Intel Lakefield op de testbank: is Intels 'big.LITTLE' de toekomst van de CPU?

Intels 'Hybrid CPU': 1x Sunny Cove, 4x Tremont

Lakefield zit niet alleen fysiek op innovatieve wijze in elkaar, maar ook de interne werking van de processor is bijzonder. Voor het eerst combineert Intel zijn twee typen cores in één chip: één Sunny Cove-rekenkern en vier Tremont-cores om precies te zijn. Daarmee is Lakefield tevens de eerste Intel-cpu sinds het multi-core-tijdperk die over een oneven aantal rekenkernen beschikt - in tegenstelling tot AMD heeft Intel nooit aan triple-cores gedaan. Doordat hyperthreading afwezig is, is dit overigens ook gelijk het aantal threads.

Vier keer Tremont: klein en zuinig

In het die shot hieronder zie je midden onderin een cluster van vier Tremont-cores. Tremont is de nieuwste generatie van Intels low-power architectuur, die ooit werd ontwikkeld voor de Atom-processors en tegenwoordig onder meer in mobiele Celeron- en Pentium-chips zit. Voorheen was een fundamenteel verschil dat deze architectuur niet met out-of-order instructies werkte, maar dat kunnen deze relatief compacte cores sinds de Silvermont-generatie ook. Ten opzichte van de 14nm Goldmont-core bevat Tremont onder meer een verbeterde branch predictor, een front-end die zes instructies per kloktik kan verwerken en ondersteuning voor enkele nieuwe typen instructies.

Die shot van Intel Lakefield-processor

Eenmaal Sunny Cove: groot en snel

Tegenover de Tremont-cores, aan de bovenkant van de foto, zie je de Sunny Cove-core. Die is in z'n eentje ongeveer net zo groot als drie van de Tremont-kernen bij elkaar! Sunny Cove is de eerste compleet nieuwe core sinds Skylake en vereist een 10nm-productieproces: dat Intel voor de desktop nog altijd vastzit op 14nm, verklaart waarom we de afgelopen vijf jaar praktisch geen verbeteringen in de micro-architectuur konden verwelkomen. Vorig jaar kwamen we Sunny Cove voor het eerst tegen in de Ice Lake-processors voor laptops.

Sunny Cove is per kloktik gemiddeld 18 procent sneller dan de Skylake-architectuur, wat zeker voor Intel-begrippen een forse stap is. Dit wordt bereikt door een verbeterde branch predictor, lagere latencies naar de L1-cache, grotere buffers, simpelweg meer rekeneenheden per core en tal van andere optimalisaties, die we eerder reeds uitgebreid beschreven.

Een blokdiagram van de Intel Lakefield-processor

Zowel Sunny Cove als Tremont ondersteunen enkele instructies die de ander niet biedt. AVX-512 is het meest tot de verbeelding sprekende voorbeeld voor Sunny Cove, maar juist de Tremont-cores lopen eigenlijk aardig voorop qua ondersteunde instructies: GFNI en ENCLV zijn enkele voorbeelden. Omdat er (nog) geen goede manier is om één soort instructies altijd naar een bepaalde core te sturen, heeft Intel alle instructies uitgeschakeld die door slechts één van beide typen cores worden ondersteund.

Waarom twee soorten cores in één chip?

De grote vraag die resteert luidt: waarom combineert Intel zijn twee typen cores nu opeens in één processor? Het antwoord is tweeledig, namelijk efficiëntie en formaat.

In de onderstaande grafieken zie je links de efficiëntiecurve van Sunny Cove en Tremont in een single-threaded workload. De Sunny Cove-core biedt simpelweg tot wel dubbel zo goede ruwe prestaties, zij het bij een hoger stroomverbruik. Rechts zie je de enkele Sunny Cove afgezet tegen vier Tremonts in een multi-threaded workload. De Tremont-cores bieden gezamenlijk betere prestaties en in het overlappende deel zijn ze véél zuiniger dan de enkele grote core.

Het tweede deel van het antwoord is het fysieke formaat: op de plek die het cluster Tremont-cores inneemt in de Lakefield-chip, had Intel hooguit nog één extra Sunny Cove-kern kunnen plaatsen. Het resultaat was wellicht een even snelle, maar wel veel minder efficiënte processor geweest, vooral op de moment dat er geen hoge single-threaded prestaties nodig zijn. Dat is zo tijdens het uitvoeren van multi-threaded werk, al zijn het juist lichte workloads en standbytijd waarin zo'n chip de batterij veel sneller leeg zou trekken deze combinatie.

Moderne videomogelijkheden

Het grote vlak links op de foto van de die is de geïntegreerde gpu. De videochip is van de Gen11-generatie en beschikt over 64 execution units, die een kloksnelheid van maximaal 500 MHz hebben. Ter vergelijking: de klokfrequentie van de gpu-cores ligt bij de 'normale' Ice Lake-processors ruim dubbel zo hoog, dus op dit punt is het kleinere stroombudget duidelijk merkbaar. Wel heeft Lakefield dankzij de Gen11-gpu alle snufjes aan boord die je van een moderne gpu verwacht, zoals krachtige encoders/decoders die overweg kunnen met h.265 en hdr. De display-engine biedt ondersteuning voor displayport 1.4 en adaptive sync, de technologie die AMD populair heeft gemaakt onder de Freesync-naam. Uiteraard is het wel aan fabrikanten van laptops om dergelijke functionaliteit daadwerkelijk te implementeren.

Twee modellen: Core i3 en i5

Intel verkoopt twee varianten van zijn Lakefield-processor. In de door ons geteste laptop zat het snelste model, de Core i5 L16G7. De modelnaam lijkt wat weg te hebben van wat Intel voor de Ice Lake-laptopchips gebruikt, zeker als je bedenkt dat in de oorspronkelijke aankondiging nog geen sprake was van de toegevoegde 'L'. De Core i3 verschilt primair qua kloksnelheid en heeft minder actieve gpu-cores, maar vooralsnog zijn er geen apparaten met dit model aangekondigd.