Знайомтеся, процесор Intel Core 6-го покоління (Skylake)

Процесори Intel Core 6-го покоління (Skylake) з'явилися в 2015 році. Завдяки цілому ряду удосконалень на рівні ядра «системи на кристалі» і на рівні платформи, порівняно з 14-нм процесором попереднього покоління (Broadwell), процесор Skylake користується величезною популярністю в пристроях різних типів, призначених для роботи, творчості та ігор. У цій статті наводиться огляд основних можливостей і удосконалень Skylake, а також нові моделі використання, такі як пробудження голосовим командам і вхід в систему за біометричними даними в ОС Windows 10.

Архітектура Skylake

Процесори Intel Core 6-го покоління виробляються по 14-нм технології з урахуванням більш компактного розміру процесора і всієї платформи для використання в пристроях різних типів. При цьому також підвищена продуктивність архітектури та графіки, реалізовані розширені засоби безпеки. На рис. 1 показані ці нові і поліпшені можливості. Фактична конфігурація в пристроях ОЕМ-виробників може відрізнятися.


Малюнок 1. Архітектура Skylake і зведення удосконалень[1]
 

Основні напрямки розвитку процесорів

 

▍Продуктивність

Підвищення продуктивності безпосередньо обумовлене наданням більшої кількості інструкцій виконуючому блоку: за кожний тактовий цикл виконується більше інструкцій. Такий результат досягається за рахунок поліпшень у чотирьох категоріях [Ibid].

• Покращений зовнішній інтерфейс. Завдяки більш точному прогнозу розгалуження і підвищеної місткості збільшується швидкість декодування інструкцій, що попередня вибірка працює швидше та ефективніше.
• Поліпшене розпаралелювання інструкцій. За кожен такт обробляється більше інструкцій, при цьому паралельне виконання інструкції покращено завдяки більш ефективній буферизації.
• Поліпшені виконують блоки (ІБ). Робота виконуючих блоків покращено порівняно з попередніми поколіннями за рахунок наступних заходів:
  • Вкорочені затримки.
  • Збільшено кількість ІБ.
  • Підвищено ефективність електроживлення за рахунок відключення невикористовуваних блоків.
  • Підвищена швидкість виконання алгоритмів безпеки.
• Покращена підсистема пам'яті. На додаток до поліпшення зовнішнього інтерфейсу, паралельній обробці інструкцій і виконуючих блоків вдосконалено та підсистема пам'яті у відповідності з пропускною здатністю і вимогами продуктивності перерахованих вище компонентів. Для цього використані наступні заходи:
  • Підвищена пропускна здатність завантаження і збереження.
  • Покращений модуль попередньої вибірки.
  • Зберігання на більш глибокому рівні.
  • Буфери заповнення та зворотного запису.
  • Покращена обробка промахів сторінок.
  • Підвищена пропускна здатність при промахах кеша другого рівня.
  • Нові інструкції керування кешем.

Малюнок 2. Схема мікроархітектури ядра Skylake

На рис. 3 показано поліпшення паралельної обробки в процесорах Skylake в порівнянні з процесорами колишніх поколінь (Sandy Bridge — друге, а Haswell — четверте покоління процесорів Intel Core).


Малюнок 3. Поліпшене розпаралелювання порівняно з попередніми поколіннями процесорів

Завдяки удосконаленням, показаним на рис. 3, продуктивність процесора зросла на 60 % порівняно з ПК п'ятирічної давності, при цьому перекодування відео здійснюється в 6 разів швидше, а продуктивність графічної підсистеми зросла в 11 разів.


Малюнок 4. Продуктивність процесора Intel Core 6-го покоління порівняно з ПК п'ятирічної давнини
 

1. Джерело: корпорація Intel. На основі результатів процесорів Intel Core i5-6500 і Intel Core i5-650 у тесті SYSmark* 2014.
2. Джерело: корпорація Intel. На основі результатів процесорів Intel Core i5-6500 і Intel Core i5-650 у тесті Handbrake з QSV.
3. Джерело: корпорація Intel. На основі результатів процесорів Intel Core i5-6500 і Intel Core i5-650 у тесті 3DMark* Cloud Gate.

