Al enige tijd tonen processors nauwelijks verbetering bij nieuwe generaties. Waar een nieuwe architectuur vroeger vaak behoorlijk sneller was, is de snelheidswinst nu heel erg beperkt en neemt deze elke generatie weer verder af. Dit heeft meerdere redenen: allereerst is het ‘laaghangend fruit’ door Intel al geplukt, oftewel de manieren waarop er relatief eenvoudig (en zonder al te grote concessies) een prestatiewinst te realiseren is.

De tweede reden is de ongekende monopoliepositie die Intel op dit moment heeft. Het bedrijf heeft momenteel op de desktopmarkt nauwelijks iets te vrezen, dus het hoeft niet zijn best te doen of risico’s te nemen. Sterker nog, Intel concurreert op dit moment voornamelijk met ARM, de architectuur die wordt gebruikt in smartphones, en richt zich daarom meer op stroomverbruik en niet echt op prestaties. Desktops worden zo het kind van de rekening.

Tot slot wordt het steeds moeilijker en daarmee duurder om steeds weer kleinere transistorstructuren te gebruiken. Hiermee wordt het mogelijk om minder silicium te gebruiken voor het produceren van chips, wat kostenvoordelen met zich meebrengt voor de fabrikanten.

Met de relatief dure procedés wordt dit kostenvoordeel grotendeels tenietgedaan en is er voor Intel weinig reden meer om snel over te willen gaan naar een nieuw procedé. Dit is uiteraard ook nadelig voor consumenten, omdat die dan niet kunnen profiteren van de grotere transistordichtheid en het lagere stroomverbruik van een kleiner procedé.

Dit klinkt weinig hoopvol over de toekomst van desktop-processors. Er is echter licht aan het einde van de tunnel. De grote concurrent van Intel, AMD, lanceert namelijk een nieuwe generatie waarmee het eindelijk weer hoopt te concurreren met het aanbod van Intel.

AMD Ryzen

Met de geheel nieuwe Zen-architectuur hoopt AMD uit het diepe dal te klimmen waarin het is beland door de desastreuze Bulldozer-generatie. Deze kwam in 2011 uit en hierbij gokte AMD erop dat software snel processors met meerdere cores zou ondersteunen. Bulldozers hadden relatief veel langzame cores. Ook waren ze onzuinig en hadden ze lage per clock-prestaties, maar hier stond een relatief hoge kloksnelheid tegenover. In deze opzichten leek het heel erg op de Pentium 4 van Intel.

Bulldozer werd een fiasco, en was zelfs langzamer dan zijn Phenom-voorganger, omdat er heel veel software is die gebruik maakt van een of twee cores. Hierin had het een achterstand vergeleken met de Intel-processors, die een kleiner aantal snellere cores hadden.

© PXimport

Al voor Bulldozer had AMD moeite om Intel bij te houden, maar de kloof tussen de twee fabrikanten was nooit zo groot als nu. Dit is bedroevend, gezien de geschiedenis van AMD en hoe het als underdog met veel minder omzet tussen 1999 en 2006 toch producten wist te maken die superieur waren aan die van Intel.

Zover zal het niet komen met Zen, maar er zijn indicaties dat AMD op het punt staat weer een serieuze speler te worden op de markt voor desktop-processors. Allereerst gaat AMD over van het 28nm- naar het 14nm-procedé naar, wat een significant voordeel moet opleveren voor het stroomverbruik en de transistordichtheid. Architecturaal wordt er op vrijwel alle vlakken afscheid genomen van het eigenaardige Bulldozer-ontwerp en kopieert het technieken van Intel die bewezen hebben dat ze resulteren in betere prestaties.

De belangrijkste verandering is dat ‘clustered multithreading’ (CMT) wordt ingeruild voor ‘simultaneous multithreading’ (SMT, waarvan de Intel-variant HyperThreading heet). Bij clustered multithreading heeft iedere module twee cores die bepaalde bronnen van elkaar moeten delen – bij Bulldozer was dit de floating-point-unit, die berekeningen met breuken voor zijn rekening neemt. Het aantal cores kan zo worden verminderd, maar dit gaat wel ten koste van de prestaties van de individuele cores.

