Prosessoreiden tulevaisuudennäkymät

Prosessoreiden markkinatilanne

X86-arkkitehtuuriin perustuvien prosessoreiden osalta Intel on onnistunut pitämään markkinaosuudet puolellaan ja kuluvan vuoden toisella neljänneksellä sen osuus oli liikevaihtoa tutkiessa 81,8 prosenttia. Tilastoissa on huomioitu työpöytä-, palvelin- ja mobiilituoteperheiden prosessorit. Edellisellä vuosineljänneksellä osuus oli 82,6 prosenttia ja vuotta aiemmin 80,7 prosenttia. AMD:n osuus uusimmassa mittauksessa oli 10,4 prosenttia, edeltävällä vuosineljänneksellä 10,1 prosenttia ja vuotta aiemmin 11,6 prosenttia.

Intel osuus on kasvanut viimeisen vuoden aikana 1,1 prosentilla ja tilastot osoittavat selvästi, että Intelin haalima markkinaosuus on suoraan pois AMD:ltä, jonka osuus puolestaan laski 1,2 prosentilla. Tilastot myös osoittavat, ettei x86-prosessorimarkkinoilla ole kuin kaksi kilpailijaa, sillä muiden valmistajien yhteen laskettu osuus jää ainoastaan alle kahden prosentin. Tähän osuuteen on laskettu mukaan muun muassa VIAn prosessoritoimitukset.

AMD:n ensi vuoden suunnitelmat

AMD sai juuri julkaistua useiden myöhästymisten jälkeen Bulldozer-arkkitehtuuriin perustuvat ja työpöytäkäyttöön suunnatut FX-tuoteperheen prosessorit, joten yritykseltä ei ole luvassa vähään aikaan suurempia uudistuksia prosessoririntamalla. Kulissien takana tapahtuu kuitenkin koko ajan ja yrityksen tavoitteena on parantaa vuositasolla prosessoreidensa suorituskykyä suhteutettuna tehonkulutukseen 10-15 prosentilla. Nyt julkaistun Bulldozerin jälkeen ensi vuonna ovat luvassa Piledriveriin perustuvat prosessorit, vuonna 2013 Steamrollerit ja jos kaikki menee kuten AMD on suunnitellut, vuonna 2014 se julkaisee Excavator-arkkitehtuurilliset prosessorit.

AMD:n ensimmmäiset Bulldozeriin perustuvat työpöytäprosessorit tunnetaan koodinimellä Zambezi ja kyseiset mallit ovat neljä-, kuusi- ja kahdeksanytimisiä. 32 nanometrin Zambezien jatkajaksi povattiin pitkään samaisella viivanleveydellä valmistettavia Komodo-prosessoreita, mutta nykyisten tietojen mukaan AMD on perunut kyseiset prosessorit.

APU-piirien osalta luvassa on nykyisen Llanon korvaava Trinity, jossa on käytössä seuraavan sukupolven Bulldozer-arkkitehtuuri eli Piledriver ja ytimiä 2-4 kappaletta. Kyseessä ei ole prosessori, vaan APU-piiri, johon on integroitu DirectX 11 -rajapintaa tukeva grafiikkaohjain. Lisäksi AMD julkaisee 28 nanometrin prosessilla valmistettavat Krishna-APU-piirit, joissa on käytössä 2-4 Bobcat-arkkitehtuurillista prosessoriydintä ja DirectX 11 -grafiikkaohjain.

AMD esitteli Trinity-pohjaista kannettavaa tietokonetta IDF-tapahtumassa syyskuussa, jolloin suorituskyvystä luotiin kuva Deus Ex -pelin avulla. Valitettavasti varsinaisia suorituskykymittauksia ei annettu tehdä, mutta jo pelkästään videoiden perusteella Trinityn integroidun grafiikkaohjaimen odotetaan olevan huomattavasti suorituskykyisempi kuin sen nykyisen edustajan Llanon.

Intelin vuosi 2012

Intelin nykyisestä kehittyneimmästä prosessoritarjonnasta vastaavat 32 nanometrin prosessilla valmistettavat Sandy Bridget, jotka Intel julkaisi tammikuussa ja jotka asentuvat LGA 1155 -prosessorikantaan. Seuraavaksi luvassa ovat Sandy Bridge-E -prosessorit, jotka yritys julkaisee vielä tämän vuoden puolella. Luvassa on useita eri prosessorimalleja teho- ja harrastelijakäyttöön, ja ne vaativat uuden LGA 2011 -prosessorikannallisen X79-piirisarjallisen emolevyn. Sandy Bridge-E -koodinimelliset Core i7-3000 -sarjan prosessorit korvaavat nykyiset LGA 1366 -kantaiset Core i7-900 -sarjan prosessorit.

Sandy Bridge-E -prosessoreihin on integroitu tuki kahdelle PCI Express x16 -väylälle, jotka toimivat täydellä x16-nopeudella ja DDR3-muistiohjain on nelikanavainen, joten täyden suorituskyvyn saavuttamiseksi on käytettävä neljää tai kahdeksaa muistikampaa. Lisäksi uusien Sandy Bridge-E -prosessoreiden ylikellotusominaisuuksien hehkutetaan olevan huippuluokkaa.

