De cpu-plannen van AMD en Intel

In de multicore-wedloop voert AMD de druk op Intel vrolijk verder op met de Ryzen 3000. Intel gooit op zijn beurt meerdere mobiele processors in de strijd.

De volgende generatie Ryzen-processors van AMD maakt zijn opwachting: op de Computex eind mei in Taipei werden al moederborden gepresenteerd met de nieuwe chipset X570. Ryzen 3000 processors met tot wel 16 krachtige cores zouden echter ook op een groot aantal oudere moederborden moeten werken. Intel kan wellicht pareren met de tien-core Comet Lake, maar dat zal pas later in het jaar zijn. En terwijl AMD met de Ryzen 3000 al PCI Express 4.0 wil invoeren, staat dat bij Intel pas in 2020 op het programma. We geven een overzicht van de stand van zaken en speculeren over wat ons te wachten staat op gebied van desktop-, notebooken server-cpu’s.

AMD ZEN 2

AMD wil de volgende grote sprongen realiseren met de Ryzen 3000 (Matisse) voor desktop-pc’s en met de tweede generatie Epyc-processors (Rome) voor servers. Deze nieuwe telgen moeten ook op bestaande moederborden draaien en passen dus in de aanwezige sockets. Daaruit kun je concluderen dat het aantal geheugenkanalen en de PCIe-lanes telkens gelijk moet blijven en ook het energieverbruik niet beduidend hoger mag worden. Desondanks bouwt AMD twee keer zoveel cpu-cores in bij de nieuwe Zen 2-microarchitectuur, die elke core voorziet van twee keer zoveel floatingpoint-, respectievelijk AVX-units. Daarmee weet AMD de floatingpoint-rekenkracht per processor maar liefst te viervoudigen. Dat wordt mogelijk gemaakt dankzij het 7-nanometer fabricageproces van TSMC. Tot nu toe zijn de Zen-processors gefabriceerd door Globalfoundries met 14- en 12nm-structuren.

Bij de Zen 2-processors is ook de chiplet-techniek nieuw. Daarmee combineert AMD meerdere chips met verschillende functies en fabricagetechnieken binnen één cpu-behuizing. De centrale I/O-chiplet met 14nm-techniek van Globalfoundries verbindt een of meerdere 7nm-cpu-chiplets. Dat moet met name bij de Epyc grote voordelen bieden, namelijk tot 64 cores in acht chiplets en 128 supersnelle PCIe 4.0-lanes. Die kunnen bovendien de zogenaamde Infinity Fabric-modus inschakelen. Daarmee kan een Zen 2 Epyc tot vier van de nieuwe Radeon Instinct-versnellers met cachecoherentie verbinden, wat enorme rekenprestaties zou kunnen opleveren.

Ook de Ryzen 3000 bestaat uit chiplets en krijgt vermoedelijk 16 cores. Dat kan Intel met het middenklasse-platform LGA1151v2 niet bijhouden, om maar te zwijgen over het introduceren van PCIe 4.0. Dat laatste verdubbelt de transferrate ten opzichte van PCIe 3.0 tot rond 1,9 GB/s per lane. Dat zorgt voor een snellere verbinding met de komende PCIe 4.0 ssd's en grafische kaarten. Of dit alleen op nieuwe moederborden met de X570-chipset werkt, of ook op oudere moederborden is nog te bezien. De eerste 7nm-processor verscheen begin juli. Mogelijk is er op het moment dat je dit leest ook meer bekend over de Ryzen Threadripper, die op het moment van schrijven even van de radar lijkt te zijn verdwenen.

De Ryzen- en Epyc-processors met Zen 3-cores die in 2020 worden verwacht moeten ook nog passen op AM4-, respectievelijk SP3-moederborden. AMD wil pas in 2021 een nieuw platform introduceren. Het is nog niet bekend of het nieuwe platform ook de overstap naar DDR5SDRAM zal inluiden. Bij de Accelerated Processing Units (APU’s) met ingebouwde graphics voor notebooks en desktop-pc’s gaat het allemaal wat trager: in de Ryzen 3000G en 3000H zitten nog de licht geoptimaliseerde 12nm-Zen+ graphics. Waarschijnlijk zal pas in 2020 op Zen 2 worden overgestapt, vermoedelijk met Navi- in plaats van Vega-graphics.

DE WATEREN VAN INTEL

Intel levert bijna uitsluitend 14nm-processors maar is vastbesloten om na jaren vertraging rond kerst eindelijk 10nm-chips te leveren. Dat zullen de Ice Lake-U-cpu’s zijn met 15 watt TDP voor platte notebooks, en mogelijk de zuinigere Ice Lake Y-versies voor passief gekoelde tablets. De cpu-cores die hier in zitten gebruiken de nieuwe microarchitectuur Sunny Cove en werken samen met een 11e-generatie gpu (Gen11). Deze moet veel betere 3D-prestaties kunnen leveren dan de grafische processors die Intel tot nu toe heeft geïntegreerd. Ze kunnen via DisplayPort 1.4 en HDMI 2.0 zelfs 8K-schermen aansturen en Intel wil ook nog Thunderbolt 3 toevoegen.

