Intel erschließt neue Laptop-Effizienz mit Geschwindigkeit

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Die am häufigsten gewünschte Verbesserung für Laptops – Sie können es sich wahrscheinlich denken – ist eine bessere Akkulaufzeit. Niemand sucht gerne auf Flughäfen nach Steckdosen.

Aber die Akkulaufzeit ist nicht der einzige Faktor, der die Verbraucher zu einem Upgrade bewegt. Das erste, was sie dazu bewegt, ein älteres System zu ersetzen, ist die Geschwindigkeit.

Der Schlüssel zu einer besseren Akkulaufzeit liegt in einer höheren Geschwindigkeit.

Das ist die Erkenntnis des Teams, das hinter den Prozessoren der Intel® Core™ Ultra 200V-Serie (Codename Lunar Lake) steht. Sie haben sich „alle für ein Ziel zusammengefunden“, sagt Arik Gihon, Intel Senior Principal Engineer of SoC Architecture. „Wir hatten neue Konkurrenten, die eine gute Leistung zeigten – ungefähr gleichwertig mit dem, was wir haben – aber mit viel weniger Energie.“

Wir brauchten etwas Besonderes“.

Um dagegen anzukämpfen, sagt er, „brauchten wir etwas Besonderes“. Das bedeutete, dass wir uns von den Zwängen lösen mussten, ein Produkt zu bauen, das für einen größeren Teil des PC-Marktes geeignet war, und uns auf dünne und leichte Laptops und Tablet-ähnliche lüfterlose Geräte konzentrieren mussten.

„Das Thema war Effizienz“, erklärt Gihon, “und wir haben buchstäblich jeden Stein umgedreht.“

Das Ergebnis ist der Core Ultra 200V. Es handelt sich um einen Prozessor für KI-PC-Laptops, der bis zu 40 % weniger Strom verbraucht als sein Vorgänger, der seinerseits eine radikale Umstrukturierung mit Schwerpunkt auf Effizienz war. Der neue Core Ultra bietet eine um mehrere Stunden längere Akkulaufzeit – und, was besonders wichtig ist, einen ähnlich großen Zuwachs an Leistung, Grafik und KI.

Die lange Liste der Verbesserungen von Lunar Lake lässt sich grob in zwei Aufgabenbereiche unterteilen: „Every Rock“:

 

Schalten Sie nur die kleinsten Teile des Chips ein, die zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt werden.
Erledige die Arbeit und schalte die Dinge so schnell wie möglich ab.

Mit anderen Worten: Schlafen Sie, wenn Sie können, wachen Sie sofort auf, erledigen Sie die Arbeit mit dem besten verfügbaren Werkzeug und schlafen Sie schnell wieder ein.

Schlafen, aufwachen, arbeiten, schnell

Die Anforderungen an den Schlaf haben sich jedoch weiterentwickelt. „PC-Benutzer arbeiten mit vielen Anwendungen, die im Hintergrund und im Vordergrund laufen“, sagt Gihon. Es ist also nicht die Bildschirmaktivität, sondern die Mischung der laufenden Anwendungen, die die Reaktion des Prozessors bestimmt.

Eine Möglichkeit, wie Gihon und sein Team Energieeinsparungen erzielen konnten, bestand darin, mehr Anwendungen auf den Efficient-Cores (E-cores) laufen zu lassen. „Wir konnten den E-Kern bei den meisten Anwendungen stärker nutzen als die vorherige Generation, weil wir seine Leistung und nicht seine Effizienz verbessert haben.“

Intel Fellow Rajshree Chabukswar erklärt, dass das Betriebssystem entscheidet, welche Kerne wann verwendet werden. Aber es erhält „Hinweise“ vom Intel® Thread Director, der ein wenig wie die X-Men-Figur Quicksilver agiert, der sich so schnell bewegt, dass er Dutzende von Menschen aus einem explodierenden Gebäude retten kann.

Sie nennt Thread Director einen „Kommunikationskanal“ zwischen dem Chip und dem Betriebssystem – er vermittelt zwischen den Anforderungen laufender Anwendungen und den Fähigkeiten der E- und Performance-Kerne (P-Kerne) und schlägt den besten Weg vor.

