Долгое время компания Intel отставала от AMD в количестве процессорных ядер, сконцентрированных в пределах одного чипа. И хотя паритет не достигнут и по сей день, похоже в ближайшем будущем эта ситуация должна измениться в пользу «синих». Уже в поколении Sierra Forest Intel представит 144-ядерные процессоры Xeon, а в ближайшем будущем компания планирует удвоить количество ядер на CPU и, возможно, в будущем даже утроит их плотность.

В настоящее время компания готовит к выпуску две принципиально разные ветви нового поколения процессоров Xeon. В одной из этих ветвей под кодовым названием Sierra Forest будут применены только энергоэффективные Е-ядра, но их количество будет доведено до 144, что уже больше достигнутого AMD максимума в 128 ядер.

Источник изображений здесь и далее: Intel via (Tom's Hardware)

Но, как сообщил глава компании на мероприятии Intel Innovation 2023, останавливаться на этом разработчики не собираются и Intel уже имеет на руках и собирается выпустить в будущем аналогичный процессор, но уже с 288 ядрами, которые, впрочем, останутся энергоэффективными и однопоточными.

Сравнение площадей кристаллов Sierra Forest (слева) и Granite Rapids. Источник: Wild_C/X via Tom's Hardware

Это будет достигнуто благодаря новой чиплетной компоновке, на которую Intel переходит в пятом поколении процессоров Xeon Scalable. Использоваться будет та же архитектура Sierra Forest: как известно, 144-ядерные модели этих чипов состоят из трёх тайлов (вычислительного и двух I/O-модулей), так что для реализации варианта с 288 ядрами будет достаточно просто добавить ещё один вычислительный тайл.

Источник: Intel

Xeon Scalable пятого поколения с P-ядрами — Granite Rapids — будет использовать три вычислительных тайла-чиплета. По подсчётам зарубежных коллег-обозревателей, площадь тайла Granite Rapids составляет 598 мм², а Sierra Forest — 578 мм². Теоретически Intel может выпустить и трёхтайловый вариант Sierra Forest, что даст невиданные ранее 432 ядра в одном процессоре.

Также компания сообщила о судьбе процессоров Xeon Emerald Rapids, наследников Sapphire Rapids. Эти обновлённые чипы, также построенные на базе техпроцесса Intel 7, должны увидеть свет уже 14 декабря этого года. Чипы на базе более совершенного Intel 3 в лице Sierra Forest и Granite Rapids, напомним, запланированы на первую половину следующего года. Конкурировать им придётся с AMD Turin с ядрами Zen 5. А решения Intel Clearwater Forest на базе Intel 18A появятся лишь в 2025 году.

Компания Intel опубликовала на своём сайте любопытное видео, которое, впрочем, довольно быстро отредактировала — в нём демонстрируются некие процессоры без крышки-теплораспределителя. Судя по всему, речь идёт о новых чипах Xeon под кодовыми названиями Granite Rapids и Sierra Forest, о которых мы не так давно рассказывали читателям.

Как известно, в новом поколении Xeon Intel окончательно отходит от монолитной технологии и переходит на тайловую (чиплетную), в которой модули сшиваются при помощи технологии EMIB, а общаются друг с другом с помощью интерконнекта Intel Modular Mesh Fabric.

Источник изображений здесь и далее: Intel

Тайлов у новых процессоров два вида: вычислительные, которые несут в себе и контроллеры памяти, и тайлы ввода-вывода (I/O), отвечающие за реализацию PCIe, CXL и UPI, а также различных вспомогательных ускорителей.

На кадрах из опубликованного видео хорошо видна «полосатая» структура новых процессоров, в точности соответствующая слайдам, относящимся к Granite Rapids: центральную часть занимает тройка вычислительных тайлов с высокопроизводительными Р-ядрами, а по бокам расположены более тонкие I/O-тайлы, один из которых немного сдвинут относительно других чиплетов.

Другой кадр демонстрирует упаковку чипов, имеющих иную конфигурацию: здесь тайлов всего три, но центральный существенно крупнее, нежели на предыдущих кадрах. Уже известно, что вычислительные тайлы у процессоров Sierra Forest модульные и могут набираться блоками по 2 или 4 ядра, так что речь в данном случае явно идёт об этих CPU, использующих только энергоэффективные Е-ядра.

