Por dentro da microarquitetura Intel Skylake

Introdução

A microarquitetura Skylake, usada nos processadores Core i de sexta geração e também em outras linhas de processadores da Intel, traz diversas novidades em relação à microarquitetura anterior do fabricante, a Broadwell. Neste tutorial, falaremos sobre as principais.

É importante entender que a Intel utiliza um cronograma chamado “tique-taque” (“tick-tock”, em inglês), onde o “tique” representa uma microarquitetura utilizando um novo processo de fabricação. Esta microarquitetura não traz grandes mudanças em relação à microarquitetura anterior, sendo feitos apenas pequenos ajustes e melhorias. Já o “taque” representa uma microarquitetura completamente nova, utilizando o mesmo processo de fabricação da microarquitetura anterior. A ideia é utilizar uma microarquitetura completamente nova somente após o fabricante dominar completamente o novo processo de fabricação.

Dentro desse cronograma, a microarquitetura Skylake é “taque” e, logo, usa o mesmo processo de fabricação (14 nm) e traz novidades importantes em relação à microarquitetura anterior (Broadwell), embora não existam tantos recursos novos como vimos em outras mudanças de microarquitetura no passado. Inclusive, normalmente a Intel lança uma nova microarquitetura por ano, porém microarquitetura Skylake foi lançada no mesmo ano em que a microarquitetura Broadwell, e poucos modelos de processadores foram lançados usando esta microarquitetura (em sua maioria, modelos para computadores portáteis). Na prática, portanto, a Broadwell foi uma microarquitetura de transição.

Se você está um pouco perdido com tantos codinomes e microarquiteturas, não se preocupe, preparamos abaixo uma cronologia. Tecnicamente falando, as microarquiteturas atuais são todas evoluções da arquitetura de sexta geração da Intel (P6), lançada com o processador Pentium Pro. O processador Pentium 4 e derivados usavam uma arquitetura completamente diferente, classificada como de sétima geração, e que não é usada pelos processadores atuais (esta arquitetura não era eficiente e a Intel resolveu voltar a usar sua arquitetura anterior, o que mostra que uma arquitetura de geração superior não necessariamente é melhor; em nosso livro “Hardware” apresentamos uma discussão mais detalhada sobre o assunto).

• Pentium Pro
• Pentium II
• Pentium III
• Pentium M
• Core
• Nehalem (Core i de primeira geração)
• Sandy Bridge (Core i de segunda geração)
• Ivy Bridge (Core i de terceira geração)
• Haswell (Core i de quarta geração)
• Broadwell (Core i de quinta geração)
• Skylake (Core i de sexta geração)

Assim como ocorreu com a microarquitetura Broadwell, a Intel está lançando processadores para todos os mercados (móvel, de mesa, portátil, servidores etc.) usando a nova microarquitetura.

Como é óbvio de se supor, várias melhorias foram feitas para aumentar o desempenho, diminuir o consumo elétrico e diminuir a dissipação térmica, e falaremos apenas sobre as mais importantes.

As principais novidades da microarquitetura Skylake em relação à microarquitetura Broadwell são as seguintes:

• Novo soquete LGA1151 nos modelos para computadores de mesa, incompatível com soquetes anteriores
• Suporte a memórias DDR4, além de memórias DDR3. O tipo de memória que você pode instalar depende do tipo de soquete disponibilizado pelo fabricante da placa-mãe ou computador. Lembramos que memórias DDR4 não são mais rápidas que memórias DDR3 de mesma taxa de transferência, mas em contrapartida há modelos com taxa de transferência acima do máximo que é possível atingir com memórias DDR3. Leia nosso tutorial “Tudo o que você precisa saber sobre memórias DDR, DDR2, DDR3 e DDR4” para mais informações. As velocidades suportadas variam conforme o modelo do processador
• Arquitetura do cache L2 foi modificada de associativo em oito vias para associativo em quatro vias. Leia nosso tutorial “Como o cache de memória funciona” para entender melhor o que isto significa
• Tamanho do cache L3 aumentado de 1,5 MiB por núcleo de processamento para 2 MiB por núcleo (o cache L3 é compartilhado entre todos os núcleos existentes)
• Memória cache L4 (eDRAM) opcional; esta opção já existia nas microarquiteturas anteriores, mas agora ela pode armazenar também dados convencionais, além de dados de vídeo
• Velocidade do barramento DMI, responsável pela comunicação do processador com o chipset, foi aumentada de 2 GB/s para 4 GB/s por direção (listada como 8 GT/s pela Intel); os modelos de processador com chipset integrado não utilizam este barramento
• Maior desempenho da tecnologia Hyper-Threading, assim núcleos “simulados” devem oferecer um desempenho superior ao que ofereciam nas microarquiteturas anteriores
• Vídeo integrado suportando resoluções mais altas, e passa a não mais suportar o conector VGA
• Motor de vídeo suportando codificação e decodificação dos formatos HEVC de 8 bits, JPEG e MJPEG (a microarquitetura anterior suportava a decodificação destes dois últimos formatos, mas não a codificação), processamento de formato RAW e motor de escalonamento e conversão de formato
• Novo motor gráfico DirectX 12 e OpenGL 4.4, chamado “Gen9” (“nona geração”), suportando ainda as futuras APIs Vulkan e OpenGL 5
• Suporte às novas instruções SGX (Software Guard eXtensions) e MPX (Memory Protection eXtensions)
• Substituição da tecnologia SpeedStep para a nova tecnologia Speed Shift para controle de clock e tensão de alimentação do processador
• Passa a ter um processador integrado de sinais para câmeras

Vamos agora falar de algumas novidades específicas que valem a pena serem explicadas em mais detalhes.