Intel detalha CPUs Meteor Lake com IA e GPU Arc integradas

Durante apresentação realizada no Innovation 2023 nesta terça-feira (19), a Intel divulgou informações detalhadas sobre a família de processadores Intel Core Ultra, de codinome Meteor Lake, próximo grande lançamento da gigante para notebooks, cuja estreia está prevista para dezembro.

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Além de serem as primeiras soluções da companhia para consumidores a empregar uma arquitetura de chiplets, as CPUs Meteor Lake seriam uma revolução de arquitetura para a Intel, marcando o primeiro passo dos avanços da próxima década.

Intel Meteor Lake trazem chiplets para notebooks

A família Intel Meteor Lake seria "um ponto de inflexão" para a gigante de Santa Clara por serem os primeiros processadores da empresa para consumidores a empregarem chiplets, uma das maiores mudanças de arquitetura da marca em 40 anos. As novidades usam tecnologias engenhosas desenvolvidas pela empresa há pelo menos cinco anos e garantem enorme flexibilidade para futuras gerações.

Um chip Meteor Lake é composto de seis partes:

1. Substrato: componente que é fixado à placa-mãe para permitir a passagem de dados e energia;
2. Base Tile: chiplet que, como o nome sugere, serve como base para os chiplets de computação;
3. Compute Tile: onde estão os núcleos mais fortes da CPU;
4. Graphics Tile: novo nome dos gráficos integrados, que receberam um grande upgrade;
5. SoC Tile: abriga funções como motor de display e recursos de conectividade;
6. I/O Extender Tile: por onde é feita a comunicação das conexões.

Os chiplets de processamento são literalmente empilhados sobre o Base Tile, que por sua vez é fixado no subtrato usando a tecnologia de empacotamento Foveros — pense em peças de Lego de altíssima tecnologia. Para permitir que haja comunicação entre eles garantindo o máximo de performance, emprega-se a tecnologia EMIB, canais de comunicação de alta velocidade que passam pelo Base Tile criando pontes entre cada chiplet.

É justamente na semelhança com peças de Lego em que está a genialidade da arquitetura de chiplets e, mais importante, a flexibilidade. Através dela, a Intel não apenas pode usar diferentes tiles de acordo com a necessidade (um Compute Tile mais simples para um Core 3, um Graphics Tile antigo para não atrasar o lançamento de uma nova família por problemas de fabricação), como ainda mesclar chiplets produzidos por diferentes empresas.

No caso dos Meteor Lake, o Compute Tile e o Base Tile são fabricados pela própria Intel, nas litografias Intel 4 (equivalente a 7 nm) e Intel 22FFL (equivalente a 16 nm), enquanto o Graphics Tile, o SoC Tile e o I/O Extender ficaram sob responsabilidade da TSMC, com a GPU adotando a litografia N5 (5 nm) e os dois últimos utilizando o processo N6 (6 nm) — antes da arquitetura de chiplets, essa mescla era impossível, forçando o chip a ser fabricado com um único processo.

Se houvesse atrasos ou problemas, o componente inteiro seria atrasado ou afetado em relação ao desempenho, como aconteceu no passado com linhas como a 11ª geração Rocket Lake. A flexibilidade dos chiplets acaba com esse obstáculo.

Outra grande vantagem da nova arquitetura é a eficiência energética, já que cada um dos tiles vai ser alimentado de forma independente. Isso também exige um controlador de energia dedicado para cada, com gerenciamento coordenado, aspecto que leva ao último grande destaque: o uso de uma estrutura de comunicação conhecida como Network-on-Chip (NoC), amplamente utilizada nos FPGAs, os chips indústriais programáveis, mas em uma escala bem reduzida.

O gerenciamento de alimentação e tráfego de dados via NoC para cada chiplet é feito no SoC Tile, a "central" do processador.

CPU com novos núcleos e litografia

Coração da família Meteor Lake, o Compute Tile é, essencialmente, a CPU dos componentes, que mantém o design híbrido visto nas últimas duas gerações, composta de núcleos P-Core de alto desempenho e E-Core de alta eficiência. Ambos trazem microarquiteturas completamente novas, conforme apontavam os vazamentos: Redwood Cove para os P-Cores e Crestmont para os E-Cores. Apesar do anúncio, poucos detalhes técnicos foram revelados — é provável que a Intel esteja aguardando o lançamento, em dezembro.

