Teksti: Tomi Engdahl, kuvat Shuttertock ja valmistajat

PC-suoritinmarkkinat ovat rajussa muutoksessa, jossa AMD on kiilannut uutuuspiireillä uhkaamaan Intelin perinteistä johtoasemaa. Lisäksi Apple ja Microsoft ovat tuomassa laajemminkin ARM-pohjaiset prosessorit pc-koneiden ja jopa korttipalvelimien suorittimiksi.

Henkilökohtaisten tietokoneiden kauppa on ollut jo parin vuoden ajan alavireistä samalla kun alan kehitys on painottanut uusien entistä tehokkaampien mobiilisirujen toteuttamiseen.

Uudet kannettavat ja palvelinkoneet ovat nyt palauttaneet uskoa PC-maailmaan ja suorittimien myynti kasvaa uudelleen. Eniten uutta on tarjolle tuonut alan haastajaksi noussut AMD, joka on napsinut markkinoita prosessiongelmien kanssa painivalta Inteliltä.

Lisäksi nopeasti kehittyneet ARM-prosessorit ovat tulossa laajemmin tietokoneisiin. Niillä on mahdollisuus ottaa entistä suurempi asema tietokonelaitteissa. Siitä kertoo myös, että Apple ottaa uusissa Mac-koneissaan Intelin suorittimien sijaan käyttöön omaa suunnittelua olevat ARM-suorittimet.

Prosessorimarkkina uuteen kasvuun

Markkinatutkimuslaitos IC Insights odottaa kuluvan vuoden aikana maailmanlaajuisesti kannettavien ja pöytämikrojen sekä tablettitietokoneiden sirumyynnin nousevan 2,2 prosenttia 41,7 miljardiin dollariin.

Nykymarkkinoita hallitseva AMD:n ja Intelin X86-yhteensopivat suorittimet, ja ARM-pohjaisten tablettien ja kevyiden kannettavien tietokoneiden prosessorit edustavat vasta muutaman prosentin osuutta markkinoista. Intelin uusinta ovat 10- ja 11-sukupolven Core-prosessorit ja AMD:n Zen3 -arkkitehtuuriin perustuvat Ryzen-prosessorit.

Marraskuussa Apple julkisti ensimmäisen oman ARM-suorittimensa Mac-tietokoneisiinsa, joka rokottaa Intelin suoritinmyyntiä, vaikka muiden pc-kannettavat ovat Intelin valtavirtaa. Yrityksellä on silti viime aikoina ollut vaikeuksia kilpailla AMD:n kanssa. Varsinkin kun samaan aikaan sillä on ollut suuria ongelmia siirtyä tuotannossaan tiheämpiin piiriprosesseihin.

Oma tuotantoprosessi on ollut koko ajan Intelin etu prosessorikehityksessä, mutta nyt kaupallisia sirutehtaita hyödyntävä AMD on pärjännyt selvästi paremmin uusien prosessien hyödyntämisessä. Esimerkiksi taiwanilainen TSMC pystyy viiden ja seitsemän nanometrin tuotantoon, kun Intel porskuttaa edelleen 14 nanometrin tuotannolla.

Intelin prosessorit ovat silti edelleen laajalti käytössä. Niitä hyödynnetään myös sulautetuissa korttimallisissa tietokonekorteissa, jossa tärkeä on saatavuuden takaaminen jopa pitkälle tulevaisuuteen. Silti sulautetuissakin piireissä AMD ja ARM on napsinut kasvavia osuuksia.

 

Intelin prosessorisukupolvet

Intelillä on tarjolla suorittimistaan yhdeksäs- ja kymmenessukupolvi. Uusin yhdestoista prosessorisukupolvi on tulossa, mutta siitä on olemassa vasta vain muutamia prosessorimalleja. Samalla Intel on siirtämässä kolme vuotta sitten julkistetut kahdeksannen sukupolven Core-prosessorit eli Coffee Lake -sukupolven historiaan. Viimeiset toimitukset Coffee Lake

-sukupolven prosessoreista tarjotaan vuoden lopulla.

Kahdeksannen sukupolven Coffee Lake -prosessorit olivat tärkeitä, koska niissä Intel otti käyttöön vielä nykyisinkin tärkeimmän 14 nanometrin valmistusprosessin sekä lähti kasvattamaan prosessoriytimien määrää aivan uudelle tasolle. Niissä yritys otti käyttöön myös 1151-nastaisen LGA1151 piirikannan, jota käytetään edelleen myös yhdeksännessä prosessorisukupolvessa.

