Broadwell являлся всё тем же 4-м поколением, но перенесенным на более тонкий техпроцесс с 22 на 14 нм. Пользователи отказывались переходить на процессоры 5-го поколения, так как производительности 4-го поколения полностью хватало для любых вычислительных нагрузок.
С выходом 5-го поколения у Intel началась череда неудач. Выжимать из архитектуры Intel Core увеличение производительности становилось все труднее и труднее, модернизационный потенциал архитектуры практически исчерпал себя.
Именно это поколение, можно считать в истории Intel переломным моментом, после которого компания, набирая скорость понеслась вниз ко дну. Пока только понеслась, но дно ещё не пробила.
Skylake - DDR-3 и DDR-4, два в одном, но вышло плохо
В сентябре 2015 года вышло 6-е поколение процессоров – Skylake изготавливаемые все по тому же 14 нм техпроцессу. При их проектировании Intel решила усидеть на двух стульях, реализовав одновременно поддержку двух стандартов оперативной памяти DDR-3 и DDR-4. Для этого инженеры «вкорячили» в процессор контроллер оперативной памяти поддерживающий два этих стандарта. Ну а в остальном это очередная оптимизация предыдущего поколения. Количество ядер у топовых моделей i7 6700 составляет четыре, как и прежде.
Структурная схема процессора (с одновременной поддержкой памяти стандарта DDR-3 и DDR-4)
Популярности эти процессоры не имели по нескольким причинам. Во-первых, их использование с памятью DDR-3 не давало существенного прироста производительности. Этот прирост не оправдывал затрат на приобретение такого процессора и новой материнской платы. А материнскую плату нужно было обязательно приобретать новую, поскольку сокет этого процессора LGA 1151 не совместим с сокетом предыдущего поколения.
Во-вторых, использование процессора с памятью DDR-4 хоть и давало относительно неплохой прирост производительности, но было дорогим решением. Материнки, поддерживающие память DDR-4, были значительно дороже поддерживающих DDR-3. И сама оперативная память была еще дорогая.
Kaby Lake – прогресс остановился
В январе 2017 года вышло 7-е поколение Kaby Lake. Это незначительная оптимизация предыдущего поколения. Даже поддержку устаревающей памяти DDR-3 у контроллера памяти не «открутили», все так и оставили. Техпроцесс всё тот же 14 нм. Количество ядер у топовых моделей процессоров осталось прежним, равным четырем.
Coffee Lake – AMD наступает на пятки, нужно что-то делать
В октябре того же 2017 года вышло уже 8 поколение Coffee Lake. К выходу этого поколения компания AMD выпустила кардинально новые процессоры Ryzen, которые начали здорово наседать на Intel. И теперь Intel зашевелилась и начала «прикручивать» в своих процессорах дополнительные ядра.
Это дало увеличение производительности до приличных теперь 30%, еще раз подтверждая, что решительный шаг вперед – это результат хорошего пинка в зад. Топовые процессоры i7 стали иметь 6 ядер и 12 потоков. Процессоры линейки i5 также имели 6 ядер, но без гиперпоточности, то есть 6 потоков. Техпроцесс без изменений, 14 нм.
Coffee Lake Refresh – ещё больше ядер, лишь бы Ryzen не догнал
Через год, в октябре 2018 года вышло 9 поколение Coffee Lake Refresh. В надежде опередить AMD и восстановить свое первенство в процессоростроении, Intel и дальше продолжила «прикручивать» ядра в своих процессорах.
Ещё больше ядер
Для этого она переработала кольцевую шину, обеспечивающую обмен данными между ядрами, кэш памятью, контроллером памяти, графическим ядром. Её производительности теперь стало хватать для обслуживания более чем 4-х ядер. У топовых процессоров индекс изменился с i7 на i9, количество ядер увеличилось уже до 8-и с 16 потоками, прирост производительности составил порядка 30%. У линейки i7 также стало 8 ядер, но без гиперпоточности (8 ядер, 8 потоков). У i5 стало 6 ядер, так же без гиперпоточности.
Comet Lake – нас не догонишь…..
