Alder Lake et Sapphire Rapids-SP/HEDT : que sait-on des prochaines plateformes d'Intel ?

Après plusieurs années de galère, Intel va mettre sur le marché des architectures renouvelées au sein de CPU à conception « hybrides » : Alder Lake pour le grand public et Sapphire Rapids pour les professionnels. Alors que de nouveaux détails seront bientôt officialisés, voici ce que nous pouvons vous en dire.

Même si on l'avait vu venir, on constate ces dernières années l'ampleur du désastre que fût l'ère « BK » chez Intel : prolongation sans fin du 14 nm, retard sur le 10 nm puis le 7 nm, diversification sur des marchés « gadget » au détriment des CPU (arrêté presque tous, les uns après les autres), réduction du personnel à grande vitesse, etc.

Intel : un leader en position d'équilibriste

Pendant ce temps, les concurrents se frottaient les mains et se focalisaient sur leur objectif : faire d'Intel un acteur du passé. D'AMD à Apple (tous deux alliés à TSMC), ils ont cherché (et réussi) à proposer des CPU plus performants et plus efficaces que leur indétrônable concurrent. NVIDIA n'était pas en reste, attaquant sur le front du calcul par le GPU dans les serveurs, se positionnant dans le domaine du réseau cherchant désormais à racheter ARM.

Heureusement pour Intel, sa citadelle était fortifiée et les marchés où la société est présente ont une certaine inertie. Malgré les erreurs, l'entreprise reste forte et largement profitable. Elle a néanmoins laissé du terrain à la concurrence, vu ses marges se réduire et doit désormais reprendre la main pour réaffirmer sa position de leader, sous peine de devenir l'un des (nombreux) fantômes du cimetière des éléphants du secteur de la micro-informatique.

Ses équipes ont été pour cela remises en ordre de bataille il y a quelques années. Jim Keller est venu prêter main forte côté CPU, Raja Koduri pour le GPU, avec des développeurs travaillant à l'émergence de OneAPI. Ainsi, de nombreux ingénieurs, dont des anciens de la maison, sont revenus au bercail (parfois au fil des réorganisations).

Un plan de bataille a été défini, puis peu à peu exécuté avec plus ou moins de succès. Au début de l'année, Pat Gelsinger est à son tour revenu pour mettre en musique ce retour en force espéré, puis préparer la suite. L'une de ses premières décisions a été, comme l'on s'y attendait, de faire revivre l'esprit de l'Intel Developer Forum (IDF) à travers l'évènement Intel on qui ouvrira ses portes d'ici peu. Tout en gardant ce qui a fait du bien à l'image d'Intel ces dernières années : un flot de communication régulier sur les projets de l'entreprise.

Dernier en date : l'Architecture Day 2021 où Raja Koduri est venu, avec les différentes équipes, présenter les projets en cours en parlant technique, livrant de nouveaux détails sur Alder Lake et Sapphire Rapids. Mais il y a encore bien des choses à découvrir. Avant une nouvelle salve d'annonces, faisons le point.

Intel se donne de gros objectifs d'ici à 2025, mais doit tout repenser : architecture, process, code, etc.

Alder Lake, ses cœurs et son Thread Director

Commençons par un rappel : Alder Lake est la seconde architecture « hybride » d'Intel. La première était Lakefield, un galop d'essai destiné au marché de la mobilité. Ici, on est face à une puce qui doit occuper le terrain de la gamme Core : du Pentium au Core i9. Les Atom continueront d'évoluer de leur côté, Sapphire Rapids se chargera des professionnels avec sa déclinaison pour station de travail (HEDT) comme nous le verrons un peu plus loin.

Alder Lake est toujours un processeur monolithique, qui se compose donc d'une puce par processeur, gravée en 10 nm (SuperFin Enhanced), un procédé désormais nommé Intel 7. L'ensemble sera peaufiné avec Raptor Lake attendu à la fin de l'année prochaine (sur le même socket LGA 1700).

Meteor Lake introduira Intel 4 (7 nm) et une plus grande modularité dans la conception sur l'offre grand public en 2023 car, comme l'a indiqué il y a quelque temps Pat Gelsinger, l'entreprise veut revenir à un rythme « Tick-Tock » : une nouveauté majeure par an, en alternance : sur la gravure puis sur l'architecture.