Intel julkaisi kaksi vuotta sitten yhdeksännen sukupolven Core-prosessorit, jotka tarjosivat suurimpana uudistuksena samassa piirissä entistä enemmän ytimiä, jopa kahdeksan ydintä, jotka pystyvät suorittamaan 16 säiettä. Niistä suorituskykyisin malli oli 8-ytiminen 3,6 GHz:n (5 Ghz turbo-moodissa) toimiva Core i9-9900K (TPD 95 W). Näissä prosessorimalleissa lämmönlevittäjä on juotettu suoraan kiinni piisiruun parhaan lämmönjohtavuuden aikaansaamiseksi.

Yhdeksännen sukupolven prosessoreissa oli integroituna myös UHD Graphics 630 -grafiikkaohjain. Suorittimet olivat yhteensopivia 300-sarjan piirisarjoihin perustuvien emolevyjen kanssa. Uusimmat toukokuussa julkistetut kymmenennen sukupolven Intelin Core -prosessorit ovat aikaisempia pöytäsuoritinprosessoreita nopeampia, tehokkaampia ja vähävirtaisempia. Ne sopivat paremmin myös viihteeseen, sillä niissä on aikaisempaa tehokkaampi integroitu näytönohjain.

Piirien Iris Plus Graphics pystyy toistamaan sisältöä myös 4K-tason HDR-laadulla. Kymmenes sukupolvi toi mukanaan myös entistä nopeammat verkkoyhteydet kuten 2,5 gigabitin Ethernet ja Intel Wi-Fi 6 AX201.

Uusissa kymmenennen sukupolven prosessoreissa jouduttiin Comet Lake -arkkitehtuurin takia kasvattamaan kannan pinnimäärää 1200 pinniin aiempien mallien 1151 pinnistä. Uusi kanta on silti kooltaan niin lähellä aikaisempia kantoja, että emolevyissä voidaan käyttää vivullista prosessorin kiinnitysmekanismia aikaisempien sukupolvien kanssa. Uuden Comet Lake -arkkitehtuurin lippulaivamalli on Core i9-10900K on, johon on pakattu kaikkiaan kymmenen ydintä.

Jos kymmenes sukupolvi on Intelin uusinta uutta työpöytäkoneissa, niin kannettavissa laitteissa ollaan siirtymässä jo uuteen 11. sukupolveen. Tiger Lake on Intelin koodinimi syyskuussa julkaistulle uudelle 11. sukupolven Intel Core -mobiiliprosessoriperheelle, joka tarjoaa enintään neljä ydintä Hyper-threading-SMT-tuen kera.

Prosessorit perustuvat Intelin Willow Cove Core -mikroarkkitehtuuriin ja ne valmistetaan Intelin uusimmalla kymmenen nanometrin FinFET-prosessilla.  Nämä Tiker Lake -suorittimet yhdistävät suorituskykyisiä ja silti kohtuullisesti tehoa kuluttavia prosessoriytimiä sekä uuden Iris Xe -grafiikkaohjaimen samaan piiriin. Tehonkulutus on yhdeksän tai 28 wattia (TDP).

Prosessori kolminkertaistaa Xe-grafiikkapuolen suorituskyvyn sekä tarjoaa uudet PCIe Gen4- ja USB4-liitännät. Grafiikkapuolesta huolehtii GT2-tason Iris Xe -grafiikkaohjain 96 Execution Unit -yksiköllä. Yhdestoista sukupolvi on tulossa myös sulautettuihin ratkaisuihin ja teolliseen Internettiin sekä reunalaskentasovelluksiin.

Ensi vuonna on Intel luvannut työpöytäprosessoreihin uuden Rocket Lake -päivityksen, joka on tarkoitus julkaista vuoden 2021 ensimmäisellä neljänneksellä. Uusia Rocket Lake-siruja markkinoidaan ”Intelin 11. sukupolven ydin” -teemalla. Uudet -prosessoriytimet sisältävät ennakkotietojen perusteella huomattavasti enemmän transistoreita kuin nykyiset Comet Lake -ydinytimet.  Rocket Laken myötä Intel tuo vihdoin tuen PCIe 4.0 -väylän tuen myös työpöytäkoneisiin.

