Waarom de 12e generatie Intel Core niet meer van hetzelfde is: het belangrijkste om te weten over 'Alder Lake'

Iedereen weet wel dat processors een onontbeerlijk, centraal computeronderdeel zijn. De centrale rekeneenheid (dat is wat 'cpu' betekent) verwerkt alle informatie van de diverse programma's waar je mee werkt. Ook de grootste maker van processors is welbekend: het 'Intel Inside' logo heeft zijn werk goed gedaan. Minder bekend is dat er nog een processorfabrikant is, AMD. In dit artikel speelt AMD slechts een bijrol, maar wel een belangrijke. Dankzij de sinds 2017 verhevigde concurrentie van AMD's Ryzen processors, is marktleider Intel weer vol aan de bak gegaan. Dat heeft geresulteerd in de afgelopen week aangekondigde Alder Lake architectuur. Die zal de basis vormen van de 12e generatie Intel Core-processors en vormt een grote verandering in hoe laptops en andere pc's gaan werken.

Wat vooraf ging: van Core tot snore

Een korte schets van het voorafgaande. Tussen 2008 en 2010 introduceerde Intel de eerste generatie 'Core' processors, en daarmee de nu welbekende Core i3, Core i5 en Core i7 aanduidingen. Daarmee kwam er een duidelijk onderscheid in verschillende snelheidsklassen. Vanaf 2011 kwam het bedrijf jaarlijks met een nieuwe 'Core' lijn processors, en de diverse computerfabrikanten met nieuwe modellen laptops en desktops op basis daarvan. Core i3, i5 en i7 werden ingeburgerde begrippen, in 2016 aangevuld met de Core i9.

Elke nieuwe Core generatie bracht een bescheiden prestatieverbetering, maar echt grote sprongen vooruit maakte Intel niet meer. Zeker niet sinds de 6e generatie, codenaam 'Skylake' uit 2016: tot 2020 waren alle nieuwe generaties daarop gebaseerd. De jaarlijkse aankondiging van een nieuwe generatie veranderde van een aanvankelijk spannende aangelegenheid in een slaapverwekkend gebeuren. 

Die stagnatie had meerdere oorzaken, waaronder uitdagingen bij het maken van de steeds kleinere transistors die de bouwstenen van processors vormen. Het gebrek aan een sterke concurrent speelde ongetwijfeld ook een rol. Daar kwam een einde aan in 2017. Vanaf dat jaar kwamen de AMD Ryzen processors als sterk alternatief op de markt. Eerst vooral in desktop computers, maar sinds een paar jaar zijn ook de mobiele versies voor in laptops zeer aantrekkelijk qua prestaties en zuinigheid. Lange tijd waren er (bijna) geen laptops te vinden zonder Intel processor, tegenwoordig is er ook op dat vlak weer wat te kiezen.

12e generatie Intel Core: hybride processors

Voor Intel alle reden om de handen uit de mouwen te steken. Achter de schermen begon het bedrijf daar al de nodige tijd geleden mee, maar het ontwerpen van een processor kost de nodige tijd. Ondertussen heeft Intel wel grotere stappen weten te zetten dan in voorgaande jaren, maar komend jaar moet er écht wat veranderen. Dat maakte het bedrijf onlangs bekend op zijn jaarlijkse Architecture Day, waarop het toekomstige ontwikkelingen uit de doeken doet.

Binnenkort komt het namelijk met zogenaamde hybride processors. Dat zijn cpu's met twee typen rekenkernen: één gericht op prestaties (ook wel P-kernen) en één gericht op een zuinige werking (ook wel E-kernen, voor efficiëntie). Een nieuwe technologie, die Intel Thread Director noemt, verdeelt taken over deze verschillende soorten rekenkernen.

Hiermee volgt Intel in de voetsporen van ARM, dat in 2011 al hybride processors introduceerde in de vorm van de big.LITTLE-architectuur. Ook die combineert verschillende soorten processorkernen. Vrijwel elke moderne smartphone maakt daar gebruik van. Zo heeft de Qualcomm Snapdragon 778G in de recent aangekondigde Samsung A52s 5G één 'grote' Cortex-A78 rekenkern die werkt op 2,4 GHz, drie Cortex-A78 kernen die op 2,2 GHz werken en nog vier kleinere, zuiniger Cortex-A55 kernen op 1,9 GHz. 

Voordelen van hybride processors

Hybride processors hebben meerdere voordelen. In de eerste plaats zijn ze potentieel zuiniger. Eenvoudige en taken die niet snel voltooid hoeven te zijn, kunnen op een zuinige 'efficiënte' E-core draaien. Denk aan een virusscanner die op de achtergrond draait, of het indexeren van bestanden door het besturingsyssteem. De krachtige P-cores komen pas in werking als er een veeleisende taak wacht, of een taak die zo snel mogelijk moet zijn voltooid. Bijvoorbeeld het exporteren van een vakantievideo, of het opstarten van een complex programma. Aan wachten heeft immers iedereen een broertje dood.