Nous ne reviendrons pas ici sur les améliorations apportées à travers les cœurs Gracemont (efficient cores) ou Golden Cove (performance cores) ou leur IPC. Nous ne ferions que paraphraser les annonces faites par Intel en août à l'occasion de son Architecture Day 2021 (de plus de deux heures).

Sachez seulement qu'avec le premier, Intel promet une consommation réduite de 40 % par rapport à Skylake à même niveau de performance (ou l'inverse) sur un thread. En 4C4T face à un Skylake 2C4T, on passe à 80 %. Pour le second, le géant de Santa Clara a tout revu à la hausse ou presque et annonce un gain d'IPC de 19 % en moyenne par rapport à la génération précédente (Rocket Lake et Cypress Cove). Légèrement inférieur dans le pire des cas, jusqu'à 60 % de mieux dans ceux qui lui sont le plus favorable. Cette fois, la consommation n'a pas été évoquée.

L'arbitrage entre ces deux types de cœurs, qui forment une alliance similaire à la technologie big.LITTLE chez ARM, est assuré par un nouvel élément : le Thread Director. En lien avec le scheduler de l'OS, il doit décider où exécuter telle ou telle charge de travail pour assurer une bonne efficacité énergétique sans pénaliser les performances.

Un choix complexe puisque chaque cœur dispose de ses spécificités et parfois de capacités et d'accélérateurs différents. Une démonstration est disponible dans cette vidéo. Vous retrouverez ci-dessous les principales slides de la présentation de l'Architecture Day 2021 détaillant ces différents points techniques. Nous aurons l'occasion de les évoquer plus en détail après Intel on et quand les Core de 12e génération seront effectivement disponibles.

Alder Lake-S/U/P/H/HX

Car d'ici peu, Alder Lake-S sera annoncé puis mis sur le marché. Les habitués des dénominations d'Intel savent qu'il s'agit de la déclinaison destinée aux processeurs de bureau. Dans un premier temps, seules trois références seront commercialisées, celles de la gamme « K » avec un TDP de 125 watts, débridés pour l'overclocking :

Core i9-12900K : 16C (8+8), 24T, 30 Mo L3, 14 Mo L2, de 3,2 à 5,2 GHz
Core i7-12700K : 12C (8+4), 20T, 25 Mo L3, 12 Mo L2, de 3,6 à 5,0 GHz
Core i5-12600K: 10C (6+4), 16T, 20 Mo L3, 9,5 Mo L2, de 3,7 à 4,9 GHz (pas de TBM Max 3.0)

Les plus attentifs auront remarqué que les cœurs les plus nombreux (Performance) comptent deux threads, un seul pour les autres (Efficient). L'Extreme Tuning Utility (XTU) a déjà été mis à jour pour l'occasion. Ses notes de version récentes évoquent l'ajout du support de la DDR5, des architectures hybrides, entre autres spécificités d'Alder Lake.

Côté tarif, rien n'a été annoncé pour le moment et il est difficile d'anticiper ce qui sera proposé par les revendeurs dans cette période de pénurie mondiale. Tout dépendra sans doute de leurs bonnes relations avec Intel et de la quantité de processeurs qui seront livrés. De précédentes fuites évoquaient de 320 à 920 euros en France.

La suite des évènements est déjà prête et d'ici le CES de Las Vegas d'autres annonces seront faites pour compléter la gamme qui doit se répandre sur l'ensemble du marché début 2022. Il y aura bien entendu les Core i3-12100 et 12300 à 4 cœurs (4+0), les Core i5-12400, 12500 à 6 cœurs (6+0), le 12600 à 10 cœurs (6+4), le Core i7-12700 à 12 cœurs (8+4) et le Core i9-12900 à 16 cœurs (8+8). Tous à 65 watts de TDP.