Intelillä laaja suoritintarjonta

Intelin nykyiset PC-prosessorit voidaan jakaa eri luokkiin sekä prosessorin tyyppiluokituksen että prosessorisukupolven mukaan. Niistä vähiten kuluttava on Atom, joka on suunniteltu käytettäväksi esimerkiksi minikannettavissa tai tablettikoneissa ja sulautetuissa järjestelmissä.

Vähävirtainen Atom-prosessori säästää energiaa, eikä vaadi massiivisia jäähdytysratkaisuja. Siitä on tarjolla muun muassa yksiytimisinä (Atom N2xx ja N4xx), kaksiytimisinä (Atom N5xx ja Z2xxx) sekä neliytimisinä (Z3xxx) -versioita.

Celeron on Intelin suoritinsarja, joka on tarkoitettu tietokoneen peruskäyttöön. Celeronin suorituskyky on Atom-malleihin selvästi suurempi, mutta virrankulutus on selvästi suurempi.

Uusimmat Intelin Celeron-prosessorit tarjoavat laajan valikoiman käynnissä olevia kahden tai neljän ytimen vaihtoehtoja jopa kolmen gigahertsin kellotaajuuteen asti, TDP-tehoalueella 4,5-12 wattia.

Pöytäkoneiden aloitusmalli Pentium tuotiin alun perin vuonna 1993 suositun Intel i486 -prosessorin seuraajaksi. Intel on jatkanut Pentium-nimen käyttöä edelleen nykysiruissaan, vaikka ne ovat alkuperäisiin Pentiumeihin nähden hyvinkin erilaisia.

Intelin nykyiset Pentium-prosessorit ovat suhteellisen edullisia energiatehokkaita ja teholtaan alemman keskitason suorittimia, jotka on suunniteltu kevyeen viihdekäyttöön sopiviin koneisiin. Nykyiset Pentium -suorittimet ovat kaksi- tai neliytimisiä ja niiden maksimi tehonkulutus on kahdeksasta 35 wattiin.

Näitä kaikkia Intelin Atom-, Pentium- ja Celeron-malleja hyödynnetään kevyimpien PC laitteiden lisäksi sulautetuissa sovelluksissa. Esimerkiksi Atomin x6000E-, Pentium- ja Celeron-laitteiden N- ja J-prosessoreita käytetään teollisuustietokoneissa, sulautettavissa korttitietokoneissa, IoT-laitteissa ja tietoverkkojen reunalaskentaratkaisuissa.

Intelin Coresta monta sukupolvea

Intel Core M on uusin kevyisiin kannettaviin laiteisiin suunnittelema vähän tehoa kuluttava x86-prosessoriperhe. Core M on kuluttajien erittäin matalajännitteisten (CULV), jossa tehonkulutus on vain 4,5 watin luokkaa, joten ei tarvitse tuuletinta jäähdytykseen. Intelin Core M -sirut on pakattu Platform Controller Hub (PCH) -ohjainsirun kanssa samaan emolevyyn, joka on vain noin millin paksuinen.

PC-koneisiin Intelin tärkeimmät prosessorit ovat Core i3, i5, i5, i7 ja i9. Ne asennetaan tyypillisesti emolevyllä olevaan prosessorikantaan, mutta osasta malleja on olemassa myös pintaliitosasennettavia BGA-koteloituja versioita kannettavia ja sulautettuja korttituotteita varten.

Intelin jokaisen Core-suoritinsarjan tunnisteessa on Core-numeron lisäksi mallinumero, joka kertoo tarkempia tietoja kyseisestä suorittimen toiminnasta. Ensimmäinen numero kertoo sukupolven, ja viisinumeroisissa kaksi ensimmäistä numeroa kertovat sukupolven.

Mallinumeron kolme viimeistä numeroa kertovat puolestaan prosessorin tehokkuudesta saman sukupolven malleihin verrattuna.

Siinä suurempi numero viestii tehonkasvusta. Intelin PC-suoritinmallistossa Core i3 on Intelin alemman keskitason suoritinperhe yleiskäyttöön ja sopii esimerkiksi edullisiin kannettaviin tietokoneisiin.