Детальні результати порівняння продуктивності настільних ПК і ноутбуків див. за наступним посиланням:

• Продуктивність настільних комп'ютерів
• Продуктивність ноутбуків

 

▍Економія електроенергії

Налаштування ресурсів на основі динамічного споживання
В застарілих системах використовується технологія Intel SpeedStep для балансування продуктивності та витрати електроенергії за допомогою алгоритму підключення ресурсів за запитом. Цей алгоритм управляється операційною системою. Такий підхід непоганий для постійного навантаження, але неоптимален при різкому підвищенні навантаження. В процесорах Skylake технологія Intel Speed Shift передає управління обладнанню замість операційної системи і дає можливість процесору перейти на максимальну тактову частоту приблизно за 1 мс, забезпечуючи більш точне керування електроживленням[3].


Малюнок 5. Порівняння технологій Intel Speed Shift і Intel SpeedStep

Показники нижче показують швидкість реагування процесора Intel Core i5 6200U з технологією Intel Speed Shift порівняно з технологією Intel SpeedStep.

• Швидкість реагування зросла на 45 %.
• Обробка фотографій на 45 % швидше.
• Побудова графіків на 31 % швидше.
• Локальні замітки на 22 % швидше.
• Середня швидкість реагування зросла на 20 %.

Згідно з результатами тесту WebXPRT* 2015 компанії Principled Technologies*, в якому вимірюється продуктивність веб-додатків в цілому і в окремих галузях, таких як обробка фотографій, створення заміток, побудова графіків. Додаткові відомості див. на сайті.

Додаткова оптимізація електроживлення досягається за рахунок динамічної настройки ресурсів на основі їх споживання шляхом зниження потужності невикористовуваних ресурсів з допомогою обмеження потужності векторних розширень Intel AVX2, коли вони не використовуються, а також з допомогою зниження споживаної потужності при бездіяльності.
 

▍Мультимедіа і графіка

Відеоадаптер Intel HD Graphics втілює цілий ряд удосконалень з точки зору обробки тривимірної графіки, обробки медіафайлів, виведення зображення на екран, продуктивності, електроживлення, можливості налаштування і масштабування. Це дуже потужний пристрій в сімействі вбудованих в процесор графічних адаптерів (вперше з'явилися в процесорах Intel Core другого покоління). На рис. 6 порівнюються деякі з цих удосконалень, що забезпечують підвищення продуктивності графіки більш ніж у 100 разів[2].


Малюнок 6. Можливості графічної підсистеми в різних поколіннях процесорів


Малюнок 7. Поліпшення обробки графіки і мультимедіа в різних поколіннях

Мікроархітектура 9-го покоління
Графічна архітектура 9-го покоління аналогічна мікроархітектурі графіки 8-го покоління процесорів Intel Core Broadwell (5-го покоління), але покращено з точки зору продуктивності і масштабованості. На рис. 8 показана блок-схема мікроархітектури покоління 9[8], яка складається з трьох основних компонентів.

• Екран. З лівого боку.
• Поза зрізу. L-образна частина в середині. Включає поточний обробник команд, глобальний менеджер потоків і графічний інтерфейс (GTI).
• Зріз. Включає виконують блоки (ІБ).