La plupart auront droit à des dérivés sans partie graphique (KF, F) ou basse consommation (T, 35 watts) avec des ajustements ici ou là selon les cas. Deux Pentium sont également prévus, même si l'on ne connait pas encore leur composition : les G6900(T) et G7400(T). L'offre mobile se découpera en cinq gammes distinctes :

ADL-U : 9 à 12 watts, jusqu'à 10C et 96 EU Xe, packaging Type 4
ADL-U : 12 à 15 watts, jusqu'à 10C et 96 EU Xe, packaging Type 3
ADL-P : 20 à 28 watts, jusqu'à 14C et 96 EU Xe, packaging Type 3
ADL-H : 35 à 45 watts, jusqu'à 14C et 96 EU Xe, packaging Type 3
ADL-HX : de 45 à 65 watts, jusqu'à 16C et 32 EU Xe, SBGA

Seul le dernier proposera du PCIe 5.0 x16 avec du PCIe 4.0 x4. Les ADL-P/H auront respectivement droit à du PCIe 4.0 x4+x4 et x4+x4+x8. Même chose pour la mémoire : ADL-H(X) gère seulement la DDR5, là où ADL-P gère également la LPDDR5 et ADL-U la LP-DDR4 ou LP-DDR5. Dans l'entrée de gamme, Jasper Lake occupera le terrain.

Les premiers modèles attendus, devant être officialisés d'ici le CES de Las Vegas, sont les Core i3-1220P, i5-1240P et 1250P et 12600H, i7-1260P, 1270P, 1280P et 12800H ainsi que l'i9-12900H. Ils sont d'ores et déjà dans la main des partenaires comme l'on montré certaines fuites déjà publiées ici, là ou encore là.

Bien que la modularité des architectures sur laquelle Intel a travaillé ces dernières années ne s'exprime pas physiquement dans Alder Lake, c'est le cas dans sa composition. Outre les deux types de cœurs (Compute Fabric jusqu'à 1 000 Go/s) qui seront utilisés par d'autres puces, on y retrouve le moteur d'affichage, les E/S et différents accélérateurs déjà connus : Deep Learning Boost (VNNI) ainsi que Gaussian & Neural Accelerator (GNA) 3.0.

Les unités graphiques Xe sont présentées comme l'UHD Graphics 730/770 et sont au nombre de 32 pour les PC de bureau, 96 pour les PC portables comme avec Tiger/Rocket Lake. Bonne nouvelle, elle peut désormais gérer jusqu'à quatre écrans 4K60 (ou deux 5K60). On retrouve les différentes technologies de gestion de la fréquence déjà connues (Turbo Boost 2.0, Turbo Boost Max 3.0, Thermal Velocity Boost) présentes ou non selon les modèles.

Le contrôleur mémoire est toujours sur deux canaux, pouvant gérer la DDR4-3200. Mais il peut aussi prendre en charge jusqu'à 128 Go de DDR5-3600 ou jusqu'à 64 Go de DDR5-4800. Il faudra voir si les constructeurs privilégient la DDR4 qui est majoritaire sur le marché et à un tarif mesuré, ou la DDR5 qui sera forcément coûteuse mais bien plus performante. Son succès dépendra sans doute des résultats lors des tests. On peut également s'attendre à ce que certains proposent des produits gérant l'une et l'autre pour faciliter la mise à jour dans un second temps. Mais il faudra s'assurer de la bonne implémentation côté performances.

Côté connectique, l'USB 3.2 Gen 2X2 (2x 10 Gb/s) est systématisé, avec un maximum de quatre ports. Les autres sont tous au moins à 10 Gb/s. Bien entendu, Thunderbolt 4 (compatible USB4) peut également être intégré si les constructeurs le souhaitent, comme le Wi-Fi 6E ou même un module Optane Memory H20 (Pyramide Glacier).

Quid des chipsets ?

Six chipsets viennent accompagner l'ensemble : les H610, B660, H670, Q670, W680, Z690. On reste donc sur un découpage classique de la gamme, avec tout de même quelques surprises. Le H670 gère par exemple la bifurcation PCIe 5.0 au niveau du port principal : x16 ou x8+x8. Le x8+x4+x4 n'est plus évoqué, nous ne savons pas si cela reviendra en pratique ou si c'est un recul de la plateforme à ce niveau.

Le H610 est toujours le plus restrictif : il ne permet pas de profiter des quatre lignes PCIe 4.0 du CPU pour un périphérique de stockage, ne gère que trois écrans et n'accepte qu'un module de mémoire par canal. Il fait aussi l'impasse sur Smart Sound ou la compatibilité avec le module Optane Memory, ne gère que 10 ports USB, dont 4 à 5 Gb/s et 2 à 10 Gb/s, aucun à 2x 10 Gb/s. Cela s'explique notamment par son lien DMI à quatre lignes seulement.