Useimmat Core i3-suorittimet ovat olleet kaksiytimisiä ja niiden maksimi virrankulutus ollut luokassa 15 – 35 wattia. Uusin 11. prosessorisukupolvi kasvatti Core i3-ytimien määrän neljään, jonka kautta saatiin uutta tehoa myös aloitusmalleihin.

Core i5 on tehty keskitason suorituskyvyn 64-bittiseksi x86-prosessoriksi laajalti erilaisiin koti- ja työmikroihin. Core i5-prosessorit olleet perinteisesti kaksiytimisiä tai neliytimisiä ja niiden maksimi virrankulutus on ollut 15 – 45 wattia. Uusin 10. sukupolvi kasvatti suoritinytimien määrän kuuteen ja samalla maksimitehonkulutus kasvoi 65 wattiin.

Intelin raskaisiin sovelluksiin aikanaan tuoman Intel Core i7:n teho riittää jo monien ohjelmien moniajo tai vaativaan grafiikka- tai viihdekäyttöön. Ne ovat olleet perinteisesti kaksiytimisiä, neliytimisiä tai kuusiytimisiä. Tehonkulutus vaihtelee mallista riippuen välillä 15-125 wattia.

Uusin Core i9 on suunniteltu tarjoamaan lisää suorituskykyä Core i7:n yläpuolelle. Sitä saadaan jopa viiden gigahertsin kellotaajuudella ja useilla ytimillä. Mallistossa Core i9-10900K on yrityksen uuden Comet Lake -arkkitehtuurin LGA 1200 -kantaa käyttävä lippulaivamalli, johon on pakattu kymmenen ydintä.

Xeon on Intelin pitkäaikainen tavaramerkki, jolla myydään palvelinkäyttöön varten optimoituja suorittimia. Tosin niitä käytetään myös grafiikka- ja suunnittelun tehotyöasemissa.

Verrattuna Intelin Core-työpöytäprosessoreihin Xeon on enemmän optimoitu suurempaan suoritustehoon, joka voi sisältää Corea enemmän prosessoriytimiä ja välimuistia. Xeon on Intelin tehokkain ja samalla myös kallein prosessorisarja.

Xeon-suorittimien merkittävin etu palvelinkäytössä on suuren jatkuvan laskentatehon lisäksi työpöytäsuorittimiin verrattuna mahdollisuus käyttää virheenkorjauksella varustettua ECC-keskusmuistia. Samalla emolevyllä voi olla myös kaksi Xeon-prosessoria. Mallimerkinnät eri teholuokan prosessoreille ovat Intel Coren kaltaisia, mutta suoritinsarjat Xeoneissa on nimetty lisäksi E3-, E5- ja E7-tunnuksin.

AMD on kova haastaja

Intelin vanavedessä AMD on vuosikymmenien ajan kasvattanut koko ajan osuuttaan. Viime vuonna julkaistujen uusien Zen2-prosessoreiden ansiosta yritys on saanut myös kasvavasti jalansijaa Inteliltä PC-prosessorien markkinoilta.

AMD on onnistunut myös valmistuttamaan uusimmilla tuotantotekniikoilla hyvin suorituskykyisiä prosessoreja ja jopa Intelin prosessoreja edullisemmalla hinnalla. AMD on hakenut suorituskykyetua erityisesti sovelluksissa, joissa hyödynnetään tehokkaasti useita ytimiä.

Athlon on edelleen AMD:n malliston perussuoritin, vaikka käytetty prosessoritekniikka on piirin sisälläkin muuttunut hurjasti. Uusissa Athlon-prosessoreissa on nykyisin integroitu ”Zen” -prosessoriarkkitehtuuri ja Radeon-näytönohjain samaan pakettiin. Uusin piiriperheen edustaja on AM4-kantaan sopiva Athlon 3000G -prosessori.

Lisäksi AMD:n A, C ja E -sarjan suorittimet ovat perussuorittimia kannettavia tietokoneita varten. AMD A-sarjan suorittimet ovat teholtaan alemman keskitason kaksi- tai neliytimisiä suorittimia, joita käytetään pääasiassa edullisissa kuluttajakäyttöön tarkoitetuissa kannettavissa. A-sarjan suorittimet kilpailevat parhaimmillaan samalla tasolla Intel Pentium tai Core i3 -suorittimien kanssa.