„Dank der Thread Director-Updates und der verbesserten Energieverwaltungsentscheidungen können wir all dies auf Millisekunden-Ebene überwachen. Und wir können je nach Art der Arbeit, die wir gerade ausführen, Änderungen vornehmen – muss ich meine Frequenz erhöhen oder muss ich konservativ sein? Das hat uns eine Menge Vorteile gebracht.“

Als Intel zum ersten Mal Hybrid-Chips mit zwei Arten von Kernen einführte, lag die Priorität auf der Leistung. Auf einem Chip liefen zuerst die P-Kerne, und dann wurden bei Bedarf zusätzliche E-Kerne eingesetzt. Bei den Core Ultra-Plattformen liegt die Priorität jedoch auf der Effizienz.

Elektronen sparen mit schnelleren E-Kernen, verfeinerter Energieverwaltung

„Wenn Lunar Lake im Akkubetrieb läuft, verwenden wir Windows Hetero-Scheduling, d.h. wir beginnen mit den Efficient-Cores und bewegen uns nach oben“, sagt Chabukswar. „Wir haben eine neue Funktion namens OS Containment, bei der wir versuchen, die Arbeit so weit wie möglich auf den E-Cores zu halten.“

Wenn schwerere Lasten dies erfordern, kann die Arbeit schnell an die leistungsstärkeren P-Kerne übergeben werden, die nach Abschluss der Arbeit sofort wieder abgeschaltet werden.

Um die Energieverschwendung durch die verschiedenen Übergaben und das Ein- und Ausschalten von Teilen zu minimieren, erhielt Lunar Lake auch das, was Gihon als „Luxus der Energieversorgung“ bezeichnet. Dazu gehörte die Verwendung zusätzlicher Companion-Power-Management-Chips (PMICs), die „genau die Spannung liefern, die jeder Block benötigt“, sowie weitere Verfeinerungen, die es verschiedenen Blöcken ermöglichen, sich unabhängig voneinander ein- und auszuschalten.

Die Einführung dieses neuen Energieverwaltungsschemas „war ein großes Risiko“, fügt er hinzu, da das bisherige Arbeitsmodell gebrochen werden musste. „Das war eine große Herausforderung – aber da wir es so sehr wollten, konnten wir sie meistern.

Dutzende anderer kleiner Optimierungen tragen ebenfalls zu den Einsparungen bei. So enthält Lunar Lake beispielsweise zusätzlichen Speicher auf dem Chip, um das Hin- und Herlaufen zum DRAM zu reduzieren, was wiederum Strom spart. Und dieser DRAM ist direkt auf demselben Gehäuse montiert, was ebenfalls Strom spart.

Vom Standpunkt des Designs aus gesehen „eines der größten Projekte“.

Zusätzlich zu all dem – ganz zu schweigen von der um bis zu 50 % gesteigerten Grafikleistung – „haben wir jede Menge Pferdestärken für KI“, fügt Gihon hinzu. Die Prozessoren der Core Ultra 200V Serie sind bereit, die mehreren hundert Funktionen und KI-Modelle zu beschleunigen, die bereits verfügbar sind oder die sich die Entwickler für die nächste KI auf dem Gerät ausdenken werden.

„Es handelt sich um eines der größten Projekte, die wir je in Bezug auf eine Architekturveränderung durchgeführt haben“, sagt Gihon. „Wenn wir uns die Konkurrenz anschauen und uns ansehen, wo wir stehen, sind wir ziemlich zufrieden.“

Aber Gihon und sein Team ruhen sich nicht aus. Eine weitere Genugtuung war die Geschwindigkeit ihrer eigenen Arbeit – das Projekt begann schneller als geplant, und das Team hatte zusätzliche Zeit, um zu analysieren, wie sich das Design in echtem Silizium manifestierte. Die Teammitglieder nutzten diese Zeit, um weitere Verbesserungen vorzunehmen und neue Erkenntnisse auf die Nachfolgeprojekte von Lunar Lake anzuwenden, die sich derzeit im Flug befinden.

„Normalerweise erhält man das Silizium und erreicht die PRQ (Produktfreigabe) in einem Stadium, in dem man nicht mehr viel Zeit für Architekturstudien hat“, stellt er fest. Die zusätzliche Zeit ermöglichte zusätzliche Studien und Erkundungen. „Wir planen bereits einige große Dinge, die auf dem basieren, was wir gelernt haben“.

Mögen die Tage der Jagd nach Steckdosen ihr eigenes befriedigendes Ende finden.