Quali sono le differenze tra Core P e Core E nei processori Intel

Si parla di architettura ibrida quando nello stesso processore vengono combinate due o più tipi di unità di elaborazione per ottenere prestazioni ottimizzate in base al carico di lavoro e quindi alle esigenze delle varie applicazioni.
In un processore ibrido vengono abbinate unità di elaborazione a basso consumo energetico con unità di elaborazione ad alte prestazioni: si tratta di una combinazione che consente al processore di adattarsi dinamicamente ai più diversi flussi di lavoro offrendo prestazioni elevate quando necessario e riducendo il consumo energetico quando la potenza computazionale è inferiore.

Sui dispositivi mobili i progettisti e i produttori di SoC (System-on-a-Chip) utilizzano da tempo l’architettura ibrida integrando nei loro dispositivi core ad alte prestazioni e core a elevato risparmio energetico. Si pensi, nel caso di ARM, alla famosa architettura big.LITTLE prima e a DynamIQ poi.

Architettura ibrida: le novità di Intel e AMD tra il 2019 e il 2021

Nel 2019 Intel ha svelato la sfortunata architettura Lakefield. Sfortunata perché era stata progettata per una nuova gamma di dispositivi, a partire dal Surface Neo (2-in-1 con doppio schermo), che poi Microsoft ha deciso di non portare sul mercato lasciando da parte anche l’ormai defunto sistema operativo Windows 10X.
Lakefield è stato il primo processore di Intel basato sull’architettura Foveros che consente di impilare diversi strati di chip con tecnologie differenti, core ad alte prestazioni e core a basso consumo energetico all’interno di un singolo package.

Verso fine 2021 Intel ha ripreso l’idea precedentemente introdotta nei suoi Lakefield presentando la nuova gamma di processori Alder Lake basati su architettura ibrida: essi utilizzano core P (Performance-core) e core E (Efficient-core) all’interno del medesimo chip.

Nel 2020 AMD, con i suoi Ryzen 5000, aveva a sua volta presentato il cosiddetto Core Complex Die (CCD), componente chiave dell’architettura dei processori AMD Ryzen e Threadripper.

Abbiamo visto cos’è il core di un processore: ecco, il CCD di AMD combina un numero di core Zen multiplo insieme con un cache L3 condivisa.
La tecnologia CCD di AMD è parte dell’approccio a chiplet dell’azienda, in cui i diversi componenti della CPU vengono separati in unità funzionali diverse, poi combinate in un unico processore. Questo approccio ha segnato il ritorno al successo di AMD e ha permesso all’azienda di massimizzare le prestazioni e la flessibilità del prodotto finale, utilizzando allo stesso tempo diverse tecnologie di processo per produrre i vari chiplet.

Mentre AMD ha deciso di puntare sui chiplet, per il momento Intel – pur abbracciando l’architettura ibrida – non si è ancora allontanata dallo storico approccio monolitico.

Negli Intel Alder Lake e nei successivi sinora immessi sul mercato, la società di Santa Clara ha combinato core ad alte prestazioni e core ad alta efficienza senza ricorrere a un design MCM (Multi-chip module) come fa invece AMD: tutti gli elementi del processore Intel sono integrati in un unico chip di silicio prodotto ricorrendo allo stesso processo costruttivo. Ecco perché nonostante il grande cambiamento a livello di silicio introdotto a partire dal lancio degli Alder Lake l’impostazione del processore rimane monolitica.

Per Intel l’approccio monolitico ha dimostrato di funzionare molto bene per anni ed è stato “spremuto” fino alla fine grazie alle prestazioni elevate registrate in molti campi applicativi. In questo modo, inoltre, Intel ha potuto mantenere un elevato grado di controllo su tutti gli aspetti del design del processore, il che può essere importante per garantire l’affidabilità e la coerenza dei prodotti.
In ogni caso, Intel ha annunciato già nel 2020 l’intenzione di passare gradualmente all’uso di un approccio a chiplet o MCM simile a quello della concorrente: questo passaggio segna una svolta nella progettazione dei suoi processori (ne parliamo più avanti).

Differenze tra core P e core E nei processori Intel

In un processore multi-core tradizionale, ogni core è uguale agli altri. Il problema è che quando la CPU è inattiva o esegue attività semplici, si manifesta sempre un consumo energetico minimo al di sotto del quale non è possibile scendere senza spegnere completamente la CPU stessa.

L’utilizzo di un approccio ibrido che combina core prestazionali (core P) e core a basso consumo energetico (core E) è essenziale, ovviamente, sui portatili e in generali su tutti i dispositivi che lavorano con una batteria: a seconda del carico di lavoro istantaneo, quindi, si può estendere l’autonomia del dispositivo.

Fonte dell’immagine: Intel

Per sfruttare al massimo la distribuzione dei core prestazionali e a basso consumo energetico, il sistema operativo deve necessariamente fare leva su Intel Thread Director.
Intel Thread Director è una tecnologia che migliora l’efficienza nell’elaborazione dei thread allocandoli in modo efficiente: consente al sistema operativo di conoscere la topologia del processore, inclusi core, cache e interconnessioni massimizzando così le prestazioni.

Quando Intel presentò i core P e i core E a qualcuno non sembrava propriamente una buona idea: in realtà ottimizzare il funzionamento del processore a seconda del carico di lavoro in tempo reale è una prassi utilissima anche su PC, workstation e server.
In ambito data center è fondamentale il risparmio energetico: basti pensare che i futuri Xeon Sierra Forest useranno fino a 144 core E.

Inoltre, combinare core P e core E è un’operazione “furba” perché i primi sono decisamente di più grandi dimensioni e più prestazionali (sono ottimizzati per attività single thread a bassa latenza) ma dei secondi, grazie alle dimensioni contenute, è possibile inserirne di più nello stesso chip (sono ottimizzati per attività multicore e sulla massimizzazione delle prestazioni per Watt).

L’utilizzo dei core P e core E è stato ovviamente confermato nei Raptor Lake di 13esima generazione e nei futuri Meteor Lake di 14esima generazione.
Con i Meteor Lake, Intel Core di classe consumer, e con Granite Rapids ed Emerald Rapids in ambito server, la società guidata da Pat Gelsinger abbraccerà tecnologie di packaging ancora più avanzate passando all’uso di chiplet/design MCM.

In un documento di supporto, Intel parla dell’architettura ibrida delle prestazioni.