Intel Core Ultra: Así aprovecha la arquitectura Meteor Lake para mejorar rendimiento en GPU e IA

Los nuevos Intel Meteor Lake

Intel presentó hace unos meses sus nuevos procesadores para portátiles a los que ha dado un nuevo nombre, los Intel Core Ultra. Estos procesadores Meteor Lake estrenarán nueva Arquitectura Híbrida 3D basada en chiplet, donde la modularidad es la principal ventaja, al disponer de varios bloques o “tiles” (baldosas) cada uno encargado de una función específica. Además, Intel introdujo una arquitectura de núcleos híbrida con la duodécima generación, combinando núcleos de alto rendimiento y de alta eficiencia dentro del mismo procesador.

Así, los nuevos Intel Meteor Lake están compuestos de 4 bloques, cada uno especializado en una tarea específica, y con el que se consigue obtener un rendimiento superior. Los bloques se pueden encender y apagar para consumir menos energía, asignando cada tarea de forma estratégica al bloque adecuado para obtener el mejor resultado. Para esto el procesador, una parte llamada Intel Thread Director, se comunica con el sistema operativo donde obtiene información para enviar una tarea concreta al núcleo correcto.

Pero esta nueva Arquitectura Híbrida 3D también ha llegado con otras ventajas, Intel ha añadido al procesador una nueva GPU mucho más potente que en generaciones anteriores. Al poder obtener un proceso de fabricación para la GPU de forma independiente, Intel ha conseguido introducir su arquitectura Alchemist disponible en las tarjetas gráficas Intel Arc. Con esta arquitectura ha conseguido mejorar los gráficos integrados al nivel de superar a la más potente de las gráficas integradas de AMD, la Radeon 780M.

Además, gracias a su arquitectura basada en tiles, Intel ha añadido una NPU que realizará las tareas de Inteligencia Artificial. Pero con el chip Intel Thread Director, estas tareas que requieren de inferencia se pueden asignar al mejor postor, ofreciendo la tarea a los núcleos de la CPU, a la GPU o llevarlas directamente a la NPU cuando las tareas requieren de mayor rendimiento y eficiencia.

De esta forma, los procesadores Intel Meteor Lake están divididos en 4 bloques principales, la baldosa de cómputo (Compute Tile), el “System on a Chip” o también conocido como SoC, el bloque de la GPU, y un bloque para las comunicaciones de entrada salida o IO Tile. Veamos más en detalle que función tiene cada uno, pero antes veremos en que consiste esta novedosa Arquitectura Híbrida 3D de los Intel Meteor Lake.

Arquitectura Híbrida 3D en los Intel Core Ultra

Para hacer posible esta Arquitectura Híbrida 3D, Intel ha empleado la tecnología Foveros 3D para el diseño y empaquetado de estos bloques de forma tridimensional. Los bloques que componen el procesador están fabricados cada uno con un nodo diferente e interconectados para poder comunicarse de forma estratégica entre ellos.

Intel Foveros 3D es la solución que ha implementado el fabricante para el apilado 2D y 3D de chips, y dividiendo en módulos más pequeños los chips que realizan las tareas habituales en una CPU. De esta forma se pueden crear un procesador en conjunto a partir de módulos específicos, cada uno destinado a un tipo de tareas en concreto. Además de obtener un mejor rendimiento al dividir las tareas a ejecutar en cada módulo, también se simplifica la fabricación de este procesador, optimizando también su consumo.

Gracias a esta tecnología, Intel ha conseguido un procesador para equipos ultraportátiles muy eficiente. Está construido con el proceso de fabricación Intel 4 empleando tecnología EUV para la litografía consiguiendo duplicar el área respecto al nodo Intel 7. Este proceso de fabricación permite aumentar en un 20% la eficiencia energética de estos Intel Core Ultra. Según los números de Intel, el Core Ultra 7 165H ha reducido su consumo un 25% en comparación al Core i7-1370P, gracias al uso de los nuevos núcleos de alta eficiencia y bajo consumo realizando tareas sencillas como ver vídeos en Netflix. Además, también nos cuenta que consigue un ahorro de energía de hasta el 79% en comparación con procesadores de la competencia cuando Windows está inactivo.