AMD C-sarjan yksi- tai kaksiytimiset suorittimet ovat puolestaan tarkoitettu vähävirtaisiin (9W) koneisiin ja E-sarjan kaksi- tai neliytimiset edullisiin peruskannettaviin (18W).

Ryzen-suorittimet kisaavat laajasti

Nykyisin AMD:n tehokkain suoritinperhe on kannettavin ja pöytäkoneisin tarkoitettu Ryzen- x86-64-prosessorisarja, joka perustuu yrityksen Zen-mikroarkkitehtuuriin. Sitä on tarjolla PC-tietokoneisiin tuotesarjoina Ryzen 3, 5, 7 ja uusimpana Ryzen Threadripper. Perusmalli on Ryzen 3 ja sarjan tehokkain Threadripper.

Neljän pc-suorittimen lisäksi on tarjolla myös sulautettuihin sovelluksiin Ryzen Embedded-versioita.

Moniytimiset Ryzen-suorittimet ovat parhaimmillaan moniajossa, jossa ne tarjoavat Inteliin nähden myös erittäin hyvän hinta-teho-suhteen. Lisäksi AMD toi myös Ryzen-prosessoreiden kautta käyttöön ensimmäisenä PC-suorittimissa PCIe 4.0 -liitännät.

AMD on nimennyt Ryzen sarjan prosessorin suoritinversion nimellä ja mallinumerolla, joka kertomaan piiriin tehokkuudesta suhteessa muihin piireihin nähden. Esimerkiksi Ryzen 7 1800X on hieman suorituskykyisempi kuin pienempinumeroinen Ryzen 7 1700X.

Ryzen 7 -suorittimet soveltuvat myös raskaaseen käyttöön Intelin Core i5 ja Core i7 -suorittimien tapaan. Ryzen 3 -sarja on puolestaan peruskäyttöön ja Ryzen 5 -sarjan suorittimet keskitasolle.

Uusimmat prosessorit seitsemällä nanometrillä

AMD on tuonut jo uusimmat Zen 2 -arkkitehtuuriinsa perustuvat seitsemän nanometrin Ryzen 4000 -prosessorit. Sen mobiilikoneiden versio Ryzen 4000 Mobile esiteltiin keväällä ja pöytäkoneiden versio kesällä 2020. Uusissa vain PC-valmistajille suunnatuissa Ryzen 4000 G -sarjan työpöytäprosessoreissa on mukana myös Radeon-grafiikkaosuus.

Sen sijaan Ryzen 5000 -sarjan piirit on tarkoitettu ennen kaikkea pelaajille ja rakentajille.  Uudet Ryzen 5000 -prosessorit perustuvat Zen 3 -arkkitehtuuriin ja esimerkiksi AMD Ryzen 9 5950X -huippumallissa yhteen piiriin saadaan uudella seitsemän nanometrin prosessissa a16 ydintä, 32 säiettä ja 72 megatavua välimuistia.

AMD:n mukaan Zen 3 -arkkitehtuuri luvataan tuovan parikymmentä prosenttia lisää suorituskykyä entistä energiatehokkaammin edelliseen Zen 2 sukupolveen nähden tyypillisissä PC-työkuormissa.

Esimerkiksi AMD Ryzen 9 5950X -suorittimen luvataan tarjoavan suurimman yhden säikeen suorituskyvyn pelikäyttöön sekä suurimman usean säikeen suorituskyvyn mikä on mahdollista asentaa yleisesti emolevyissä käytössä olevaan mikropiirikantaan.

Edullisempi 12-ytiminen AMD Ryzen 9 5900X lupaa tarjota parhaan pelikokemuksen. Kaikkiaan Ryzen 5000 -prosessoreja tulee tarjolle neljä erilaista marraskuun alussa 2020.

Suorituskykyisin on AMD:n Ryzen Threadripper, joissa on 16-64 ydintä, ja jokainen ydin pystyy suorittamaan kahta säiettä. Chiplet-pakkaustekniikalla toteutetut piirit koostuvat useista CCD-prosessorisiruista sekä I/O-osasta, jotka on yhdistetty Infinity Fabric -liitäntärajapinnalla. Prosessorisirut on toteutettu samalla tekniikalla kuin muissa Ryzen-prosessoreissa käytettävät prosessorisirut.

