Anatomia Core M
Mniejsza obudowa
Na pierwszy ogień poszła obudowa procesora, czyli wszystko, co oprócz krzemowego jądra wchodzi w skład Core M. Obudowa Broadwella-Y jest sporo mniejsza od obudowy Haswella-Y:
Jak łatwo zauważyć, większość zysku ze zmniejszonego wymiaru procesu produkcyjnego przeznaczono na zmniejszenie powierzchni jądra, a nie na zwiększenie liczby tranzystorów. Broadwell-Y ma 1,3 mld tranzystorów, tylko o 30% więcej niż Haswell-Y.
Zmniejszono nie tylko powierzchnię, ale i grubość obudowy. Właściwie to nie zmniejszono, ale ukryto: zajmujące dużo miejsca cewki ISVRISVR – przeczytaj więcej w opisie mikroarchitektury Haswell. zostały przeniesione na oddzielny mały laminat, który jest przylutowany od spodu procesora.
W płycie głównej pod procesorem jest dziura, dzięki czemu jest on częściowo zagłębiony w płycie. Do tego krzemowe jądra procesora i PCH są pocieniane do 0,17 mm (w porównaniu z 0,7 mm w zwykłych procesorach). W ten sposób całość jest cieńsza, choć budowa płyty głównej i proces montażu procesorów na płycie robią się bardziej skomplikowane.
U góry: płyta główna z MacBooka Air, najmniejsza na świecie płyta z Haswellem-Y. U dołu: Intelowska płyta testowa z Broadwellem-Y. Tak, obie z nich to w pełni funkcjonalne komputery – brakuje tylko zasilacza i ekranu.
Tryb liniowy w zintegrowanym zasilaczu
Zauważono, że zintegrowany w procesorze zasilacz impulsowy (ISVR) ma bardzo małą sprawność, kiedy napięcie i prąd pobierane przez poszczególne części układu są bardzo małe. W takich warunkach nawet stabilizator liniowyKonkretnie: LDO – półprzewodnikowy układ obniżający napięcie o niewielką wartość. Więcej o stabilizatorach liniowych można znaleźć w Wikipedii. miałby większą sprawność, więc ISVR dodano możliwość pracy w trybie takiego stabilizatora. Jest on wykorzystywany tylko przy najniższym poborze energii.
Zoptymalizowana fabrykacja i reguły projektowe
W ramach wszystkich technik ogólnie nazywanych procesem produkcyjnym 14 nm Intel ma pewne możliwości dostosowania, choćby w małym zakresie, charakterystyk tranzystorów. Core M są produkowane w wolno taktowanym, niskonapięciowym wariancie procesu 14 nm. Możliwość szybszego taktowania po przyłożeniu wyższego napięcia poświęcono w nim dla niższego upływu prądu do podłoża. Broadwell-Y nie może być już dużo szybciej taktowany, bo inaczej nie byłby już tak oszczędny (nawet w najniższym stanie energetycznym).
Na potrzeby Broadwella-Y dostosowano też reguły projektowe, czyli zestaw zaleceń co do ułożenia tranzystorów i połączeń w warstwach metalowych. Układ tych ostatnich ma zapewniać jak najmniejszą pojemność połączeńLabirynt metalowych połączeń to bardzo dużo przewodników rozdzielonych bardzo cienkimi warstwami izolatora – zachowuje się on jak mnóstwo małych kondensatorów. Przesyłanie danych oznacza ciągłe ładowanie i rozładowywanie tych kondensatorów i niebagatelną utratę energii., nawet kosztem długości przewodów.
Szybsze turbo, wolniejszy spoczynek
Dwie najważniejsze zalety Broadwella-Y, wydajność i energooszczędność, biorą się z bardzo rozległych zmian w taktowaniu i zasilaniu. Obliczenia wymagają energii, więc procesor nie może być jednocześnie szybki i oszczędny; cała sztuka polega na tym, żeby był szybki, kiedy użytkownik czeka na wynik operacji, i oszczędny, kiedy użytkownik myśli. W Broadwellu-Y jeszcze zwiększono zakres stanów przyspieszonych i spowolnionych.
Broadwellowe Turbo przyspiesza nie tylko do limitu związanego z pojemnością cieplną układu chłodzenia, ale tak mocno, na ile pozwala dopuszczalna prędkość rozładowywania akumulatora. Procesor i kontroler zasilania wbudowany w PCH monitorują cały czas temperaturę obudowy urządzenia i spowalniają działanie dopiero wtedy, kiedy użytkownik miałby zacząć odczuwać dyskomfkort. W wielu zadaniach, które wymagają bardzo krótkiego okresu wydajnych obliczeń, ten limit nigdy nie jest osiągany: procesor kończy zadanie, zanim zdąży nagrzać obudowę.
Stany niskoenergetyczne też rozbudowano. Główną innowacją jest spowalnianie nie przez dalsze obniżanie częstotliwości taktowania (to by już nic nie dało – koszt energetyczny taktowania jest już dużo mniejszy niż upływ prądu), ale przez krótkotrwałe wyłączanie poszczególnych części procesora. Inżynierowie Intela zachowali szczegóły dla siebie, lecz prawdopodobnie chodzi nie tylko o zatrzymywanie zegarów, ale też o całkowite odłączanie zasilania od niektórych bloków. W ten sposób taktowanie nie jest spowalniane, ale średnia częstotliwość taktowania w dłuższym okresie, owszem, spada.