Vermoedelijk zal de Ice Lake-Y vier cores hebben, dat waren er in de Y-klasse (zie kader ‘Intels cpu-letterbak’) tot nu toe hooguit twee. Toch wordt de voorsprong kleiner op de zuinige en betaalbare quadcore Celeron N en Pentium Silver alias Gemini Lake processors. Want enerzijds heeft Intel de cpu-cores van deze zogenaamde Atom-Celerons van generatie op generatie verbeterd, anderzijds is de kloksnelheid van de Y-versies van de in principe krachtigere Core i-cpu’s niet bijster hoog.

Intel wil ook dit jaar een processor op de markt brengen met een hybride productietechniek die het bedrijf Foveros noemt: de Lakefield. Intel combineert daarin een krachtige Sunny Cove-core met vier zuinige Tremont-cores en een Gen11-gpu. Lakefield stuurt geheugenchips in smartphones aan: LPDDR4-SDRAM en UFS 3.0-flashgeheugen. Het is geen toeval als dit je doet denken aan Systems-on-Chip met ARM-cores: met Lakefield wil Intel verhinderen dat er Snapdragon-chips van Qualcomm terechtkomen in passief gekoelde Windows 10-tablets. Terwijl er in Ice Lake-U/Y en Lakefield 10nm-techniek wordt gebruikt, wil Intel nog wel notebookchips blijven produceren met 14nm-techniek zoals de Comet Lake-H met maximaal 10 cores voor gaming notebooks en mobiele workstations, en de hexacore Comet Lake-U voor platte notebooks. Vergeleken met Ice Lake hebben ze meer cores, maar presteren ze zwakker op grafisch gebied.

Intel heeft voor 2020 processors aangekondigd die een geoptimaliseerde fabricagetechniek ‘10nm+’ en een vernieuwde microarchitectuur Willow Cove zullen hebben. Tiger Lake-U zal vermoedelijk zes cpu-cores bevatten met de Xe-grafische kern die voor 2020 is aangekondigd, en zal voor lichte notebooks geschikt zijn. Momenteel is de verwachting dat Intel ook in 2020 nog nieuwe 14nm-processors zal introduceren, de Rocket Lake-cpu's. Waarom dit zo is en hoeveel cores deze zullen hebben, is onduidelijk. Misschien dat ze PCIe 4.0 en USB 4.0 alias Thunderbolt 3 zullen ondersteunen, die dan samen met de nieuwe serie 400-chipsets beschikbaar zullen zijn.

Het is nog niet duidelijk of er ook Ice Lake-cpu's voor desktop-pc’s zullen verschijnen, ofwel de Ice Lake-S. Er zijn aanwijzingen dat Intel wat dat betreft met Tiger Lake-S aan de slag zal gaan, maar dat zal eerder pas eind 2020 zijn. Voor 2021 zijn bij Intel alleen enkele codenamen bekend zoals de Golden Cove-microarchitectuur, zonder verdere details.

Of de Xe-kaarten voor gaming-pc’s ook PCIe 4.0 zullen ondersteunen is nog onbekend. Intel wil in 2021 7nm-Xᵉ-rekenversnelling aanbieden voor servers. Deze zou je min of meer kunnen vergelijken met de actuele 5nm-chips van TSMC en Samsung. Want het huidige 7nm-fabricageprocedé van deze fabrikanten maakt transistorstructuren zoals Intels 10nm-techniek mogelijk.

CORE-KUL

Enerzijds is het indrukwekkend dat AMD al op korte termijn processors met 16 cores voor pc’s levert. Anderzijds is er nog maar weinig software die meer dan zes of acht cores gebruikt. Voor veel apps is de rekenkracht per kern, de singlethread-prestaties, nog steeds erg belangrijk.

AMD zegt dat met Zen 2 ook dat laatste beter zal worden. Daarmee benadert de Ryzen 3000 nog verder de Intel Core i en zal dankzij de vele cores deze in veel toepassingen de baas zijn. Het zou vreemd zijn als Intel hier niet op zal reageren. Maar of een tien-core-cpu daarvoor genoeg is, is maar net de vraag. Vermoedelijk zal Intel de turbo-frequenties niet ver boven de 5 GHz kunnen laten pieken. Een eenvoudigere oplossing zou zijn om ook in processors voor desktop-pc’s de AVX-512-eenheden in te bouwen die momenteel in Xeons te vinden zijn. De Ryzen 3000 zou niet op kunnen boxen tegen een Core i-10000 met twee zulke AVX-512-eenheden per core. Dan moet alleen wel de software ook AVX-512 ondersteunen. Interessant is dat Maxon recentelijk versie R20 van Cinebench heeft geïntroduceerd, die AVX ondersteunt – ook in AMD-chips.