Bij SMT is er sprake van twee threads per core en wordt er niets gedeeld. Deze technologie levert daarom ook vrijwel nooit prestatieverlies op. Wel kunnen de cores door de twee threads beter verzadigd worden, wat een prestatiewinst van ongeveer 30 procent oplevert bij multithreading.

Een interessante vernieuwing in Zen is de aanwezigheid van chipset-mogelijkheden op de processor, waaronder M.2, usb3.0-poorten en hd-audio. Heel zuinige, low-end chips waren vaak al ‘systems on a chip’, maar dit is voor het eerst dat een processor van dit kaliber deze mogelijkheden krijgt. Wederom zet AMD de eerste stappen bij de integratie van meer en meer functionaliteit op de processor, zoals we eerder zagen met de Northbridge (geheugencontroller) en de eerste geïntegreerde gpu’s.

In combinatie met heel wat andere verbeteringen hoopt AMD significant betere prestaties te bieden dan Bulldozer. Dat is nodig ook om een serieuze speler te zijn, want de Bulldozer-cores zijn ongeveer half zo snel als die van Intel. AMD beweert op zijn beurt het ‘per clock’-prestatieniveau van Broadwell-E bereikt te hebben, waarmee Zen maar een kleine stap achter zou lopen op de courante Skylake/Kaby Lake-generatie.

Intel Kaby Lake

Kaby Lake is een zogenoemde ‘optimalisatie’ van Skylake, gebakken op hetzelfde 14nm-procedé en met exact dezelfde architectuur, ruim een jaar na de lancering hiervan. Dit vindt plaats op een moment dat Intel zich op een ongekend hoogtepunt bevindt. Hoewel de markt voor desktop-pc’s steeds kleiner wordt, heeft Intel nog nooit financieel betere jaren gehad. Dit is kennelijk reden genoeg om wat minder gas te geven.

Jarenlang heeft Intel zich gehouden aan het zogenaamde ‘tick-tock-model’, waarbij het bedrijf elk jaar ofwel een nieuwe architectuur uitbracht, ofwel overging op een nieuw procedé. Daar is het nu van afgestapt: in plaats daarvan is er officieel sprake van een ‘tick-tock-optimalisatie’ model.

© PXimport

Er verandert ook het een en ander aan het productaanbod. De goedkope Pentium-modellen hebben nu ook HyperThreading, waarmee Intel zijn i3-processors overigens bijna geheel uit de markt prijst. Daarnaast komt er een overklokbare i3-processor op de markt, die leuk kan zijn voor hobbyisten.

Met Kaby Lake heeft Intel ook de chipsets vernieuwd. Hoewel Kaby Lake-processors (uiteraard) gewoon gebruikt kunnen worden op moederborden met de serie-100-chipset, zijn er nu ook serie-200-modellen. Deze zijn op twee vlakken veranderd: vier extra pci-express 3.0-lanes en ondersteuning voor Intel Optane-geheugen.

In beide gevallen niet wereldschokkend. Wel is het raadzaam om de nieuwere moederborden te overwegen, omdat fabrikanten flink hun best hebben gedaan om chipset-onafhankelijke verbeteringen aan te brengen.

Het is natuurlijk altijd mooi om meer prestaties te krijgen voor exact dezelfde prijs, maar indrukwekkend is het niet voor één jaar en vier maanden aan ‘innovatie’. Intel moest zelf tijdens zijn presentaties Kaby Lake vergelijken met jaren oude processors om een respectabele prestatiewinst te kunnen presenteren.

Overigens is ook bekend geworden dat er na Kaby Lake nòg een generatie zal komen op het 14nm-procedé, namelijk Coffee Lake. 10 nm zal dus nog langer op zich laten wachten. Er is echter ook een reden om verheugd te zijn over Coffee Lake, omdat er naar verluidt eindelijk 6-core-processors naar het mainstreamplatform komen.