Nykyisten tietojen mukaan Sandy Bridge-E julkaistaan kolmen mallin turvin, jotka eroavat toisistaan kellotaajuuden, ylikellotusominaisuuksien, ytimien lukumäärän ja L3-välimuistin koon osalta. Suorituskykyisin malli on kuusiytiminen Core i7-3960X Extreme Edition, joka toimii 3,3 GHz:n peruskellotaajuudella ja Turbo Boost -ominaisuudella rasituksessa maksimissaan 3,9 GHz:n kellotaajuudella. Extreme Edition -mallinen prosessori on suunnattu ylikellottajille, Hyper-Threading-ominaisuuden avulla prosessori tukee 12 säiettä, L3-välimuistia on 15 megatavua ja hintalappu on nelinumeroinen.

Core i7-3930K on kuusiytiminen, se toimii 3,2 GHz:n peruskellotaajuudella ja Turbo Boost -ominaisuudella kellotaajuus nousee rasituksessa maksimissaan 3,8 GHz:iin. Prosessori tukee Hyper-Threading-teknologian ansiosta 12 säiettä, L3-välimuistia on 12 megatavua ja K-mallisena prosessorina kerroin on ylöspäin avoin. Edullisin Sandy Bridge-E on Core i7-3820, joka on neliytiminen, Hyper-Threadingin myötä se tukee kahdeksaa säiettä ja toimii 3,6 GHz:n peruskellotaajuudella ja Turbo Boost -ominaisuudella maksimissaan 3,9 GHz:n kellotaajuudella. L3-välimuistia on 10 megatavua ja kerroin on lukittu.

32 nanometrin prosessilla valmistettavat LGA 1155 -kantaiset kuluttajaluokan Sandy Bridget eli Core i7- ja i5-2000-sarjan prosessorit korvataan ensi vuoden maalis-huhtikuussa uuteen Ivy Bridge -arkkitehtuuriin perustuvilla prosessoreilla, jotka valmistetaan 22 nanometrin viivanleveydellä ja käytössä ovat uudenlaiset 3D-transistorit. Valitettavasti Ivy Bridge -prosessoreiden malleista tai tarkemmista yksityiskohdista ei ole toistaiseksi tietoa.

Alun perin Intelin uskottiin julkaisevan Ivy Bridge -prosessorit tammikuun alussa 2012 CES-tapahtuman yhteydessä, mutta alkuvuoden 6-tuoteperheen piirisarjojen ongelmat muuttivat suunnitelmia. Tuolloin Intel kutsui piirisarjat takaisin ja valmistajat pääsivät aloittamaan toimitukset uudelleen vasta huhti-toukokuussa. Julkaisun viivyttäminen antaa valmistajille enemmän aikaa myydä nykyisiä Sandy Bridge -prosessoreita käyttäviä tietokoneita. Huhujen mukaan viivytyksen taustalla olisi myös pyrkimys säästää rahaa, mikä sinällään tuntuu hieman erikoiselta, koska Intel on takonut viimeisten vuosineljännesten aikana hurjia voittoja ja sen käyttökate on ollut yli 60 prosenttia. Intel harkitsee tällä hetkellä peruuttavansa Fab 24 -tuotantolaitoksen päivitystyöt 22 nanometrin valmistusprosessia varten, ja yrityksen sisäisten arvioiden mukaan seuraava vuosi puolikohdemarkkinoilla tulee olemaan odotettua heikompi. Fab 24 -tuotantolaitosta oli määrä päivittää 500 miljoonalla dollarilla.

Kuvassa vasemmalla puolella on Ivy Bridge -prosessori, joka asentuu LGA 1155 -prosessorikannalliseen emolevyyn ja näin ollen siirtyminen nykyisestä Sandy Bridgeen perustuvasta Core i5/i7-2000 -prosessorillisesta alustasta Ivy Bridgeen onnistuu emolevyn osalta pelkällä BIOS-päivityksellä. Oikealla puolella on huomattavasti kookkaampi Sandy-Bridge-E, joka asentuu LGA 2011 -prosessorikantaan.

LGA 2011 -prosessorikannan myötä Intel tulee portaittain alasajamaan nykyisen LGA 1366 -kannan, sillä se on käytössä vain ja ainoastaan X58-piirisarjaan perustuvissa emolevyissä. LGA 2011 tulee olemaan suora seuraaja LGA 1366:lle high end -markkinoilla, kun taas LGA 1155 -kanta keskittyy kuluttajatason alustoihin.