Порівняно з 8-м поколінням мікроархітектура 9-го покоління відрізняється більш високою максимальною продуктивністю на 1 Вт, підвищеною пропускною здатністю і окремим контуром електроживлення/тактів для компонента поза зрізу. Це дозволяє більш ефективно управляти електроживленням в таких режимах використання, як при відтворенні мультимедіа. Зріз є налаштованим компонентом. Наприклад, GT3 підтримує до двох зрізів (кожен зріз з 24 виконуючими блоками), GT4 (Halo) може підтримувати до 3 зрізів (цифра після букв GT означає кількість виконуючих блоків на основі їх використання: GT1 підтримує 12 виконуючих блоків, GT2 — 24, GT3 — 48, а GT4 — 72 виконують блоку). Архітектура допускає настройку в досить широких межах, щоб використовувати мінімальну кількість виконуючих блоків в сценаріях з низьким навантаженням, тому споживання електроенергії може становити від 4 до більш ніж 65 Вт. Підтримка API графічних процесорів 9-го покоління доступна в DirectX* 12, OpenCL 2.x, OpenGL* 5.x і Vulkan*.


Малюнок 8. Архітектура графічних процесорів 9-го покоління

Докладніше про цих компонентах див. за адресою.
У число удосконалень і можливостей обробки мультимедіа входять наступні[2]:

• Споживання менше 1 Вт, споживання 1 Вт при проведенні відеоконференцій.
• Прискорення відтворення неопрацьованого відео з камери (у форматі RAW) з допомогою нових функцій VQE для підтримки відтворення RAW відео з роздільною здатністю до 4K60 на мобільних платформах.
• Новий режим New Intel Quick Sync Video з фіксованими функціями (FF).
• Підтримка широкого набору кодеків з фіксованими функціями, прискорення декодування за допомогою ДП.

На рис. 9 показано кодеки графічного процесора покоління 9.

Примітка. Підтримка мультимедіа кодеків і обробки може бути доступна не в усіх ОС, додатках.


Малюнок 9. Підтримка кодеків процесорами Skylake

В число удосконалень і можливостей роботи екрану входять наступні:

• Змішання, масштабування, поворот і стиснення зображення.
• Підтримка високої щільності пікселів (роздільна здатність понад 4K).
• Підтримка передачі зображення по бездротовому підключенню з роздільною здатністю аж до 4K30.
• Самостійне оновлення (PSR2).
• CUI X. X — нові можливості, підвищена продуктивність.

У процесорах Intel Core I7-6700K передбачені наступні можливості для геймерів (див. рис. 10). Також підтримується технологія Intel Turbo Boost 2.0-технологія гіперпотоковості Intel і можливість розгону. Приріст продуктивності в порівнянні з ПК п'ятирічної давнини сягає 80 %. Додаткові відомості див. на цій сторінці.


Малюнок 10. Можливості процесорів Intel Core i7-6700K

1. Джерело: корпорація Intel. На основі результатів процесорів Intel Core i7-6700K і Intel Core i7-875K в тесті SPECint*_rate_base2006 (коефіцієнт копіювання 8).
2. Джерело: корпорація Intel. На основі результатів процесорів Intel Core i7-6700K і Intel Core i7-3770K в тесті SPECint*_rate_base2006 (коефіцієнт копіювання 8).
3. Описуються можливості доступні в окремих комбінаціях процесорів і чіпсетів. Попередження. Зміна тактової частоти та/або напруги може: (i) привести до зниження стабільності системи і зниження терміну експлуатації системи і процесора; (ii) привести до відмови процесора і інших компонентів системи; (iii) привести до зниження продуктивності системи; (iv) призвести до додаткового нагрівання або до інших пошкоджень; (v) вплинути на цілісність даних в системі. Корпорація Intel не тестує і не гарантує роботу процесорів з технічними параметрами, відмінними від встановлених.

▍Масштабованість

Мікроархітектура Skylake — це настроюється ядро: єдина конструкція для двох напрямків, одне — для клієнтських пристроїв, інше — для серверів без шкоди для вимог по потужності і продуктивності обох сегментів. На рис. 11 показані різні моделі процесорів та їх ефективність з точки зору потужності для використання в пристроях різного розміру та різних типів — від надкомпактних Compute Stick до потужних робочих станцій на основі Intel Xeon.