Судя по всему, производственный цикл новых Intel Xeon успешно запущен. Напомним, официально увидеть свет Granite Rapids и Sierra Forest должны в следующем году.

На конференции Hot Chips 2023 компания Intel сообщила довольно подробные сведения об архитектуре 144-ядерных Xeon Sierra Forest. Одновременно была опубликована достаточно детальная информация об особенностях чипов Granite Rapids.

Intel уже давно испытывала проблемы с масштабированием процессоров, выполненных по традиционной технологии с монолитным кристаллом. В четвёртом поколении Xeon Scalable (Sapphire Rapids) видны зачатки модульного подхода в XCC-версиях процессоров, использующих «сшивку» четырёх 15-ядерных тайлов (чиплетов) с помощью EMIB. Однако лишь в следующем поколении, к которому относятся и Sierra Forest, и Granite Rapids, модульность будет реализована в полной мере.

Источник изображений здесь и далее: Intel via ServeTheHome

Новый подход Intel во многом напоминает тот, что применяет в своих процессорах AMD, но имеет ряд присущих только ему особенностей. К примеру, Intel решила оставить контроллеры памяти в составе вычислительных чиплетов, поэтому IO-чиплеты работают только с PCI Express и CXL, а также служат местом размещения различных ускорителей, таких, как DSA, IAA, QAT и DLB.

Стоит отметить универсальность портов I/O-тайла. Они могут конфигурироваться как UPI, PCIe или CXL. При этом возможны разные режимы бифуркации, включая смешанную работу PCIe и CXL в пределах одного контроллера. Интерфейс UPI работает на скорости 24 ГТ/с, что в 1,8 раза быстрее, нежели в прошлом поколении, а связь с блоками ускорителей позволяет передавать 64 байта за такт, то есть вдвое быстрее, чем у предыдущих Xeon.

Сшиваются компоненты новых Xeon по-прежнему с помощью EMIB, отвечающей, в том числе, за проброс интерконнекта Intel Modular Mesh Fabric. Каждый чиплет получит свои средства управления электропитанием, но ведущим будет лишь один контроллер, который и будет отвечать за этот процесс. Сама фабрика интерконнекта логически монолитна и обеспечивает в рамках одного процессорного разъёма полноправный и равноценный доступ компонентов друг к другу. Модульность же позволяет варьировать число столбцов и строк меш-сети внутри каждого кристалла.

Напомним, что ядро получит «кусок» кеша LLC (для Granite Rapids — 4 Мбайт), но в составе всего процессора эти блоки образуют единый раздел LLC большого объёма с возможностью разбиения на кластеры для каждого NUMA-узла.

Вычислительные чиплеты Granite Rapids получат только P-ядра Redwood Cove. Производятся они с использованием процесса Intel 3, а значит, «прыжок» через техпроцесс (Sapphire Rapids использует Intel 7) даст ещё больший выигрыш в энергоэффективности. Поскольку речь идёт о Р-ядрах, Granite Rapids будет обладать поддержкой всех современных расширений и форматов вычислений, включая AVX-512 и AMX. Последний сможет работать с форматом FP16.

Некоторые улучшения микроархитектуры найдут своё место в новых ядрах: они получат 64 Кбайт кеша инструкций, более продвинутые механизмы предсказания ветвлений и восстановления конвейера при «промахе», поддержку умножения чисел с плавающей запятой за три такта (ранее требовалось до пяти), а также новые средства работы с памятью (в частности, можно более тонко контролировать, что будет попадать в L2-кеш) и продвинутые средства управления питанием.

К вопросу о памяти: от Sapphire Rapids новые Xeon с P-ядрами будет отличать поддержка стандарта MCR (Multiplexer Combined Ranks) DIMM. Как утверждает не только Intel, но и SK hynix, уже демонстрировавшая соответствующие модули, MCR DIMM станет самой быстрой серверной памятью. Со скоростью 8800 МТ/с на модуль и при 12 каналах Intel заявляет, что производительность подсистемы памяти у Granite Rapids будет выше, нежели у Xeon Max, оснащённых HBM2e, обычные же Sapphire Rapids она превзойдёт в 2,5 раза.

Конечно же, не забыла Intel и о поддержке CXL, благо, концепция «выносной» памяти становится всё более и более популярной. Новые процессоры получат полноценную поддержку устройств памяти CXL Type-3, которой нет у Sapphire Rapids. Будут реализованы средства многоуровневого распределения (tiering), как аппаратные, так и программные, причём аппаратное распределение полностью прозрачно для ПО.