Une caractéristique qu'il partage avec le B660, comme d'autres : pas de RAID PCIe/S-ATA, seulement 8 lignes PCIe 3.0 (6x PCIe 4.0 pour le B660, 12x pour les modèles supérieurs), quatre ports S-ATA (8 pour les modèles supérieurs).

Le Z690 est comme à son habitude le seul à donner accès à l'ensemble des fonctionnalités d'overclocking du CPU, les modèles inférieurs (sauf le H610) proposant une montée en fréquence de la mémoire uniquement. Autre nouveauté appréciable : les modèles gérant le RAID PCIe profitent désormais du RAID 10 (0, 1, 5 précédemment).

Pour le lancement d'Alder Lake-S via les modèles « K », seul le Z690 devrait être mis en avant. Les constructeurs ne communiquent d'ailleurs que sur ce modèle pour le moment et préparent des dizaines de déclinaisons.

Stations de travail et serveurs : Sapphire Rapids prend la main

Côté serveur, Intel lancera en 2022 Sapphire Rapids, le premier de son genre, composé de différentes « tuiles » indépendantes « chaque thread ayant accès à toutes les ressources de l'ensemble des tuiles » (cache, mémoire, E/S) à basse latence. Une manière de se distinguer de la stratégie d'AMD avec ses chiplets et l'IO die central. Les cœurs utilisés sont de type Golden Cove (Performance) profitant de différentes couches d'accélération.

Il y a celles que l'on connait déjà comme Data Streaming pour le transfert de données ou Quick Assist pour le chiffrement et la (dé)compression, mais aussi le jeu d'instructions AMX pour les calculs matriciels en précision mixte. Les différents liens ont aussi été revus à la hausse avec le support du PCIe 5.0 qui s'accompagne du protocole Compte eXpress Link (CXL) 1.1 et de liens UPI 2.0 (4x 24 à 16 GT/s) pour la communication inter-sockets.

Intel évoque au passage l'arrivée des modules Persistent Memory (Pmem) de série 300 (Crow Pass). Ceux qui préfèrent le gros débit à la capacité pourront opter pour la déclinaison HBM de Sapphire Rapids. Le constructeur indique ici que son prochain CPU est ainsi taillé tant pour les calculs lourds, que l'IA, la virtualisation ou les micro-services. Des déclarations qu'il faudra vérifier dans les faits, une fois qu'il sera disponible (peu avant Zen 4).

Car les Xeon Scalable de 4e génération (Sapphire Rapids-SP, plateforme Eagle Stream) sont attendus avant l'été avec un maximum de 56 cœurs, sur un ou deux sockets (LGA 4677), le chipset C630, 160 lignes PCIe et un TDP maximal de... pas moins de 350 watts, nécessitant une adaptation du refroidissement.

Quelques mois plus tard, ce sera autour de la version HEDT d'être mise sur le marché, avec le même socket, TDP et nombre de cœurs mais 112 lignes PCI Express, sur un seul socket. Le chipset sera alors le W790. À la rentrée 2022, ce sera au tour de Sapphire Rapids-W d'être commercialisé, une version plus abordable limitée cette fois à 64 lignes. De quoi remplacer Ice Lake (Xeon W-3300) sur cette gamme, qui se limitait à 38 cœurs.

Elle fera le lien entre Alder Lake-S et les modèles supérieurs. Intel continue donc pour le moment d'avoir une approche différente d'AMD qui place son socket AM4 sur une partie du marché destiné aux stations de travail avec des modèles à 12 ou 16 cœurs, là où Sapphire Rapids prendra le relais pour de tels besoins.

Il sera intéressant de voir dans quelle mesure tout cela évoluera chez AMD avec le passage à Zen 4 (5nm), attendu pour la seconde partie de l'année prochaine sans renforcement de la densité. En effet, on aura toujours 8 cœurs par die, mais désormais un maximum de 12 dies par socket soit 96 cœurs pour EPYC, 128 si le projet Bergamo voit le jour.

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