Ao que se sabe, os núcleos Redwood Cove são sucessores diretos dos Golden Cove usados na 12ª geração Alder Lake, trazendo "mais Instruções Por Clock (IPC), maior eficiência e maior largura de banda para o cache e memória". Os Crestmont sucederão os Gracemont, também apresentados com a família Alder Lake, oferecendo os mesmos ganhos de IPC e eficiência além do "dobro de processamento de IA com instruções AVX2".

Em resumo, os ganhos de CPU parecem estar mais ligados à versão aprimorada do Intel Thread Director, a ferramenta de software que trabalha com o Windows para gerenciar o quão pesada uma tarefa é, selecionando para qual tipo de núcleo (P-Core ou E-Core) a atividade será encaminhada, bem como à nova litografia Intel 4. Avanços mais específicos das novas arquiteturas devem ser esclarecidos posteriormente.

O Thread Director para a linha Meteor Lake foi otimizado com foco no baixo consumo de energia, mudando a maneira como os núcleos são selecionados. Semelhante às gerações anteriores, cada tarefa do computador recebe um nível de prioridade, mas agora o sistema vai buscar processá-las somente com a chamada Low Power Island (Ilha de Baixo Consumo, em tradução livre), um conjunto de E-Cores de consumo ainda mais reduzido localizado no SoC Tile.

Se essa estratégia não for suficiente, a tarefa é então encaminhada para o Compute Tile, onde a lógica antiga prevalece: tarefas leves e em segundo-plano são processadas pelos E-Cores, enquanto aplicativos mais pesados e em primeiro plano ficam a cargo dos P-Cores.

Por sua vez, a litografia Intel 4 era muito aguardada por trazer inúmeras inovações prometidas pela Intel há alguns anos, começando pelo uso de EUV (Extreme Ultraviolet, ou Ultravioleta Extremo) pela primeira vez em um processo de fabricação da companhia. A técnica simplifica a produção ao reduzir o número de camadas usadas e aumentar a resolução da impressão dos circuitos no wafer de silício.

Outra novidade é o uso do chamado "Enhanced Copper" (Cobre Aprimorado), uma mistura de cobre e cobalto que reduz a resistência elétrica. Essas e diversas outras melhorias garantem que o Intel 4 forneça uma densidade duas vezes maior em comparação ao Intel 7, o processo de fabricação usado pela 13ª geração Raptor Lake, além de um aumento de 20% de desempenho ao consumir a mesma quantidade de energia, ou uma redução de 40% de consumo ao entregar o mesmo desempenho — o que parece ser o foco de Meteor Lake.

Gráficos integrados com tecnologia Intel Arc

Um dos aspectos mais interessantes dos novos processadores da Intel é o Graphics Tile, explicitamente posicionado pela gigante como uma Intel Arc. A solução utiliza uma nova arquitetura, a Intel Xe-LPG (Low Power Gaming), versão simplificada da Xe-HPG Alchemist usada nas GPUs da marca. Mesmo com a simplificação, a Arc integrada promete ter bastante fôlego tanto para games como para tarefas profissionais.

Fabricado pela TSMC na litografia N5 (5 nm), o Graphics Tile é composto de 8 Xe-Cores, totalizando 128 Vector Engines (as antigas Execution Units, ou EUs, dos gráficos integrados mais antigos), com 1.024 núcleos — um aumento de 33% em comparação à Iris Xe usada na 13ª geração Raptor Lake, que possui 96 EUs e 768 núcleos. Dito isso, há muito mais ajustes do que apenas um aumento no tamanho, incluindo, por exemplo, 8 Ray Tracing Units (RT Units) para o processamento de Ray Tracing.

As modificações garantem que a nova GPU entregue duas vezes mais performance com o mesmo nível de consumo frente à Iris Xe, número muito respeitável e que deve tornar viável a reprodução de games mais pesados em notebooks com Meteor Lake que não possuam gráficos dedicados. Detalhes mais precisos, como frequências e nível esperado de performance, não foram divulgados. Esses pontos também devem ficar para o lançamento em dezembro.