Samaa tekniikkaa palvelimiin

EPYC on AMD:n palvelintietokoneisiin tarkoitettu piiriperhe, joka perustuu chiplet-piiripakkaustekniikkaan ja samaan Zen-arkkitehtuuriin kuin Ryzen-prosessoritkin. Koska EPYC-suorittimet ovat suunniteltu palvelinsovelluksiin, siinä on vakio-ominaisuutena myös tuki virheenkorjaavalle ECC keskusmuistille. Prosessorien TDP-arvot ovat mallista riippuen 120-180 wattia.

Prosessorit on rakennettu yhteen MCM-piirikoteloon, jossa voi olla useita pienempiä siruja, jotka on lisäksi voitu toteuttaa jopa eri prosessiteknologioilla. Esimerkiksi uusimmissa malleissa voi olla jopa kahdeksan kappaletta seitsemän nanometrin prosessilla valmistettua pientä prosessorisirua ja yksi 14 nanometrin prosessilla valmistettu I/O-siru.

Toisen sukupolven Epyc-prosessorit sisältävät peräti 64 ydintä ja voivat suorittaa yhtäaikaisesti jopa 128 säiettä. Tämän hetken mallit perustuvat Zen 2 -arkkitehtuuriin, ja piirin sisällä olevat prosessorisirut ovat identtisiä yhtiön Ryzen-prosessoreissa käytettävien prosessorisirujen kanssa. Uudet EPYC-prosessorit on jaoteltu siten, että kolme P-merkinnällä varustettua mallia toimivat vain yhden prosessorin järjestelmissä ja muut mallit sekä yhden että kahden prosessorin järjestelmissä.

Sulautettuihin omat versiot

AMD on tuonut myös sulautettuihin sovelluksiin tarkoitettuja versioita suorittimistaan. Niitä ovat Ryzen Embedded ja EPYC Embedded. Niistä Ryzen Embedded V1000 on sulautettuun APU-arkkitehtuuriin perustuva järjestelmäpiiri, joka integroi neljä ”Zen”-suoritinydintä ja ”Vega”-grafiikan yhdeksi piiriksi.

AMD esitteli viime vuonna Ryzen Embedded R1000-piirit, jotka tarjoavat sulautetun suoritinvoiman lisäksi multimediaominaisuuksia sekä usean näytön tuen, kymmenen gigabitin Ethernet-portit ja tietoturvatoimintoja.

1606G ja R1505G sisältävät kaksi 2,4/2,6 gigahertsin Zen-suoritinydintä ja kolme grafiikkasuoritinta ja kuluttavat tehoa 12-25 wattia.

AMD:n Ryzen Embedded V2000 on yrityksen uusin sulautettuihin sovelluksiin kehitetty prosessori, joka yhdistää Zen 2 prosessoriytimet, AMD Radeon grafiikan ja tietoturvan samaan energiatehokkaaseen piiriin.

AMD:n EPYC Embedded 3000 on skaalautuva 4-16 ytimen piiriperhe, joka sopii esimerkiksi sulautettuihin palvelinsovelluksiin, jossa toteutetaan televerkon verkkotoimintojen virtualisointia (NFV), ohjelmistopohjaista verkkoa (SDN) ja raskaita teollisuusjärjestelmäsovelluksia.

AMD laajentaa Zen-arkkitehtuuriaan

AMD luottaa kehittämäänsä Zen-arkkitehtuuriin. Se tukee SMT-(simultaneous multithreading) toiminnallisuutta, mikä tarkoittaa, että jokainen ydin kykenee suorittamaan kahta säiettä samanaikaisesti. Zen 2 -arkkitehtuurin piti alun perin olla helppo siirtyminen seitsemään nanometriin Epyc-prosessoriperheessä ilman suurempia arkkitehtuurimuutoksia, mutta piirivalmistajien haasteet seitsemän nanometrin prosessien kanssa monimutkaistivat tilannetta.

Zen 2 -arkkitehtuuriin päätettiin lisäksi toteuttaa myös alkuperäisistä suunnitelmista poiketen mukaan myös joukko kohtalaisen helposti toteutettavia arkkitehtuuriparannuksia.