SERVER WARS

Voor AMD is de volgende generatie Epyc-cpu’s met 64 Zen 2-cores van groot belang. Daarmee zou het marktaandeel van AMD bij de lucratieve serverprocessors weer aanzienlijk kunnen groeien. AMD heeft al enkele prestigieuze supercomputerprojecten weten binnen te slepen.

Vanwege de jarenlange vertraging in de 10nmtechniek loopt Intel ietwat achter op zijn eigen plannen. Daarom kon het bedrijf twee jaar na de introductie van de Xeon-SP weinig anders dan een tweede generatie 14nm-cpu's uitbrengen. Intel wil in 2020 eindelijk de Ice Lake-SP met meer cores, meer geheugenkanalen en PCIe 4.0 presenteren. Zowel Intel als AMD stellen beduidend meer prestaties per cpu in het vooruitzicht voor 2021. Dan moeten de exaflops-supercomputers Frontier (AMD) en Aurora (Intel) in de startblokken staan, beide gemaakt door supercomputerfabrikant Cray. Beide bedrijven willen daarbij hun allround-processors (Epyc/ Xeon) via cache-coherentie nauw koppelen aan rekenversnellers. AMD doet dit via Infinity Fabric bij de Radeon Instinct, Intel via Compute Express Link (CXL) en Xe.

PCI EXPRESS 4.0

PCIe 4.0 belooft een lange houdbaarheidsduur te zullen hebben voor toekomstige uitbreidingen. Op de Computex doken de eerste prototypen op voor PCIe-4.0-ssd’s voor pc’s en notebooks, en bedrijven als Adata en Crucial hebben de beschikbaarheid van zulke ssd’s voor eind dit jaar aangekondigd. Phison heeft op de CES in januari bijvoorbeeld al een passende controller met de naam PS5016-E16 gedemonstreerd. Die bereikte zijn maximale prestatie van 4 GB/s echter pas wanneer hij acht NAND-flashchips kon aansturen. En die moeten ook snel en actueel zijn. Dat betekent dat PCIe 4.0 vooralsnog alleen bij dure ssd’s met een hoge capaciteit zal kunnen zorgen voor een hogere transferrate.

PCIe 4.0 komt ook in grafische kaarten terecht, maar zal in eerste instantie maar voor weinig prestatiewinst bij games zorgen. Want ook als je een PCIe 3.0 x16-kaart in een x8-slot plaatst, merk je in de praktijk bijna niets van de gehalveerde transfersnelheid. De eerste betaalbare grafische kaarten met PCIe 4.0 zullen waarschijnlijk de 7-nm Navi-cpu’s van AMD zijn, die in het derde kwartaal van dit jaar moeten verschijnen. Of en hoe Nvidia daarop zal reageren, bijvoorbeeld met zijn Ampere, hangt af van hoe Navi zal presteren. Tot nu toe vormen de Radeons nauwelijks een bedreiging voor de actuele GeForce 2000 RTX.

Bij de usb-aansluiting is er de komende tijd geen grote toename van transferrates te verwachten. En dat hoeft ook eigenlijk niet. Hoewel USB 3.1 met SuperSpeedPlus en 10 Gbit/s al lang klaarstaat, groeit het aantal apparaten dat deze standaard ondersteunt maar heel traag. Veel nieuwe externe ssd’s hebben nog USB 3.0 (5 Gbit/s), en de meeste consumenten lijken hiermee genoegen te nemen. USB 3.2 met snelheden tot 20 Gbit/s zal daarom nog wel even op zich laten wachten. De aangekondigde fusie van usb met Thunderbolt 3, die zich zullen verenigen tot USB 4.0, zal met name meer functionaliteit introduceren.

DDR5

In 2021 zullen we mogelijk ook de eerste x86-processors zien met geheugencontrollers voor DDR5-SDRAM. Zoals gebruikelijk zal de eerste generatie DDR5-geheugen maar weinig voordelen bieden. Ook werkgeheugen heeft zijn tijd nodig om gedurende enkele chipgeneraties te rijpen. DDR5-geheugen kan in principe tot maar liefst tachtig procent hogere datatransfers per geheugenmodule halen ten opzichte van DDR4, namelijk van 23,5 GB/s met DDR4-2933 tot meer dan 41 GB/s met DDR5-5200. Om het energieverbruik en de warmteontwikkeling een beetje in de hand te houden zakt de spanning van 1,2 naar 1,1 volt en worden er diverse technieken toegepast waarmee de signaaloverdracht en foutcorrectie kan worden verbeterd. De drie grote geheugenfabrikanten werken al aan het nieuwe DDR5werkgeheugen, dat de actuele DDR4-techniek binnen enkele jaren zal vervangen – maar wanneer dit precies het geval zal zijn, weet nog niemand.