Apesar disso, uma modificação curiosa é que blocos de lógica para gerenciamento da tela, codificação e decodificação de vídeo e outros foram movidos para o SoC Tile, o que deve reduzir mais o consumo dos gráficos integrados.

Inteligência artificial com NPU dedicada

É possível dizer que o SoC Tile é uma das estrelas da linha Meteor Lake, por funcionar como uma espécie de central de gerenciamento para os processadores. Basicamente, o chiplet se apoia em três pilares: processamento de baixo consumo, conectividade e Inteligência Artificial.

O primeiro deles engloba a Low Power Island citada anteriormente, com E-Cores mais eficientes que seriam a preferência do Thread Director, além dos motores de mídia (as Xe Media Engines) e de display (Xe Display Engines), que anteriormente faziam parte da GPU.

Responsáveis pela codificação e decodificação de vídeos, as Xe Media Engines suportam uma variedade de codecs, incuindo o moderno AV1, e seriam capazes de processar vídeos em até 8K com HDR na edição e reproduzir vídeos em 8K HDR a 60 FPS localmente ou a partir de plataformas de streaming como YouTube, Netflix e Microsoft Teams.

Já as Xe Display Engines concentram as conexões para telas externas, trazendo compatibilidade com portas HDMI 2.1, DisplayPort 2.1 e Embedded DisplayPort (eDP) 1.4.

Na prática, um notebook com processador Meteor Lake consegue utilizar um monitor externo 8K HDR a 60 FPS, um monitor 4K HDR a 120 FPS ou quatro monitores 4K HDR a 60 FPS ao mesmo tempo. O diferencial dessa abordagem, de separar as Xe Media e Display Engines da GPU, é a eficiência energética, já que não é preciso ativar o Graphics Tile para reproduzir um vídeo no YouTube, por exemplo, o que deve poupar a bateria do laptop drasticamente.

É também no SoC Tile em que estão quase todas as conexões, incluindo PCIe 5.0, Wi-Fi 7, Bluetooth 5.4, USB 3, Ethernet, áudio e sensores, além de mecanismos de hardware para segurança. Todos utilizam a NoC para se comunicar em alta velocidade com o I/O Extender Tile, onde ficam tecnologias adicionais, como pistas PCIe extras e o controlador Thunderbolt 4 — uma escolha curiosa considerando o recente lançamento do Thunderbolt 5, mas não se pode descartar a possibilidade de um futuro chiplet atualizado contar com a especificação.

Fecha o pacote a primeira Unidade de Processamento Neural (NPU) da Intel, que tira proveito das ferramentas do OpenVINO para ser compatível com vários modelos de IA, incluindo PyTorch, TensorFlow e Caffe. A ideia da NPU é processar algoritmos robustos de Inteligência Artificial em qualquer lugar direto de um notebook, mas consumindo uma fração de energia. O acelerador também vai aliviar o estresse na CPU e GPU, em uma estratégia similar à da Low Power Island.

Ao que tudo indica, o suporte a recursos e plug-ins será forte, com algumas parcerias de destaque já anunciadas. A Acer fornecerá diversas ferramentas que aproveitam o poder da NPU, com destaque para o "Acer Parallax", que aplica um efeito 3D a imagens 2D selecionadas pelo usuário, gerando o efeito paralaxe do nome. Já o Audacity, software de edição de áudio, receberá o Riffusion, que consegue transformar os estilos de uma música ou aplicar um vocal em outra batida, por exemplo.

Intel Meteor Lake: data de lançamento

Junto aos diversos detalhes, a Intel confirmou a data de lançamento da família Meteor Lake: 14 de dezembro. O mais provável é que, nesse dia, vejamos as informações técnicas restantes, com os primeiros notebooks chegando apenas no primeiro trimestre de 2024, possivelmente durante a CES.

Considerando as parcerias e participações durante o Innovation, também é possível deduzir que Acer e Samsung podem ser as primeiras fabricantes a apostar nos novos processadores.