Zen 2 -arkkitehtuuri kykenee käsittelemään neljä x86-käskyä per kellojakso ja jokaisessa ytimessä on neljä kokonaislukuyksikköä ja kaksi liukulukuyksikköä. AMD on kertonut, että Zen-pohjaiset arkkitehtuurit tulevat olemaan käytössä seuraavat 4-5 vuotta ja Socket AM4 -kanta ainakin vuoteen 2020 asti.

Zen-arkkitehtuuriin perustuvia piirejä on tehty jo seitsemän nanometrin lisäksi 14 että 12 nanometrin piiriprosesseilla. Heinäkuussa AMD toi jo ensimmäiset seitsemän nanometrin prosessilla tuotetut Zen 2:n sisältävät Ryzen 4000 -piirinsä, joista 4000 G sisältää myös Radeon-grafiikan.

AMD tulee hyödyntämään Zen 2 -arkkitehtuuria myös Sonyn PS5-pelikonsoliin ja Microsoftin Xbox Series X pelikonsoliin toimittamissaan piireissä.  Lisäksi seuraavan sukupolven suorittimiin tulee  hyödyntämään Zen 3 -arkkitehtuuria ja seitsemän nanometrin siruprosessia.

AMD ei ole kertonut vielä kaikkia yksityiskohtia Zen 3 -arkkitehtuurista tai sen muutoksista, mutta kehui lokakuun ennakkojulkistuksessa prosessorin IPC (Instructions per Clock) nopeuden parantuneen 19 prosenttia Zen 2:een nähden ja suorituskyvyn wattia kohti parantuneen yli kaksinkertaiseksi ensimmäisiin Zen-sukupolviin verrattuna.

Zen 3 on tulossa myös palvelimiin. Ennakkotietojen perusteella AMD aikoo julkaista vielä loppuvuodesta uudet Zen 3 -arkkitehtuuriin perustuva Milan-koodinimelliset Epyc-prosessorit 32  ja 64 ytimillä. Aikanaan Milania tulee seuraamaan myös uuteen Zen 4 -arkkitehtuuriin perustuva ja viiden nanometrin prosessilla valmistettava Genoa-prosessoriperhe, jossa voisi olla jopa yli 64 ydintä.

ARM-prosessorit tietokoneisiin

Kännyköistä tutut ARM-prosessorit ovat tulossa kännyköiden lisäksi kannettaviin ja muihinkin tietokonemalleihin. ARM kiinnostaa jopa palvelinkoneiden valmistajia, sillä tehokkaimpien ARMv8-pohjaiset suoritinsirut ovat parantaneet suorituskykyä nopeasti viime vuosina.

Lisävauhtia antanee kauppa, jossa muutama vuosi sitten ARM:n ostanut japanilainen Softbank on myymässä yrityksen grafiikka- ja AI-sirujen kehittäjä Nvidialle. Kaupan lopullinen toteutuminen vaatii tosin vielä aikaa.

Microsoft on tehnyt  ARM-suorittimia varten Windows 10 käyttöjärjestelmästään Qualcommin piireille sopivan version. Lisäksi monet Windows-sovellusohjelmistot toimivat Windows 10 ARM -ympäristössä, koska ne on kirjoitettu  Universal Windows Platform (UWP) alustalla.

Muunnos on tehty prosessoririippumattomilla tekniikoilla (NET ja Web-sovellukset) tai niistä on tehty uusi käännös ARM-ympäristöä varten. Näiden lisäksi Microsoftin Windows 10 ARM -käyttöjärjestelmän emulointiohjelmistolla voidaan ajaa  tietyin rajoituksin ainakin osaa x86-prosessoreille tehdyistä sovelluksista suorituskyvystä jonkin verran tinkien.

Microsoft on ilmoittanut, että se julkaisee lähiaikoina myös x64 emulaatiotuen Windows 10 ARM -ympäristöön. ARM-suorittimien yleistymiselle antaa vauhtia myös Applen viime kesänä julkaisema päätös hylätä Intelin prosessorit ja siirtyä käyttämään omia Arm-pohjaisia suorittimiaan.

Apple julkaisi marraskuussa uudet versiot MacBook Air-, MacBook Pro- ja Mac Mini-tietokoneista. Niissä kaikissa käytetään Applen omaa M1 SoC-piiriä, joka sisältää neljä tehokasta “Firestorm”, neljä energiatehokasta “Icestorm” ydintä, tehokkaan grafiikkaprosessorin sekä 16 ytimen neuraaliverkkolaskentayksikön.