Verschil AMD en Intel-cpu's

Zoals aangegeven komt Zen alleen maar uit voor de mid-range- en high-end-markt, terwijl Kaby Lake de low-end- tot mid-range-markt moet bedienen. Een verder verschil is dat Kaby Lake is uitgerust met een geïntegreerde grafische processor, waar dit niet het geval zal zijn voor de Zen-processors die initieel uitkomen. Hiervoor zal een losse videokaart dus nodig zijn.

Verdere verschillen zijn de hogere kloksnelheid en ipc (prestaties op dezelfde kloksnelheid) van Kaby Lake, maar dit wordt deels goedgemaakt door het grotere aantal cores van sommige Zens. Welke processor sneller is zal sterk afhangen van de toepassing waar hij voor wordt ingezet.

Sommige programma’s maken goed gebruik van meerdere cores, terwijl dit bij andere weer niet het geval is. Zo is het 3D-ontwerpprogramma AutoCAD volledig single-threaded, hierbij heb je dus baat bij een zo hoog mogelijke ipc en kloksnelheid – Kaby Lake dus. Ook veel bewerkingen in Adobe Photoshop kunnen maar een enkele thread aan, waardoor Kaby Lake hier weer sneller is.

Aan de andere kant zijn er ook programma’s die heel erg goed meerdere threads aankunnen, zoals het renderen van een beeld, of het encoderen van een video. Hier zal Zen veel sneller zijn.

Voor gaming is het beeld een beetje ingewikkeld. Over het algemeen hebben spellen bij moderne processors geen tekort aan cpu-rekenkracht. Waar er wel verschillen zijn, is dit vrijwel altijd in het voordeel van snellere cpu’s en maakt het aantal cores boven vier weer veel minder uit.

Aan de andere kant kan dit mogelijk veranderen met de opkomst van DirectX 12. Ook het streamen tijdens het gamen vergt veel extra processorkracht, en daar komt een processor met veel cores zoals Zen goed van pas.

Zowel Kaby Lake als Zen is gebaseerd op x86, een set instructies die teruggaat tot een van de eerste processors die Intel eind jaren zeventig uitbracht, te weten de 8086. Het fundament hiervan is terugwaartse compatibiliteit. Zo kan er op moderne processors nog altijd software draaien die bedoeld is voor de 8086 (wat overigens niet betekent dat deze programma’s op elk besturingssysteem uit te voeren zijn), en zijn ook x86-instructies die decennia niet zijn gebruikt nog steeds aanwezig.

Rond de millenniumwisseling probeerde Intel een volledig nieuwe 64-bit instructieset te ontwerpen voor de moderne tijd, namelijk Itanium of IA-64, maar dit werd geen succes. In plaats daarvan werd de 64-bit standaard AMD64, die de compatibiliteit met de oude x86-instructies behield.

Conclusie

Na een lange periode van stagnatie op de processormarkt komt er dankzij Zen weer een tijdperk waarin er weer wat vooruitgang is. De stagnatie op de processormarkt wordt door niets duidelijker gemaakt dan het verschijnen van Kaby Lake, waar qua architectuur en procedé niets aan vernieuwd is.

Waar Kaby Lake niets meer is dan een opgevoerde Skylake, is Zen een volledig nieuwe architectuur die een gigantische prestatieverbetering moet teweegbrengen ten opzichte van zijn rampzalige Bulldozer-voorganger. Zen zal het beste wat Intel te bieden heeft niet kunnen overtreffen, maar het feit dat de architectuur in de buurt weet te komen is al heel erg indrukwekkend.

Door Zen zullen er eindelijk processors verschijnen met meer wat meer cores voor de mainstream desktop-markt, waar vier cores al tijden het maximum is, van AMD en later ook van Intel. Ook de prijzen zullen onder druk gezet worden, omdat AMD eindelijk weer eens in een positie zal zijn om serieus te concurreren met Intel. Dit zal tevens wat meer druk zetten op Intel om zich wat meer aandacht te besteden aan desktops, die de afgelopen jaren vrijwel helemaal genegeerd zijn door het bedrijf ten faveure van mobiele apparaten.

Tekst: Farzin Parham