Esta nueva arquitectura también permite unas interconexiones entre los diferentes módulos con un consumo reducido, permitiendo optimizaciones a futuro de cara a nuevos módulos y/o procesadores completos. Foveros ha sido una revolución en cuanto a arquitectura de procesadores, considerándose una de las mayores en los últimos 40 años.

La tecnología Foveros permite la interconexión de los módulos que componen el procesador y permite el apilamiento de estos, tanto en 2D como en 3D. Gracias a este tipo de interconexiones se puede fabricar todo en un solo bloque en una oblea con todas las baldosas ya unidas y conectados. Este conjunto de bloques solo queda añadirlo a una placa de sujeción que irá directamente soldada a la placa base del portátil, ya que tiene un formato BGA.

Pero vamos a ver en detalle de que está compuesto cada uno de estos bloques de los Intel Meteor Lake.

Bloque de cómputo o “Compute Tile”

Este bloque incluye los nuevos núcleos de los Intel Meteor Lake. Los núcleos cuentan con una nueva arquitectura Redwood Cove para los de alto rendimiento y Crestmont para los de alta eficiencia. Gracias a su proceso de fabricación Intel 4, se ha conseguido una mejora en la eficiencia energética de estos nuevos núcleos. También se ha mejorado el ancho de banda y la respuesta por la tecnología Intel Thread Director de los núcleos de alto rendimiento Redwood Cove. También cuentan con un mejor IPC los núcleos de alta eficiencia basados en Crestmont junto con una mayor aceleración en tareas para IA que no son realizadas por la NPU.

El rendimiento ofrecido por el Intel Core Ultra 7 165H en un solo núcleo no ha conseguido superar a su propio procesador de pasada generación Intel Core i7-1370P, pero si ha conseguido aumentar el rendimiento en un 12% respecto al AMD Ryzen 7840U. De igual forma, el rendimiento en multinúcleo ha conseguido superar en un 11% a la solución de AMD, incluso en un 9% al Intel Core i7-1370P. Otras pruebas basadas en tareas de edición de vídeo y fotografía han dado resultados de hasta un 41% más de rendimiento.

Los núcleos disponibles en el Compute Tile ahora tienen en cuenta el tipo de tareas que se le van a asignar, optimizadas según la elección de Intel Thread Director que obtiene la información directamente del sistema operativo. Primero se comprueba si esta tarea es eficiente realizarla con los núcleos de alta eficiencia y bajo voltaje (situados en otro blóque), en caso contrario se comprueba si es eficiente hacerla con los núcleos de alta eficiencia del bloque de cómputo y sino serán asignados a los de alto rendimiento.

En anteriores generaciones se tenía que ir comprobando la tarea para moverla de núcleo entre los P-Cores y E-Cores. Para optimizar aún más este proceso, Intel ha trabajado con Microsoft para mejorar Windows y ofrecer información acorde a cada tarea y que pueda ser asignada eficientemente a cada tipo de núcleo.

Bloque System on a Chip o SoC Tile

Este es el bloque “principal” donde, entre otros, se encuentran los nuevos núcleos de alta eficiencia y bajo consumo de estos Intel Meteor Lake. Estos nuevos núcleos son capaces de efectuar tareas más sencillas sin necesidad de recurrir al Compute Tile, con el consecuente ahorro de energía. Los núcleos de alta eficiencia y bajo voltaje tienen la misma arquitectura que los de alta eficiencia que hemos visto en el bloque de cómputo, pero funcionan a una frecuencia más baja para conseguir un consumo menor.

Además, se ha añadido una unidad NPU que permite realizar tareas específicas de Inteligencia Artificial, quitando esta carga de la CPU o de la GPU, o utilizando todos los recursos para ofrecer hasta 34 TeraOPS. Los creadores de contenido podrán beneficiarse de este nuevo módulo para IA, añadiendo más rendimiento en tareas con DaVinci Resolve, Adobe Lightroom o Stable Diffusion. En comparación con la generación anterior Intel Core i7-1370P, consiguen un incremento de 1,7 veces más en IA Generativa y 2,5 veces más de eficiencia energética.

El uso de la unidad NPU se ha optimizado junto con el sistema operativo Windows, que trabajando con la CPU y la GPU podrá ofrecer características posibles gracias al uso de esta NPU ofreciendo mayor rendimiento y eficiencia energética que si se realizan por la CPU o la GPU. Algunas son cancelación de ruido activa basada en IA, difuminado del fondo en videollamadas, etc. Además, consiguen reducir el consumo en hasta un 38%.

