Intel Meteor Lake processors gaan (bijna) alles anders doen: dit kan je verwachten van de laptops van 2024
De belangrijkste vernieuwingen van de "14e generatie Intel Core" processors Meteor Lake
Intel meldde het eerder dit jaar: 'generatie Core' was verleden tijd. Daar hebben we voor dit artikel toch maar even lak aan: ook al lijkt de "14e generatie Core" bijna alles anders gaan doen dan de voorgaande generaties, hij ligt er wel in het verlengde van. Wat is er dan allemaal anders? De procestechnologie is anders, de manier waarop de processors zijn samengesteld is anders. De AI-processor is anders, de verdeling van Performance en Efficiency cores is anders en deze rekenkernen hebben ook een andere architectuur. En dat is niet eens alles wat nieuw of vernieuwd is aan Meteor Lake, zoals de codenaam van de nieuwe processors luidt.
Meteor Lake komt bij introductie eind dit jaar aanvankelijk eerst naar laptops; naar verluidt zal de 14e generatie voor desktops een refresh zijn van de huidige Raptor Lake generatie. Aangezien het merendeel van de kopers kiest voor een laptop, zal de impact van Meteor Lake daar niet minder om zijn. Wat kan je verwachten in de laptops van 2024?
Meteor Lake: een nieuw proces en een nieuwe verpakking
Zoals geschreven in ons veel gelezen stukje over het verschil tussen Intel processorgeneraties, zit vooruitgang tussen generaties grofweg in twee zaken. Enerzijds de productiemethode, anderzijds de architectuur. Het eerste duidt op hoe klein de individuele transistors in de processor zijn, en daar gaan we hier even verder op in. Anno 2023 meten we transistors in termen van nanometers: miljardsten van meters. (Een nanometer is 1/1000e van een micrometer en dat is weer 1/1000e van een millimeter.) Intel had lange tijd (vanaf 2015) moeite om de stap van 14 naar 10 nanometer te maken. Pas vanaf 2019 lukte het stapsgewijs over te gaan naar 10 nanometer transistors. De recentste versie van het 10-nanometer productieproces noemde het maar 'Intel 7', om aan te geven dat het equivalent was aan het 7-nm-procedé van de concurrentie.
Nu, met Meteor Lake, neemt Intel de volgende stap, naar wat het Intel 4 noemt: 4 nanometer (equivalent). Zoals bij elke verkleining van het productieproces kan die winst op twee manieren benut worden. Ofwel een forse toename van de zuinigheid van chips, en/of een flink hoger aantal transistors voor meer rekenkracht. De fabrikant kiest uiteindelijk een balans tussen beide. Intel noemt Meteor Lake zijn efficiëntste consumentenprocessor tot dusver, wat een indicatie is van de gekozen richting.
De comeback van Foveros
Tegelijk met deze overstap komt Intel met nog een grote verandering in de manier waarop het processors maakt. Tot dusver bevatten Intel processors twee onderdelen: een blok met rekenkernen, de videokaart (inclusief decoders voor diverse media), geheugencontroller, pci-express, usb 4 en Thunderbolt controller en de aansturing van het beeldscherm. Naast deze CPU die (spreek uit: daai) was er de PCH die. Deze platform controller hub bevatte ook een pci-express controller, de sata controllers voor aansluiten van harde schijven, usb controllers, netwerk, sensoren, beveiliging, audio, wifi en bluetooth: allemaal zaken die ooit aparte onderdelen op het moederbord waren. Die benadering laat Intel nu los, met een term die het disaggregation noemt: 'ontsamenvoegen', zou je kunnen vertalen.
In plaats van de CPU die en PCH die maakt Meteor Lake gebruik van tiles, oftewel tegels. Dit zijn afzonderlijke chips voor onderdelen die voorheen ofwel in de CPU die zaten, ofwel in de PCH die. Elke Meteor Lake processor is opgebouwd uit een compute tile, een IO-tile, een graphics tile, een SOC tile en een basis die alles met elkaar verbindt: de interposer. Deze benadering van uit stukjes opgebouwde processors gebruikt AMD al enige tijd gebruikt. Intel gaat er wel nu een heel stuk verder in. Het gebruikt hiervoor de Foveros-techniek, waarmee het in 2020 al de Lakefield processor produceerde. Daarbij lag de nadruk op het stapelen van geheugen bovenop de processor. Bij Meteor Lake gebruikt Intel Foveros om de afzonderlijke tiles te plaatsen op de interposer, die voor de onderlinge communicatie zorgt.
Deze productietechniek maakt meerdere dingen mogelijk. In de eerste plaats kan Intel overstappen van relatief grote chips naar veel kleinere chiponderdelen. Dat drukt de kosten, want bij (bijvoorbeeld) een defecte iGPU hoeft niet een complete processor de prullenbak in. Daarnaast kan Intel nu verschillende onderdelen van de processors met verschillende productieprocedés maken. Dat levert potentieel ook een kostenvoordeel op, maak ook een prestatievoordeel. Sommige chiponderdelen werken namelijk beter met een groter procedé, dan met een kleiner. Andere hebben juist baat bij meer, kleinere transistors. Ten slotte kan Intel de eigen klanten beter bedienen door snel nieuwe varianten van chips te maken. Bijvoorbeeld met meer of juist minder cores, en krachtiger of juist eenvoudiger grafische delen.
