Meteor Lake : bousculé par Apple, Intel lance sa plus grande révolution « depuis 40 ans »

Intel officialise aujourd’hui Meteor Lake, sa future architecture de processeurs pour ordinateurs. En attendant le lancement commercial, l’entreprise détaille ce qu’elle présente comme « le plus grand changement d’architecture depuis 40 ans ». Nouveaux procédés de fabrication, nouvel agencement, nouvelles fonctions… Voici, en synthèse de sept heures d’intenses conférences techniques, ce que Meteor Lake changera concrètement pour le grand public.

Cet article a été écrit dans le cadre du voyage de presse Intel Tech Tour Malaysia 2023 auquel Frandroid a été invité.

Intel 4 : meilleure efficacité énergétique

Avant de parler de la partie logique, Meteor Lake rompt avec plusieurs générations de processeurs en apportant à la gamme « client » des innovations en termes de procédé de fabrication jusqu’alors réservées aux processeurs pour serveurs.

Pour commencer, gammes client et serveur confondues, Meteor Lake inaugure le nœud de fabrication « Intel 4 ». Après Alder Lake et Rocket Lake fabriqués en Intel 7, on passe, entre autres évolutions, de 10 à 7 nanomètres. Ce nouveau process node promet à lui seul un doublement de la densité et 20 % de gain d’efficacité énergétique. Un nouveau procédé de lithographie EUV (ultra-violets extrêmes) simplifié promet quant à lui de meilleurs yields, c’est-à-dire de meilleurs rendements dans la fabrication des puces, donc une augmentation des capacités de production et on l’espère une baisse des coûts.

Foveros : empilement de puces

Meteor Lake apporte aussi et surtout aux processeurs client (par opposition aux processeurs pour serveurs) son procédé de packaging avancé Foveros, qui révolutionne la conception de processeurs. Ce qu’on appelle vulgairement « processeur » remplit de nombreuses fonctions autrefois dévolues à des puces séparées sur la carte mère ou sur des cartes filles. On peut parler de SoC (system-on-chip), c’est-à-dire d’un système, plus ou moins complet, sur une seule puce.

Jusqu’à présent, Intel proposait deux sortes de SoC sur le marché client. D’une part des SoC monolithiques, constitués d’un seul die remplissant toutes les fonctions. D’autre part des SoC hétérogènes, constitués de plusieurs dies interconnectés via le substrat.

Foveros combine quant à lui les avantages des deux méthodes quasi sans aucun désavantage. Les différents dies sont désormais juxtaposés, interconnectés par un interposer, qui est lui-même un die sous-jacent sur lequel ils sont empilés. Les différents dies, appelés tiles (tuiles), sont ainsi interconnectés quasi aussi efficacement que dans un SoC monolithique. Cette méthode de packaging permet en même temps d’utiliser des procédés de fabrication différents pour chaque tile, donc d’utiliser le procédé optimal pour chaque fonction. Elle simplifie aussi la création de différents processeurs.

Tiles : un processeur en tranches

Foveros permet aussi et surtout d’importants gains d’efficacité énergétique. La conception en tuiles promet de réduire substantiellement la consommation électrique des processeurs en éteignant les différentes tuiles dès qu’elles sont inutiles.

Meteor Lake est constitué d’une tuile Compute, d’une tuile Graphics, d’une tuile IO et d’une tuile SoC. En plus des fonctions vitales (gestion énergétique, contrôleur de mémoire vive…), cette dernière intègre quelques cœurs CPU « E » à très basse consommation, les fonctions de décodage vidéo et les fonctions d’affichage. Le processeur peut ainsi éteindre les tuiles Compute et Graphics, les plus énergivores, lorsqu’on regarde seulement une vidéo ou lorsque l’ordinateur est au repos (affichage d’une page web…). Les tuiles endormies se réveillent instantanément à la moindre sollicitation (chargement d’une page web…).

L’Intel Thread Director communique avec Windows ou avec l’OS pour contenir les charges CPU sur les cœurs Low Power Efficiency du SoC quand c’est possible, ou inversement pour rassembler les charges sur les cœurs Performance de la tuile Compute, au lieu de les éparpiller, pour optimiser l’efficacité énergétique.

Avec les gains obtenus à d’autres niveaux, Intel promet ainsi de généraliser les PC portables qu’on ne rechargera qu’une seule fois par jour. Le fondeur répond ainsi à Apple, donc les puces Apple Silicon sont réputées pour leurs performances par watt.

Intelligence artificielle intégrée

La deuxième grande innovation de Meteor Lake, après les nouveaux procédés de fabrication, c’est l’intégration d’un NPU (neural processing unit), c’est-à-dire d’une unité dédiée à l’intelligence artificielle.

Les PC n’ont pas attendu d’intégrer un NPU pour traiter de l’intelligence artificielle. Ils s’appuyaient et continueront d’ailleurs de s’appuyer sur leur CPU et leur GPU. Mais une unité spécialisée permet de traiter certaines tâches d’intelligence artificielle avec une bien meilleure efficacité énergétique. Intel donne l’exemple de la génération d’une image avec Stable Diffusion qui serait 7,8 fois plus efficiente avec le NPU qu’avec le CPU, et 2,6 fois plus efficiente qu’avec le GPU. Le NPU est donc intégré à la tuile SoC afin de pouvoir servir lorsque les tuiles CPU et GPU sont éteintes. Mais le CPU restera plus efficace et servira toujours pour certaines tâches simples, le GPU pour certaines tâches massivement parallélisées.

