Komende generatie Intel processors lijkt geen Hyper-Threading meer te krijgen

Op basis daarvan valt in elk geval één ding flink op. De toekomstige generatie Intel 'Lunar Lake' processors lijkt geen Hyper-Threading (zoals Intel het officieel schrijft) meer te hebben. Er gingen al langer geruchten dat Intel zou gaan afstappen van deze techniek, en de gelekte schermafbeelding lijkt dit te bevestigen. HyperThreading is de term die Intel hanteert voor multithreading, de techniek om twee taken tegelijkertijd door een enkele rekenkern af te laten handelen.

Waarom zou Intel af stappen van hyperthreading in Lunar Lake?

Hyperthreading stamt alweer uit het begin van deze eeuw, om precies te zijn 2002. Destijds bracht Intel het eerst naar zakelijke Xeon processors, maar ook de Pentium 4 'Northwood' voor consumenten kreeg de techniek. Voordeel van hyperthreading is dat hiermee een rekenkern wat efficiënter kan worden benut.

Een processor verwerkt namelijk instructies op een vast ritme, de frequentie. Om de instructies te verwerken is data nodig vanuit opslag of werkgeheugen. Daarbij kan het voorkomen dat eerst andere data verwerkt moet worden. Doordat het heel moeilijk is om deze data altijd op het juiste moment beschikbaar te hebben voor de processor, slaat een (deel van een) kern af en toe een klokcyclus over. Hyperthreading maakt het mogelijk om die kern andere instructies te laten verwerken voor een andere taak, tot de data voor de eerdere taak beschikbaar is. Dat levert een bescheiden, maar meet- en merkbare prestatiewinst op.

Nadelen van multithreading

Er kleven echter ook enkele nadelen aan de techniek. Zo is de winst het grootst wanneer de hoeveelheid kernen relatief klein is. Omdat er meerdere processen lopen moeten enkele processorkernen deze allemaal afhandelen. Dit betekent dat het zo efficiënt mogelijk gebruik maken van elke kern zeer belangrijk is. Met meer kernen wordt dit minder belangrijk, want waar een enkele kern dan zeer actief is met twee verschillende processen verwerken, staat een andere op dat moment niks te doen. Nu er vaak 10, 12 of zelfs meer dan twintig rekenkernen in een processor zitten, heeft hyperthreading minder nut dan toen het er nog maar een stuk of vier waren. 

Daarbij komt dat de architectuur van de processor flinke aanpassingen vereist om hyperthreading mogelijk te maken. Dit maakt de processor ingewikkelder, en maakt de individuele kernen groter. Ook vereisen kernen met hyperthreading meer cache, wat de chip nog groter maakt. De extra complexiteit en formaat zorgt ook voor iets meer verliezen, wat zorgt voor iets minder efficiëntie, maar ook iets mindere prestaties. Daarnaast zijn grotere kernen simpelweg duurder om te maken. Er is ergens een kantelpunt waarbij meerdere, kleinere kernen zonder multithreading voordeliger uitpakken dan grotere met hyperthreading.

Een laatste probleem is dat de technologie ook veel veiligheidsproblemen met zich meebrengt. Doordat de processorkern data kan uitlezen van verschillende processen dankzij onder andere multithreading, kan een kwaadaardig proces data ontfutselen aan een ander, beveiligd proces. De beveiligingen die processorfabrikanten hebben ingebouwd tegen dit soort misbruik gaan ten koste van de prestaties. Ook daardoor is hyperthreading dus minder zinvol en aantrekkelijk.

Wat betekent dit voor toekomstige processors?

Als Intel er inderdaad voor kiest om multithreading technieken in de ban te doen, zal het een flinke verandering in de architectuur betekenen. De efficiëntie-kernen in Intel’s nieuwere generaties processors hebben deze technologie nooit gehad. De oorspronkelijke Atom processorlijn, waar deze kleinere kernen van afgeleid zijn, maakte geen gebruik van hyperthreading. Atom is destijds bedacht voor tablets en zeer goedkope laptops die zo efficiënt mogelijk moesten zijn.

De grotere kernen hebben sinds de eerste generatie Core bijna altijd gebruikgemaakt van multithreading. Er zijn ook altijd wel modellen geweest zonder, zoals de eerste generatie i5, of de Core i7-9700K. Vorig jaar kwamen al wat geruchten naar boven dat Intel’s volgende generatie desktopprocessors, Arrow Lake, ook geen gebruik zou maken van hyperthreading.

Een direct voordeel van het verwijderen van de technologie is dat de frequentie van de processors iets omhoog kan. Dat weten we omdat het uitzetten van multithreading in de bios voordelen oplevert voor het overklokken van processors. Daarnaast moet het zoals gezegd wat eenvoudiger, kleinere rekenkernen mogelijk maken. Of even grote rekenkernen, waarbij de vrijgekomen ruimte anders wordt benut.

Zo kan Intel ervoor kiezen om meer kernen in een gegeven oppervlakte te stoppen. Ook is het mogelijk om de kernen niet kleiner te maken, maar andere functies te geven om ze in bepaalde processen sneller te maken, zoals AVX-512 instructies. De laatste en eenvoudigste optie is simpelweg kleinere chips maken, deze zijn in principe goedkoper en zuiniger.

Andere specificaties van Lunar Lake

De informatie die naar buiten is gekomen, is uiteraard niet representatief voor de uiteindelijke chip. Het gaat immers pas om een A1-sample. Die aanduiding geeft aan dat het om een prototype gaat. Aan de andere kant leert de ervaring dat er geen hele grote verschillen zijn tussen deze prototypes en het uiteindelijke product. Voornamelijk kloksnelheden zijn vaak niet representatief. 

De processor waarvan op het Chinese Zhihu een taakbeheer venster is getoond, heeft acht kernen. Hiervan zijn er vier gericht op prestaties en vier op efficiëntie. De P-kernen hebben 2,5 MB L2-cache per stuk. De E-kernen moeten samen 4 MB delen. Dit zorgt ervoor dat het totaal op 14 MB L2-cache uitkomt, wat opvallend genoeg meer is dan de 12 MB aan L3-cache. De basis klokfrequentie zou 1,8 GHz bedragen met een boostklok die 1 GHz hoger ligt. Dit kan echter nog behoorlijk veranderen tegen de tijd dat de chip helemaal klaar is voor massaproductie. 

Lunar Lake processors zullen net als Meteor Lake worden opgebouwd uit verschillende chiplets, waarvan er enkele van TSMC vandaan moeten komen. Eerder toonde het bedrijf ook een optie voor geïntegreerd lpddr5x geheugen in een Lunar Lake chip, vergelijkbaar met Apple’s M-chips. Verder zal een van de chiplets een zogenaamde npu zijn. Deze moet lokale AI-prestaties verhogen en is ook aanwezig in Meteor Lake. De processor moet voornamelijk geproduceerd worden op Intel’s 18 Angstrom procédé, maar het is niet bekend welke chiplet op welk proces gebaseerd zal zijn.