Nieuwe P- en E-Cores op Meteor Lake
Eén ding dat niet verandert met de 14e generatie Core processors, is dat deze twee typen rekenkernen zullen bevatten. Dat is een aanpak die Intel bij de 12e generatie Core (Alder Lake) introduceerde. Naast P(erformance) Cores zijn er E(fficiency) Cores. De eerste zijn geschikt voor rekenintensieve toepassingen die zo snel mogelijk moeten worden afgehandeld. Bijvoorbeeld 3D-rendering of rekenwerk voor games. De tweede zijn beter voor het uitvoeren van taken die niet heel urgent zijn, maar juist zo zuinig mogelijk moeten plaatsvinden. Denk bijvoorbeeld aan achtergrondtaken als virusscannen. Waar nodig kan de processor wel beide typen rekenkernen voor elke taak inzetten.
P- en E-cores hebben elk een eigen architectuur, oftewel opbouw en samenstelling. Bij Meteor Lake verandert die voor beide typen kernen. Bij de vorige, 13e generatie verving Intel alleen de architectuur van de P-kernen: Golden Cove (12e generatie) werd toen Raptor Cove. De Gracemont E-kernen bleven ongewijzigd. Bij de 14e generatie Core gaan beide op de schop. P-kernen krijgen de Redwood Cove architectuur, E-kernen worden Crestmont.
Voor de eerste moet de overstap resulteren in een hogere efficiëntie, wat geen overbodige luxe is: het verbruik van de vorige generatie Intel Core processors was zeker bij topmodellen schrikbarend hoog. Daarnaast moet de nieuwe architectuur ook meer bandbreedte ontsluiten voor hogere prestaties. De zuinige nieuwe E-kernen moeten juist meer rekenkracht (instructions per clock) krijgen. Hierdoor moeten ze vaker nuttig werk kunnen doen bij multithreaded toepassingen, terwijl de P cores alleen aan het werk gaan als er echt zware taken wachten.
Een bijzondere toevoeging is een nieuwe E-core op de SoC tile, maar dat verdient een uitleg in een aparte paragraaf.
Eilandjes voor extra zuinigheid
Zoals geschreven maakt het gebruik van de Foveros-techniek het mogelijk de Meteor Lake processors uit fysiek afzonderlijke chiponderdelen, chiplets ofwel tiles, op te bouwen. Los van de al genoemde voordelen, gebruikt Intel deze opbouw met onderling verbonden eilandjes om nog een voordeel te realiseren: zuinigheid.
Moderne processors hebben al tal van verschillende power states. Daarmee kunnen ze onderdelen die niet nodig zijn, inactief houden om zo stroom te besparen. Meteor Lake werkt die gedachte in extreme vorm uit. Zoals gezegd bestaat elke Meteor Lake processor uit een aantal onderdelen: compute (een blokje met de P en E rekenkernen), graphics (de videokaart), IO (input en output) en de SoC oftewel system-on-chip: een soort mini-cpu-in-een-cpu, met eigen geheugen en verbindingen naar buiten. Naast deze opdeling in afzonderlijke chips heeft Intel ook de plaats van bepaalde functies gewijzigd. Zo is het 'media' gedeelte (verantwoordelijk voor afspelen en encoderen van gecomprimeerde video) nu geen onderdeel meer van de videokaart. Het zit niet in de graphics tile, maar in de SoC tile.
De processor-in-een-processor: de SoC van Meteor Lake
Die system-on-chip is de uitermate zuinige basis van de Meteor Lake processors. Alle andere tiles kunnen uitgeschakeld worden als de processor weinig hoeft te doen. In de SoC zitten zowel onderdelen van de oude CPU die als van de PCH die. Zo bevat deze de geheugencontroller, beeldaansturing, wifi, bluetooth, beveiliging, netwerk, audio, pci-express, sata en usb controllers. Maar zoals gezegd ook het media gedeelte dat voorheen in de videokaart zat, en een nieuwe npu. Meer over die neural processing unit verderop in dit artikel. Bovenal bevat de SoC low power E cores: extra zuinige rekenkernen. Die maken het mogelijk de compute tile inactief te laten, zolang er geen zwaar rekenwerk uitgevoerd hoeft te worden. Bijvoorbeeld voor het afspelen van video.
Datzelfde geldt voor de graphics tile en de IO tile. De eerste gevat de vernieuwde, krachtige geïntegreerde videokaart (verderop meer), de tweede bevat meer pci-express (5.0) verbindingen, usb 4 en Thunderbolt 4 controllers. Alle communiceren met de SoC tile via de interposer, die een verbinding met zeer hoge bandbreedte biedt. Binnen de SoC gebruikt Intel overigens een network on chip fabric. Dit vervangt de traditionele busverbinding en moet veel hogere snelheden mogelijk maken. Interessante materie, maar iets te complex om hier nader op in te gaan.