Ivy Bridge – nykyisen Sandy Bridgen seuraaja

22 nanometrin viivanleveydellä ja uusilla 3D-transistoreilla valmistettava neliytiminen Ivy Bridge -piisiru rakentuu 1,4 miljardista transistorista, kun nykyisessä 32 nanometrin Sandy Bridgessä transistoreita on 995 miljoonaa. Ivy Bridgen uusia ominaisuuksia ovat muun muassa parannettu turvallisuus ja kannettaviin akkukesto, tuki DDR3L-muisteille, DDR3-2800-muistinopeus, prosessorin kerrointa voi nostaa 63:een asti ilman uudelleenkäynnistystä ja muistien nopeutta voi korottaa 200 MHz:n askelin.

Ivy Bridge -prosessoreissa tulee olemaan kolmiportainen TDP-arvojärjestelmä, jossa eri tasot ovat Nominal, TDP Up ja TDP Down. Ratkaisu on kohdistettu varsinkin mobiilikäyttöä silmällä pitäen, jossa TDP Up -tilasta hyödytään esimerkiksi tilanteessa, jossa kannettava tietokone on kiinnitetty telakkaan ja reilunpuoleinen jäähdytysteho on taattu. TDP Down -tilalla taas voidaan säästää akunkestoa, kun kannettavaa ei käytetä.

Ivy Bridgeen on integroitu DirectX 11- ja OpenGL 3.1 -rajapintoja sekä OpenCL 1.1:tä tukeva grafiikkapiiri, joka hallitsee muun muassa rautapohjaisen tesseloinnin ja kolmen näytön konfiguraatiot DVI-, VGA-, HDMI- ja DisplayPort-liitäntöjen avulla. Lisäksi tuettuna on täysin rautapohjainen MPEG2-videon pakkaus ja purku. Skaalautuvasta grafiikkapiiristä on tulossa kaksi versiota, GT1 ja GT2, joista jälkimmäisessä on 16 EU:ta (Execution Unit) eli neljä enemmän kuin Sandy Bridgessä. Grafiikkapiirin luvataan tarjoavan 60 prosenttia paremman suorituskyvyn 3DMark Vantagen Performance-esiasetuksella Sandy Bridgeen verrattuna ja Quick Sync -media-suorituskykyä on parannettu merkittävästi.

Tri-Gate-transistori uudistaa prosessorivalmistusta

Intel paljasti toukokuussa uudentyyppisen transistorin, jonka suunnittelu perustuu kolmiulotteisuuteen, ja ratkaisulla pyritään pienentämään piirien kokoa ja laskemaan tehonkulutusta. Intel kutsuu uutta transistoria Tri-Gateksi ja sen nimi on peräisin kolmesta johtavasta pinnasta. Yrityksen omien sanojen mukaan se kykenee laskemaan uudella suunnittelulla tehonkulutusta keskimäärin 50 prosentilla nykyisiin tasotransistoreihin verrattuna. Merkittävää parannusta on tapahtunut varsinkin tilanteessa, jossa transistorin ei ole tarkoitus päästä virtaa läpi, jolloin virtavuotojen pitäisi olla erittäin minimaalisia. Samalla tehonkulutuksella uuden 3D-transistorin povataan tarjoavan 22 nanometrin prosessia hyväksi käyttäen peräti 37 prosenttia nopeampaa suorituskykyä, kun sitä verrataan aiempaan 32 nanometrin 2D-transistoriin.

2D-transistoreissa virta kulkee tasaista sähköä johtavaa kanavaa pitkin, kun taas 3D-transistorissa on käytössä korkea ja ohut kolmisivuinen ”koroke”. Koroke mahdollistaa suuremman sähköä johtavan kanavan sen suuremman pinnan, mutta pienemmän pohja-alan myötä. Intel tulee ottamaan käyttöön Tri-Gate-transistorit 22 nanometrin prosessin yhteydessä eli Ivy Bridge -koodinimellisten prosessorit tulevat ensimmäisenä hyödyntämään uutta teknologiaa. Samalla yritys on esitellyt Ivy Bridge -prosessoreita toiminnassa ja vahvistanut suunnitelmat aloittaa kyseisten prosessoreiden massatuotannon kuluvan vuoden jälkimmäisellä puoliskolla.

Haswell uudistaa Intelin arkkitehtuurin vuonna 2013

Intelin seuraava päivitys arkkitehtuuripuolella tunnetaan koodinimellä Haswell, johon perustuvat prosessorit on määrä julkaista markkinoille vuonna 2013. Haswell-arkkitehtuurilliset prosessorit valmistetaan samaisella 22 nanometrin prosessilla, jossa hyödynnetään 3D-transistoriteknologiaa, kuin Ivy Bridge -prosessorit.

Suurista arkkitehtuurillisista uudistuksista Intel on kertonut kokonaan uudestaan suunnitellun välimuistin, tuen FMA3-käskyille ja integroidun vektoriapuprosessorin. AVX (Advanced Vector Extensions) on hyppäämässä toiseen versioon, joka keskittyy kokonaislukutietotyyppeihin, kun taas nykyisen AVX:n osa-aluetta ovat liukuluvut. Arkkitehtuurin kehittämisestä on vastuussa Intelin Oregonin osasto.