В отличие от Sierra Forest, Granite Rapids станет основой для серверов и систем, ориентированных не только на горизонтальное масштабирование, но и на вертикальное. Поэтому один сервер может объединить до 8 процессорных разъёмов, и такая платформа отлично подойдёт для любых сценариев, где требуется высокая производительность в пересчёте на ядро, включая сценарии ИИ и HPC. А поможет мощным Р-ядрам развитая подсистема памяти с поддержкой MCR DIMM и CXL.

Корпорация Intel на конференции Hot Chips 2023, по сообщению The Register, рассказала о процессорах Xeon следующего поколения для платформы Birch Stream, известных под кодовыми обозначениями Sierra Forest и Granite Rapids. Эти изделия получат ряд улучшений в плане поддержки оперативной памяти и интерфейсов ввода/вывода. А ещё они, наконец-то, станут полноценными SoC, которые не требуют дополнительной обвязки для старта и работы.

Нынешние чипы Xeon Sapphire Rapids предлагают восемь каналов памяти DDR5-4800 (1DPC) и DDR5-4400 (2DPC), а также 80 линий PCIe 5.0/CXL 1.1. Вместе с тем конкурирующие AMD EPYC Genoa имеют 12 каналов памяти DDR5-4800 и 128 линий PCIe 5.0. При этом с 2DPC у Genoa не всё гладко. Процессоры Xeon следующего поколения обеспечат поддержку DDR5 DIMM и MCR DRAM, причём с поддержкой 2DPC, а также 136 линий PCIe 5.0/CXL 2.0 (с упором на Type-3) и 6 линий UPI. В марте нынешнего года Intel сообщала, что Granite Rapids смогут работать с памятью MCR-8800. Пропускная способность ОЗУ по сравнению с Sapphire Rapids возрастёт практически в три раза.

Источник изображений: Intel

Впрочем, главной особенностью Sierra Forest и Granite Rapids станет полный переход на чиплетную компоновку. В них два IO-тайла, которые и предоставляют HSIO-линии, «сшиты» посредством EMIB с вычислительными тайлами, которых может быть от одного до трёх. Это позволит консолидировать основную функциональность на уровне платформы (Birch Stream), которая едина для обоих процессоров и физически, и электрически, и логически. Впрочем, важное отличие есть: Sierra Forest рассчитаны на одно- и двухсокетные системы, тогда как Granite Rapids поддерживают и 8S-конфигурации.

Чипы Sierra Forest с ядрами E (с высокой энергетической эффективностью) ориентированы на горизонтально масштабируемые рабочие нагрузки, а изделия Granite Rapids с ядрами P (с высокой производительностью) предназначены для приложений с интенсивными вычислениями. При этом компания, несмотря на имеющиеся возможности, не намерена создавать гибридные процессоры с P- и E-ядрами. В случае Sierra Forest компания сосредоточилась на повышении плотности размещения ядер с минимальным ущербом для производительности. Заказчикам на выбор будут доступны два варианта: два или четыре ядра на один блок L2-кеша объёмом 4 Мбайт, причём с возможностью более тонко контролировать, какие данные будут туда попадать.

Процессоры будут изготавливаться по 7-нм технологии Intel 3. В семейство войдут решения, насчитывающие до 144 ядер, но это максимум для Sierra Forest (будут и более простые модели), а вот лимит под ядрам для Granite Rapids так и не был назван. Для Sierra Forest заявлена поддержка BF16 и FP16, а вот AVX-512 они лишены напрочь. Частично упростит унификацию кода для разных процессоров появление AVX10, но полноценно эти инструкции будут реализованы лишь в будущих поколениях. В случае с Granite Rapids упомянута поддержка Advanced Matrix Extensions (AMX) с FP16 для задач ИИ и машинного обучения.

Корпорация Intel, по сообщению ресурса Computer Base, организует поставки процессоров Xeon Granite Rapids для серверов в конце 2024 года: речь идёт об изделиях Granite Rapids-AP и Granite Rapids-SP. А несколько позднее выйдут чипы Xeon Granite Rapids-D, предназначенные для применения в периферийном оборудовании, а также в СХД. Выход новинок на коммерческий рынок ожидается в 2025 году.