Het belang van de SoC is moeilijk te onderschatten, zeker omdat Intel deze bomvol met de nieuwste techniek heeft gestopt. Naast de zuinige E-kernen, de NPU voor AI-berekeningen is er de media decoder/encoder die overweg kan met 8K HDR-video en de AV1 codec, ondersteuning voor WiFi 7 en - zeer welkom voor moderne monitoren - DisplayPort 2.1 en HDMI 2.1.
Krachtiger videokaart: Arc komt naar Core
Naast de vernieuwde traditionele processor rekenkernen, besteedt Intel bij Meteor Lake ook aandacht aan de geïntegreerde videokaart. Dat is nooit het sterkste punt van het bedrijf geweest, maar dat weerhoudt het niet om hier aan te blijven werken. Zoals bekend introduceerde Intel niet heel lang geleden eigen, aparte videokaarten onder de naam Arc. Die waren al nauw verwant aan de Iris Xe Graphics van de 12e generatie Intel processors. De videokaart in de Meteor Lake processors lijkt nog sterker op de Arc kaarten. Deze krijgt meer rekenkernen, werkt op een lager voltage en kan mede daardoor een hogere kloksnelheid behalen. Hierdoor moeten de prestaties grofweg twee keer zo hoog liggen als die van de 12e en 13e generatie Core processors.
Net als de Arc videokaarten is Xe LPG, zoals Intel de videokaart in Meteor Lake noemt, geoptimaliseerd voor DirectX 12. Wel moeten ook deze chips baat hebben bij de investeringen in werking met oudere DirectX versies. Hierdoor moeten Meteor Lake processors beter met DirectX 9 games kunnen omgaan, bijvoorbeeld.
Een processor voor AI: NPU in Meteor Lake
Met Meteor Lake introduceert Intel een nieuwe rekeneenheid in de Core processors. Naast de klassieke P- en E-kernen en de videokaart komt er nu ook een NPU, een neural processing unit. Deze is bestemd voor het verwerken van AI-berekeningen. In mobiele chips is zo'n npu al de nodige jaren gangbaar - Qualcomm bouwt een npu in de recente Snapdragon chips en bij Apple heeft sinds de Bionic A11 processor van 2017 de eigen 'Neural engine'.
Het doel van deze rekeneenheden is het versnellen van heel specifieke berekeningen, die gebruik maken van AI-algoritmes. Daarbij kan je bijvoorbeeld denken aan computational photography: het samenvoegen van meerdere foto-opnames tot één fraaier geheel. Om zo bijvoorbeeld details in het donker zichtbaar te maken zonder beeldruis. Of aan het creëren van een diepte-effect door verschillende brandpuntsafstanden samen te voegen, voor een vervaagde achtergrond bij portretfoto's - of videovergaderingen. Maar AI-algoritmes worden ook ingezet voor het berekenen van extra beelden in games, voor een soepeler beeldweergave. En om geluid beter verstaanbaar te maken, door ruis en achtergrondgeluiden weg te filteren. Of voor slimme assistenten. Of het genereren van tekst of beeld. Toepassingen te over, zeg maar.
Al die zaken moeten versneld worden door de nieuwe npu in Meteor Lake processors. Die kan dit type rekenwerk sneller en zuiniger doen dan traditionele processorkernen. Door (een deel van) het AI-rekenwerk 'lokaal' (d.w.z. in de laptop in plaats van in de cloud) uit te voeren, moet dit soepeler en responsiever gebeuren. Kortere wachttijden, sneller resultaat. Bovendien worden er - als het goed is - minder potentieel gevoelige data (zoals foto's van je gezicht) naar een server elders gestuurd.
Wat betekent Meteor Lake in de praktijk?
Veel van de vernieuwingen van de komende generatie Intel Core processors zijn technisch interessant of zelfs buitengewoon indrukwekkend. Wat ze voor eindgebruikers betekenen, is lastiger te duiden. Globaal kan je wel stellen dat laptops met Meteor Lake niet alleen sneller zullen zijn dan met Raptor Lake (13e generatie Core), maar ook responsiever: ze zullen sneller reageren op instructies. Daarvoor zal de software wel ondersteuning moeten bieden. Intel heeft weer nauw samengewerkt met Microsoft voor een vernieuwde versie van Thread Director. Dat is de softwarelaag die bepaalt welke rekeneenheid voor welke taak actief moet worden. Voor de npu heeft Intel al gemeld dat het met tal van bedrijven samenwerkt om deze optimaal in te zetten.
Daarnaast zal - hopelijk - de stand-by tijd van laptops flink hoger worden, evenals de werktijd bij toepassingen die niet zo rekenintensief zijn. Hoeveel langer de werktijd wordt, zullen we moeten afwachten. Ook de prestaties zijn voorlopig nog ongewis. Naar verluidt moeten de processors die nu nog de codenaam Meteor Lake hebben, eind dit jaar op de markt komen. Dat wil zeggen, laptops met deze processors erin verwerkt. Tegen die tijd zullen we allicht meer kunnen vertellen over de impact van alle vernieuwingen in de praktijk.