В мае 2020 года вышло 10 поколение Comet Lake – детище священной войны с AMD. Решение Intel ожидаемо – происходит дальнейшее увеличение ядер и потоков. Линейке топовых i9 процессоров «прикрутили» еще ядра, теперь у них стало 10 ядер и 20 потоков. А всем остальным линейкам, за исключением Celeron, «включили» гиперпоточность, которой не было в некоторых линейках у предыдущего поколения. И опять новый сокет, и новые материнские платы. Хоть AMD и кусает уже Intel за пятки, но последние не забывают заставлять пользователей менять материнки. Техпроцесс без изменений, всё тот же 14 нм.
Rocket Lake – достойный процессор
В марте 2021 году вышло 11 поколение Rocket Lake – это последнее поколение, которое выпускалось по 14 нм техпроцессу и по совпадению, последнее удачное решение Intel.
Прирост производительности по отношению к предыдущему поколению составил 15-30%. Этого удалось добиться благодаря увеличению IPC – количества инструкций, которое процессор мог выполнять за один такт. Также был усовершенствован контроллер оперативной памяти, который стал обладать большей пропускной способностью, и позволял работать с более высокочастотной памятью. Появилась поддержка PCI-E 4-й версии. Это позволило процессору работать с устройствами, поддерживающими этот протокол без потери производительности.
Особой популярностью пользовался среднебюджетный процессор Core i5-11400, который имел приемлемую стоимость и хорошую производительность, которой хватало и для игр с высокими настройками графики и для тяжелых приложений.
Alder Lake – начало конца компании
В ноябре 2021 года вышло сие чудо – 12 поколение Alder Lake с сомнительным техническим решением – гибридной топологией ядер процессора. Процессор теперь состоял из разных по производительности ядер, производительных Р-ядер и энергоэффективных Е-ядер не поддерживающих гиперпоточность. Такое техническое решение получившее дальнейшее развитие в последующих поколениях оказалось для Intel провальным.
Процессор с производительными Р- ядрами и энергоэффективными Е-ядрами
Зачем в десктопных компьютерах, где электроэнергия неограниченно поступает из сети, нужны процессоры с энергоэффективными ядрами? Учитывая, что, например, видеокарта RTX 4090 легко может потреблять до 500 Вт. Какие там единицы, пусть даже десятки Ватт Intel собралась экономить в десктопах, зачем, для чего?
Причина же кроется в том, что Intel не смогла запихнуть в свои процессоры только производительные ядра, а очень хотела бы. Эти ядра банально не влезли в установленный теплопакет, и кроме того, для их размещения требовался кристалл, имеющий большую площадь. Поэтому пришлось некоторую их часть заменить на ущербные низкопроизводительные ядра, несущие гордое название – энергоэффективные. Их можно было впихивать гораздо больше. Так сказать, для количества, для красивой картинки. Потребителю нужно было показать большое количество ядер, как у Ryzen-ов. Пусть даже они будут ущербными, количество ядер рулит.
Да и возможности внутренней шины обмена данными уже были исчерпаны, большое количество производительных ядер она уже не «вывозила», а с энергоэффективными справлялась за милую душу.
Из-за новой гибридной топологии ядер возникли дополнительные неприятные проблемы. Дело в том, что планировщик операционной системы должен правильно распределять вычислительную нагрузку между производительными и энергоэффективными ядрами. А в этом до сих пор имеются определенные проблемы. Windows 10 и предыдущие её версии вообще не были предназначены для работы с гибридными процессорами, а потому они не способны правильно распределять нагрузку между «разносортными» ядрами.
В Windows 11 уже появился «костыль» под названием Thread Director, который должен правильно распределять нагрузку между ядрами, но и он работает плохо. Задумка вроде хорошая. Планировщик, используя технологию Thread Director должен непрерывно получать от процессора информацию о загрузке его ядер, их энергопотреблении, исполняемом коде, температурах ядер и на основании этих данных правильно распределять нагрузку. Но реализация, как это часто бывает отвратительная, технология эта еще сырая и недоработанная. Доходило до смешного, сама Intel рекомендовала при проблемах в играх отключать Е-ядра. Сама их туда «вкорячила», за них получила деньги и теперь рекомендует их отключить. Забавно.