Dérivé d’un VPU et précédemment présenté comme un VPU (Vision Processing Unit), le NPU de Meteor Lake prendra en charge des fonctions comme le flou d’arrière-plan, le cadrage automatique ou la réduction de bruit en visioconférence. Il permettra plus largement de rapatrier sur les PC, en périphérie, ce qui était jusqu’alors traité sur les serveurs dans les data centers, avec des gains de latence, de bande passante et pour la confidentialité.

Évolutions à tous les étages

Meteor Lake apporte par ailleurs des améliorations itératives bienvenues, mais plus typiques d’une « simple » nouvelle génération de processeurs.

Nouvelles micro-architectures CPU

Pour commencer, Meteor Lake apporte de nouvelles micro-architectures CPU, avec de nouveaux P-Cores Redwood Cove et de nouveaux E-Cores et LP E-Cores Crestmont. Intel ne quantifie pas à ce stade les gains de performance prévus, il promet principalement des « avancées majeures » en termes d’efficacité énergétique. On rappelle que les CPU Intel adoptent depuis quelques générations une architecture hybride, semblable à l’architecture big.LITTLE des processeurs ARM de nos smartphones, avec des cœurs dédiés à la performance et d’autres à l’efficience.

Ray Tracing pour le GPU

Meteor Lake inaugure autrement un nouveau GPU Xe LPG, qu’Intel promet à la fois deux fois plus performant que le Xe LP de la génération précédente et deux fois plus efficient. Ce GPU augmente les fréquences, abaisse les tensions et augmente le nombre d’unités vectorielles, géométriques, etc. Il hérite surtout de certains avantages des GPU dédiés Arc de la série A, en intégrant notamment des unités de ray tracing et en apportant la compatibilité DX12 Ultimate.

AV1, 8K HDR, HDMI 2.1

Comme nous l’avons vu, les fonctions média et affichage ont été extraites du GPU, et en l’occurrence de la Graphics Tile, pour être déportées dans les tuiles SoC et IO (entrées/sorties). Avec les cœurs CPU basse consommation également intégrés à la tuile SoC, le processeur peut donc effectuer certaines tâches, comme afficher une page web ou une vidéo, avec les tuiles Compute et Graphics éteintes.

Le Xe Media Engine assure l’encodage et le décodage matériel, jusqu’en 8K HDR 10 bits, du H.264 (AVC), du HEVC (H.265), du VP9 et de l’AV1, soit tous les codecs en vigueur pour les prochaines années.

Le Xe Display Engine est au diapason, puisqu’il prend en charge un écran jusqu’en 8K60 HDR, ou bien jusqu’à 4 écrans 4K60 HDR, ou encore le 1080p ou le 1440p jusqu’à 360 Hz. Il propose pour cela des sorties HDMI 2.1, DisplayPort 2.1 et eDP 1.4. Ce « moteur d’affichage » peut davantage ignorer les images qui se répètent et fonctionner en rafales pour économiser de l’énergie.

PCIe 5, Thunderbolt 4 et Wi-Fi 7 !

Enfin, l’IO Tile, c’est-à-dire la tuile en charge des entrées/sorties, prend en charge le PCIe 5.0, le Thunderbolt 4 (mais pas le Thunderbolt 5 officialisé entre temps) ainsi que le Bluetooth 5.4 et le Wi-Fi 7. Ce dernier porte le débit maximal de 2,4 à 5,8 Gb/s en passant d’une modulation 1024-QAM à 4096-QAM et d’une bande passante de 160 à 320 MHz. En démonstration avec un point d’accès Wi-Fi 7 TP-Link, on constatait 4,2 Gb/s en émission et 2,8 Gb/s en réception.

Premiers processeurs le 14 décembre

À l’issue de cette présentation technique des grands principes de Meteor Lake, il apparait que cette nouvelle génération de processeurs met en œuvre plusieurs innovations pour continuer à progresser tant en termes de performances que d’efficacité énergétique. L’efficience est effectivement devenue un critère majeur, compte-tenu de la part toujours grandissante des PC portables sur le marché des ordinateurs et des attentes toujours plus importantes à leur égard.

Pour connaitre le détail de la gamme, c’est-à-dire les références des différents processeurs et leur composition (nombre de cœurs, fréquences, etc.), il faudra attendre le lancement commercial prévu le 14 décembre 2023. Intel précise seulement que ces processeurs adopteront la nouvelle marque haut de gamme Core Ultra.

On peut en déduire que ces « Core Ultra » basés sur l’architecture Meteor Lake cohabiteront avec des « Core » tout court reposant sur une architecture précédente, Raptor Lake ou Raptor Lake Refresh. Surtout, il y a fort à parier que Meteor Lake sera réservé, au moins dans un premier temps, aux puces mobiles pour PC portables, mini PC (assimilés NUC), consoles portables, etc. Les PC fixes quant à eux auraient droit à Raptor Lake Refresh, une évolution de l’architecture Raptor Lake des processeurs Core de 13e génération, mais Intel se refuse à tout commentaire à ce sujet. Nous en saurons plus ces prochains mois !