Решения Xeon Granite Rapids-D в исполнении BGA4368 придут на смену Xeon D-1700 и D-2700 семейства Ice Lake-D, которые дебютировали в феврале 2022 года. Для чипов нового поколения предусмотрено использование техпроцесса Intel 3. Обнародованные сведения говорит о том, что готовящиеся процессоры предложат повышенную плотность компоновки, а также инновации в области I/O. В частности, ожидается не только поддержка PCIe 5.0, но и CXL 2.0.

Источник: Twitter@yuuki_ans

Согласно утечке, в этом поколении Xeon D снова будут два семейства процессоров: HCC и XCC. Отличаться они будут не только числом ядер, но и количеством I/O-блоков и каналов памяти: один или два блока и четыре или восемь каналов соответственно. Обязательный в обоих вариантах I/O-блок предложит HSIO, Ethernet и акселераторы (видимо, речь о QAT). Второй I/O-блок в XCC-семействе предлагает только Ethernet и те же акселераторы.

Несколько необычно то, в этих чипах появится поддержка инструкций AMX-COMPLEX для работы с матрицами комплексных чисел половинной точности. Подчёркивается, что для других изделий семейства, таких как Granite Rapids-AP и Granite Rapids-SP, использование AMX-COMPLEX, по всей видимости, не предусмотрено.

В 2024 году на смену платформам Sapphire Rapids и Emerald Rapids корпорация Intel планирует выпустить чипы Granite Rapids на базе производительных Р-ядер. Эти процессоры будут производиться с использованием техпроцесса Intel 3 и будут поистине огромными в смысле физических размеров — на днях энтузиасту с ником YuuKi_AnS удалось получить первые фотографии Granite Rapids.

Тенденция к укрупнению процессорных разъёмов не нова: эта гонка стартовала аккурат в момент переезда контроллера памяти, а затем и шины PCI Express из чипсета в сам процессор, и постепенно наращивание возможностей обеих интерфейсов сделало своё дело.

Источник изображений здесь и далее: YuuKi_AnS

Но снимки, опубликованные YuuKi_AnS, впечатляют даже на фоне AMD SP5 для платформы Genoa. Неудивительно, новый разъём превосходит SP5 даже по количеству контактов — 7529 против 6096. Процессоры Granite Rapids получат 12 каналов DDR5-5600, 96 линий PCIe 5.0 и поддержку CXL 2.0.

По размерам новые процессоры приблизительно в 1,7 раза больше Sapphire Rapids, ожидается, что размеры LGA-7529 составят 105 × 70 мм, что действительно больше, чем у AMD SP5, где аналогичные размеры составляют 75 × 72 мм; для сравнения, LGA-4189 (Ice Lake-SP) имеет габариты 77,6 × 56,6 мм.

Технически процессоры будут состоять из двух кристаллов с архитектурой Redwood Cove, включающей в себя только Р-ядра. Компания Intel планирует минимум три варианты охлаждения, рассчитанных на 400–500 Вт. Более подробно о Granite Rapids «синие» расскажут на мероприятии Intel Innovation, запланированном на сентябрь этого года.

В ходе мероприятия для инвесторов Intel подтвердила свои планы по противодействию процессорам AMD EPYC Bergamo, в которых будет использоваться архитектура с высокой плотностью ядер Zen4c, а также всё нарастающему давлению Arm. Intel придерживается планов по созданию собственных архитектур с производительными и энергоэффективными ядрами для чипов Xeon.

Intel объявила, что рассчитывает выпустить следующее, пятое по счёту поколение процессоров Xeon Scalable под кодовым названием Emerald Rapids (EMR), преемников Sapphire Rapids (SPR), в IV квартале 2023 года. Компания также продемонстрировала чип Emeralds Rapids, состоящий из двух чиплетов (тайлов в терминологии Intel). Sapphire Rapids, напомним, имеется четыре тайла меньших размеров. Сообщается, что образцы Emerald Rapids уже доступны избранным заказчикам. Не вдаваясь особо в технические подробности, компания рассказала, что Emerald Rapids будет работать в том же диапазоне TDP, что и Sapphire Rapids, что повысит общую производительность платформы в пересчёте на Вт.