Applen uuden M1-piiri sisältää 16 miljardia transistoria ja sen valmistaa taiwanilainen TSCM:n viiden nanometrin valmistusprosessilla. Uusi M1-piiri pystyy Applen mukaan tarjoamaan 10 watin tehonkulutuksella noin kolme kertaa enemmän prosessoritehoa sekä viisi kertaa tehokkaamman grafiikan kuin Applen edellinen Intelin perustuva laitteistosukupolvi.

Artikkelin kirjoittaja Tomi Engdahl toimii Netcontrol Oy:ssä tuotekehitysinsinöörinä. Hänellä on pitkä kokemus sulautettujen ja IoT-ratkaisujen tietoturvaratkaisuista.

Uusiteknologia 2/2020 linkkipankkiin on koottuna jutussa käsiteltyjen suoritinvalmistajien sivujen lisäksi suorittimiin liittyviä muitakin nettiosoitteita. Linkkipankin kautta voit tutusta kirjoittajan aiempiin suorittimiin ja mikro-ohjaimiin liittyviin artikkeleihin. Lisää (LINKKI).

Kuvat: Shutterstock, AMD, Intel, Congatec, Kontron ja Apple.

TIETOLAATIKKO: Prosessorikannat käytössä – paitsi kannettavissa

Intel on käyttänyt vuodesta 2015 lähtien prosessoreissaan yleisesti LGA1151-piirikantaa, mutta sille on nyt nimetty jo seuraaja. LGA1200 on 10. sukupolven Intel Core prosessorien (Comet Lake) yhteydessä esitelty prosessorin mikropiirikanta, joka ei ole yhteensopiva aikaisempien mikropiirikantojen kanssa. LGA 1200 on suunniteltu korvaamaan aikaisemmissa prosessoriperheissä käytetty LGA 1151- ja Socket H4-nimillä tunnetut piirikannat.

LGA1200-kantaan tarkoitetussa prosessorissa ei ole perinteisiä mikropiirin nastoja. Siinä on vain piirilevymateriaalista tehty kontaktipistematriisi, johon kannan jousitetut kontaktipiikit kytkeytyvät, kun prosessori painetaan oikean suuruisella voimalla kantaa vasten. LGA 1200 on muunnos LGA1151 kannasta, johon 49 uudella nastalla parannetaan prosessorin virransyöttöä ja tarjotaan tukea uusille I/O-yhteyksille.

Lisätystä nastamäärästä huolimatta uusi LGA1200-kanta on kooltaan edelleen 37.5 x 37.5 mm, joten emolevyllä voidaan käyttää samoja vivullista kiinnitysmekanismeja kuin LGA1151-kannan kanssa.

Socket AM4 on AMD:n vuonna 2016 julkaisema 40 x 40 millimetrin kokoinen mikropiirikanta Zen-mikroarkkitehtuureihin perustuvia prosessoreja varten.

AM4 on nollavoimakanta, joka hyväksyy µOPGA1331-koteloon pakatut mikroprosessorit. Vaikka AMD on julkaissut Zen-arkkitehtuurista useita versioita, on niiden prosessorimallit edelleen yhteensopivia AM4-kantaan. AM4-kannan määrittely kattaa myös neljä reikää jäähdytyselementin kiinnittämiseksi emolevyyn, jotka sijoitetaan suorakulmion kulmiin, joiden sivupituus on 54 × 90 millimetriä.

ENGLISH SUMMARY: More CPU power from desktop to embedded systems

The PC processor market is undergoing a drastic change, with challenger company AMD wedging to threaten Intel’s traditional leadership. In addition, Apple and Microsoft are bringing more widely ARM-based processors as processors for PCs and even card servers.

The market for personal computers has been downward going for a couple of years now, while developments in the industry have focused on the implementation of new, more efficient mobile chips.

New laptops and servers have now restored faith in the PC world and CPU sales are growing again. The most new has been offered by AMD, which has become an industry challenger and has snapped the market from Intel, which is struggling with manufacturing process problems.

In addition, rapidly evolving ARM processors are becoming more widespread in computers. They have the potential to take on an even bigger role in computer hardware. This is emphasized by the fact that Apple will use it’s own proprietary ARM processors instead of Intel processors in its new Macs. More www.uusiteknologia.fi