Малюнок 11. Доступність процесорів Intel Core для різних типів пристроїв
 

▍Розширені можливості безпеки

Розширення Intel Software Guard Extensions (Intel SGX): Intel SGX — це набір нових інструкцій у процесорах Skylake, що дає можливість розробникам додатків захистити важливі дані від несанкціонованих змін і доступу сторонніх програм, які працюють з більш високим рівнем прав. Це дає додаткам можливість зберігати конфіденційність та цілісність конфіденційної інформації [1], [3]. Skylake підтримує інструкції і потоки для створення безпечних анклавів, дозволяючи використовувати довірені області пам'яті. Додаткові відомості про розширення Intel SGX див. на цій сторінці.

Розширення захисту пам'яті Intel (Intel MPX): Intel MPX — новий набір інструкцій для перевірки переповнення буфера під час виконання. Ці інструкції дозволяють перевіряти кордону буферів стека і буферів купи перед доступом до пам'яті, щоб процес, який звертається до пам'яті, мав доступ лише до тієї області пам'яті, яка йому призначена. Підтримка Intel MPX реалізована в Windows* 10 за допомогою вбудованих функцій Intel MPX в Microsoft Visual Studio* 2015. У більшості додатків C/C++ можна буде використовувати Intel MPX: для цього досить заново скомпілювати програми, не змінюючи вихідний код і зв'язку з застарілими бібліотеками. При запуску бібліотек, що підтримують Intel MPX, у системах, що не підтримують Intel MPX (процесори Intel Core 5-го покоління і більш ранніх), продуктивність ніяк не змінюється: не підвищується, ні знижується. Також можна динамічно включати і відключати підтримку Intel MPX [1], [3].
Ми розглянули удосконалення архітектури Skylake. У наступному розділі ми розглянемо компоненти Windows 10, оптимізовані для використання переваг архітектури Intel Core.
 

Нові можливості Windows 10

Можливості процесорів Intel Core 6-го покоління доповнюються можливостями операційної системи Windows 10. Нижче перераховані деякі основні можливості обладнання Intel і ОС Windows 10, завдяки яким платформи Intel під управлінням Windows 10 працюють ефективніше, стабільніше і швидше[3].



Ϯ Ведеться спільна робота Intel і Microsoft для реалізації подальшої підтримки в Windows
Малюнок 12. Можливості Skylake і Windows* 10
 

▍Кортана

Голосовий помічник Кортана корпорації Майкрософт доступний в Windows* 10 і дає можливість керувати комп'ютером за допомогою голосу після виголошення ключової фрази «Привіт, Кортана!». Функція пробудження по голосовій команді використовує конвеєр обробки звуку на ЦП для підвищення достовірності розпізнавання, але можна передати цю функцію на апаратний цифровий сигнальний процесор звуку з вбудованою підтримкою Windows 10[3].
 

▍Windows Hello*

З допомогою біометричного обладнання і Microsoft Passport* служба Windows Hello підтримує різні механізми входу в систему за допомогою розпізнавання обличчя, відбитків пальців або райдужки очей. Система без установки яких-небудь додаткових компонентів підтримує всі ці можливості входу без використання пароля. Камера переднього огляду Intel RealSense (F200/SR300) підтримує біометричну перевірку автентичності на основі розпізнавання особи[3].


Малюнок 13. Windows* Hello з технологією Intel RealSense

Фотографії на рис. 13 показують, як реперні точки, виявлені на обличчі камерою F200, використовуються для ідентифікації користувача і входу в систему. На основі розташування 78 реперних точок на обличчі створюється шаблон особи при першій спробі увійти в систему за допомогою розпізнавання особи. При наступній спробі входу збережене розташування реперних точок, отримане камерою, порівнюється зі збереженим шаблоном. Можливості Microsoft Passport у поєднанні з можливостями камери дозволяють досягти рівня безпеки з показниками помилкового допуску в систему у 1 з 100 000 випадків і помилкового відмови в допуску в 2-4 % випадків.