Изображения: Intel

Учитывая то, что Emerald Rapids будет использовать ту же платформу LGA 4677, что и Sapphire, заказчики смогут заменить Sapphire на Emerald в существующих решениях. Такой подход позволит легко модернизировать уже внедрённые системы, а в случае производителей оборудования — ускорить вывод Emerald Rapids на рынок. Emerald Rapids будет построен на том же техпроцессе Intel 7. Это означает, что прирост производительности должен быть обеспечен за счёт архитектурных улучшений. Intel сообщила о «повышенной плотности ядер», поэтому можно предположить, что у Emerald Rapids будет больше ядер в сравнении с Sapphire Rapids.

Emerald Rapids

Вслед за Emerald Rapids компания планирует начать в 2024 году поставки чипов следующего поколения Granite Rapids (GNR) на базе производительных P-ядер. Сообщается, что вычислительные тайлы Granite Rapids будут выпускаться с использованием техпроцесса Intel 3. Intel также впервые сообщила, что Granite Rapids будут поддерживать MCR DIMM (DDR5-8800+) и обеспечат ПСП в пределах 1,5 Тбайт/с (12 каналов памяти). Ещё одной особенностью станет полный переход на чиплетную компоновоку с независимым IO-тайлом. Первые образцы Granite Rapids уже тестируются некоторыми заказчиками.

Emerald Rapids

В первой половине 2024 года должен выйти и процессор Sierra Forest (SRF), первый Intel Xeon с энергоэффективными E-ядрами (следующее за Gracemont поколение) общим числом до 144 единиц. Сообщается, что Sierra Forest и Granite Rapids будут использовать одну и ту же платформу Birch Stream. Следует отметить, что чипы Sierra Forest появятся несколько раньше, чем Granite Rapids, и тоже будут использовать техпроцесс Intel 3, а также IO-тайлы. Отмечается, что Sierra Forest даже в текущем виде оказались на удивление стабильно работающими. Более того, их уже тестирует как минимум один заказчик Intel.

Sierra Forest

На смену Sierra Forest придут в 2025 году чипы Clearwater Forest (CWF), которые станут первыми в семействе Intel Xeon, основанными на техпроцессе Intel 18A. По словам Intel, её заказчики не хотят серверные процессоры смешанной архитектуры, то есть требуют чипы либо только с P-ядрами, либо только с E-ядрами. Sierra Forest сейчас является, пожалуй, наиболее важным продуктом для Intel и для демонстрации производственных возможностей, и для сохранения заказчиков среди гиперскейлеров.

Что касается ускорителей, то компания в этом году планирует подготовить сразу 15 различных FPGA в сериях Agilex и Stratix, а также eASIC. Intel, как уже говорилось ранее, не забрасывает работу над специализированными ускорителями Habana, но грядущие Gaudi3 от нынешних Gaudi2 будут отличаться переходом с 7-нм на 5-нм техпроцесс. Отменённых Rialto Bridge в планах более нет, да и Falcon Shores тоже не упоминаются. При этом Intel считает, что к 2027 году в области ИИ-чипов соотношение между CPU и GPU будет на уровне 60/40.

В интернете, как сообщает ресурс VideoCardz, появилась информация о решении для валидации будущих Intel Xeon — плате с кодовым названием Avenue City. Предполагается, что речь идёт о платформах Birch Stream и Mountain Stream для процессоров Sierra Firest-AP и Granite Rapids-AP, поскольку для Avenue City, судя по габаритам сокета, предусмотрено использование разъёма LGA-7529.

Показатель TDP будущих чипов теоретически сможет достигать 500 Вт. Говорится о поддержке 12 каналов оперативной памяти DDR5-6400, а также MCR-модулей (DDR5-8000). Эталонная платформа Avenue City RP включает 20-слойную печатную плату с размерами приблизительно 424,2 × 508,0 мм. Она содержит два процессорных разъёма и 24 слота для модулей ОЗУ. Новая плата, вероятно, ориентирована на гиперскейлеров, на что, в частности, указывает наличие слота для модуля DC-SCM с RunBMC.

Источник изображения: Yuuki_Ans / Intel (нажмите для увеличения)

Процессоры Granite Rapids, по предварительной информации, получат до 128 вычислительных ядер (256 потоков инструкций). Изделия Sierra Forest, в свою очередь, будут насчитывать до 334 ядер (столько же потоков инструкций). В дальнейшие планы Intel входит выпуск платформы с процессорами Diamond Rapids и Clearwater Forest. Эти чипы увидят свет не ранее середины текущего десятилетия.