Het tweede voordeel is dat ze tegelijkertijd meer rekenkracht beschikbaar maken voor programma's die daarom vragen. De P(restatie)-cores kunnen zich immers volledig bezighouden met dat soort veeleisende toepassingen. Op dit moment is een deel van de rekenkernen van laptops bezig met relatief simpele zaken, die wel moeten gebeuren - waardoor ze niet beschikbaar zijn om bij te dragen aan de zware klussen. Met de hybride architectuur van Alder Lake zijn de P-cores altijd beschikbaar voor zware taken - en als het moet kunnen alle cores tegelijk worden ingezet voor veeleisende taken. 

Waarom niet gewoon meer cores?

Natuurlijk kan je denken: waarom niet gewoon méér 'grote' P-cores? Dat was immers de trend de afgelopen jaren: meer rekenkernen toevoegen aan elke generatie. Zowel AMD als Intel leveren inmiddels desktopprocessors met 16 of zelfs 18 rekenkernen. Het antwoord: deze benadering verbruikt te veel stroom. Om vooruitgang te boeken qua prestaties én qua energieverbruik is een intelligentere aanpak nodig dan simpelweg de kloksnelheid verhogen of meer rekenkernen toevoegen.
Voor laptops is energieverbruik hoe dan ook een beperkende factor: niemand wil een laptop die het maar een uur volhoudt voor hij aan de lader moet. Ook bij desktops is het verbruik belangrijk: energie is niet gratis, los van het belang van duurzaamheid. De topmodellen van Intel met 18 cores verbruiken 165 watt. Anno 2021 is dat niet meer te verantwoorden.

Volgens de informatie die nu bekend is, kunnen 12e generatie Core processors 8 P-cores krijgen en 8 E-cores. Samen moeten die hogere prestaties bieden dan met bijvoorbeeld alleen 10 P-cores mogelijk zou zijn.

Intelligente taakverdeling in 12e generatie Intel Core

Feitelijk is het uitvoeren van rekenwerk op 'gespecialiseerde' rekeneenheden niets nieuws. Zo zijn er steeds meer toepassingen die worden uitgevoerd met de grafische processor (videokaart). Voor bepaalde zaken, zoals het afspelen van video, zijn al jaren aparte blokjes met transistors aanwezig in moderne processors. Het toevoegen van een nieuw type rekenkern is een logische volgende stap.

De grote uitdaging is om te weten welke toepassing op welk moment op wat voor soort rekenkern moet werken. Om die uitdaging te beantwoorden heeft Intel een nieuwe functie ontworpen, met de naam Thread Director. Een thread is ruw vertaald een programmataak - je zou deze functie dus als taakdirigent kunnen vertalen. De Thread Director stuurt eenvoudige achtergrondtaken naar E-cores, en complex rekenwerk naar P-cores. Dat kan hij doen, omdat hij 'begrijpt' wat elk type taak inhoudt. Bovendien houdt de Thread Director rekening met de taken waarmee de rekenkernen al bezig zijn, en met zaken als de temperatuur van het systeem en het stroomverbruik. 

Windows 11 verplicht (?)

De Thread Director bepaalt ook welke taken voorrang hebben boven andere. Zo kan hij een rekenintensieve taak van een P-core verplaatsen naar een E-core, als deze even in de wacht staat, om zo ruimte te maken voor een urgente taak op de vrijgekomen prestatiekern. Dat gaat in samenwerking met de scheduler van het besturingsyssteem.

Die moet daarvoor wel geschikt zijn. Intel heeft dan ook nauw samengewerkt met Microsoft om de scheduler van Windows 11 geschikt te maken voor de nieuwe architectuur van de komende 12e generatie Core-processors. Vooralsnog lijkt het er niet op dat Windows 10 op vergelijkbare wijze overwegen kan met deze toekomstige cpu's. Wie optimaal (of misschien wel: überhaupt) wil profiteren van Alder Lake, zal de overstap naar Windows 11 moeten maken.

Het volgende moment voor een grote aankondiging heeft Intel al laten weten: eind oktober dit jaar. Het is afwachten of het dan nieuwe processors op basis van de hybride Alder Lake architectuur introduceert, of dat we voor de 12e generatie Intel Core moeten wachten tot volgend jaar. De ervaring leert dat het goed mogelijk is, dat Intel de introductie gefaseerd uitvoert: te beginnen met laptop processors, met desktop cpu's wat later.