Техпроцесс уменьшился до 10 нм. Появилась поддержка стандарта памяти DDR-5, но при этом оставили поддержку DDR-4, такое Intel уже проделывала и в предыдущих поколениях. Топовая линейка процессоров i9 имела 8Р и 8Е-ядер, линейка i7 имела 8Р и 4Е-ядра, а бюджетные линейки не имели Е-ядер вообще.
Еще это поколение прославилось новым сокетом LGA1700, который быстро деформировался, что зачастую приводило к пропаданию контактов процессора с сокетом. При этом ещё и деформировался процессор.
Искривление основания процессора на сокете LGA1700
Raptor Lake – Intel несется ко дну
В конце 2022 года вышло 13-е поколение Raptor Lake. Потребителю нужно было дать новый продукт и постараться не отдать лидерство AMD. Но модернизационный потенциал архитектуры Intel Core был уже полностью исчерпан. Всё что Intel смогла оптимизировала, тактовые частоты выгнала до предела. Но что-то же нужно было сделать в новом поколении, например, еще хоть немного поднять частоты и увеличить количество ядер. Это было бы для потребителя неоспоримым фактом совершенно другого процессора с новой архитектурой.
Именно так Intel и сделала. Но как ничего не оптимизируя в архитектуре процессора, суметь поднять его тактовую частоту, если частота и напряжение питания уже и так имеют предельные значения? Правильно, нужно ещё увеличить напряжение питания, пусть даже оно будет выше допустимого значения. Intel прекрасно знала, что такое безумное решение неминуемо приведет к катастрофически быстрой деградации и преждевременному выходу процессоров из строя. Но другого выхода у компании не было. Intel рассчитывала, что процессоры будут успевать отработать установленный гарантийный срок без заметной деградации, но она очень сильно просчиталась.
В результате чего, уже в 2023 году, задолго до окончания гарантийного срока, счастливые обладатели этих процессоров воочию увидели результат быстрой деградации и начали сталкиваться с большими проблемами. Многие игры попросту не хотели запускаться на топовых линейках этих процессоров, выдавая различные ошибки. В феврале 2024 года компания Epic Games открыто обвинила Intel в сбоях игр на движке Unreal Engine.
Забавно, что для устранения подобных сбоев Intel даже предложила пользователям уменьшать тактовую частоту и напряжение питания, то есть банально вернуться к предыдущему 12-у поколению, получив от пользователей при этом деньги за 13-е. Это первый процессор в истории Intel с таким беспрецедентным количеством брака.
Причем эти проблемы не затрагивали бюджетные младшие линейки процессоров с базовой мощностью менее 65 Вт. Дело в том, что у них и тактовые частоты, напряжение питания и рабочая температура изначально ниже, что значительно замедляло их деградацию.
Ну и продолжая уже сложившуюся традицию по увеличению количества немощных ядер в своих процессорах, Intel и в этот раз не преминула этим воспользоваться. И для количества, ещё прикрутила в этом поколении дополнительные Е-ядра. Теперь линейка i9 имела 8Р и 16Е-ядер вместо 8Р и 8Е-ядер у предыдущего поколения. То есть в два разу увеличили количество Е-ядер. У линейки i7 ситуация аналогична, немощных ядер стало в два раза больше. Техпроцесс без изменений – 10 нм.
Raptor Lake Refresh – дно пробито
В октябре 2023 года вышло 14-е поколение Raptor Lake Refresh. Основным отличием этого поколения от предыдущего является другая маркировка на корпусе процессора, которая читается как, 14-е поколение. У предыдущего поколения такой маркировки не было, она была другой. Поэтому факт изменившейся маркировки является и фактом новой архитектуры процессоров Intel Core. Ну просто, это самое значимое изменение, других важных изменений не произошло.
Даже проблему преждевременного выхода процессоров из строя из-за повышенного напряжения питания, которое сам же процессор и запрашивает, не устранили. А зачем, и так сойдет, втюхали же пользователям предыдущее дефектное поколение, и это втюхаем.
Да, чуть не забыл об еще одном улучшении, которому была удостоена линейка i7. Ей прикрутили ещё 4-е немощных ядра, и их стало 8P+12E-ядер против 8P+8E в 13-м поколении. Для других линеек ядер видимо не хватило, они неожиданно закончились.
Показать полностью
15