La NPU de estos Intel Core Ultra está optimizada para su uso con multitud de modelos de IA como LLaMA, BERT o Stable Diffusion. También es compatible con multitud de frameworks y aplicaciones que harán uso de la IA como Microsoft 365 y otras muchas más que están en camino.

Dentro de este SoC también encontramos las comunicaciones WiFi y bluetooth, dando compatibilidad a las últimas versiones disponibles como WiFi-7.

Otra de las funciones de este SoC es la salida de vídeo junto con una unidad Media que permite realizar sencillas acciones sin depender del uso de la GPU. Con esto se consigue un considerable ahorro de energía al no tener que alimentar el módulo de GPU en ciertas tareas. Este módulo ofrece vídeo con HDMI 2.1 y DisplayPort 2.1, y es capaz de soportar resoluciones de hasta 8K con HDR y el nuevo códec AV1.

Otra de las funciones integradas en el SoC es el control de la memoria, permitiendo la comunicación con los módulos DDR de forma directa y más rápida o con la memoria LPDDR5x integrada que llevarán algunos modelos.

Bloque de GPU, las Intel Arc integradas

Con esta nueva generación se ha solucionado uno de los inconvenientes con los que contaban los Intel de pasadas generaciones, una escasa potencia gráfica integrada en el procesador. Gracias a la modularidad o diseño basado en bloques de estos nuevos procesadores, se ha añadido un bloque de GPU cuya arquitectura se ha heredado de las tarjetas gráficas de Intel basadas en Alchemist. Esta nueva GPU con arquitectura Intel Xe-LPG ha conseguido aumentar su rendimiento considerablemente en comparación con las anteriores Intel Iris Xe de pasadas generaciones.

La nueva GPU de estos Intel Meteor Lake promete el doble de rendimiento que pasadas generaciones, incluso hemos podido ver cómo es capaz de superar en algunas pruebas a las gráficas integradas de los procesadores AMD de gama alta, como la Radeon 780M. Gracias a este incremento en el  rendimiento se podrán ejecutar juegos que no requieran de un gran potencial gráfico, incluso con la batería del portátil, y con un buen rendimiento que permita una experiencia de juego fluida.

Según las pruebas de Intel, con esta nueva GPU basada en las Intel Arc han conseguido superar en un 5% en gaming a la GPU integrada en los AMD Ryzen 7 7840U. Además, estas GPU cuentan con la tecnología Intel XeSS para mejorar el tiempo de renderizado y ofrecer un incremento en los FPS. Gracias a la tecnología Intel XeSS se ha conseguido una media de un 39% más de rendimiento en juegos con el Intel Core Ultra 7 165H, jugando a una resolución de 1080p. Títulos como F1 2023 ofrecen hasta 92 FPS de media con Intel XeSS.

Intel asegura que sus gráficas integradas basadas en la arquitectura Alchemist consiguen hasta un 10% más de rendimiento que la GPU integrada en el AMD Ryzen 7840U con un TDP predeterminado de 28W.

Bloque de Entrada y Salida o IO Tile

En este bloque de entrada y salida no hemos visto grandes cambios, a pesar de ser una baldosa independiente. En él encontramos compatibilidad con conexiones Thunderbolt 4 y PCI Express 5.0, con la ventaja de poder desconectar este módulo cuando no se requiera su uso, y con el consecuente ahorro energético que caracteriza a estos Intel Meteor Lake.

Gracias a los núcleos de alta eficiencia y bajo voltaje, es posible mantener apagados varios bloques para una mejor gestión de la energía y un rendimiento más eficiente.

Pero veamos como afectan estas nuevas baldosas las especificaciones técnicas de estos Intel Meteor Lake.

Intel Meteor Lake, especificaciones y modelos disponibles

Intel ha lanzado inicialmente los Core Ultra 7 y 5, dejando los más potentes Core Ultra 9 para más adelante. Pero veamos que características técnicas tienen estos modelos Intel Meteor Lake.

Los nuevos procesadores, a los que Intel ha llamado Core Ultra, están construidos con la arquitectura híbrida 3D de Intel Foveros. Estos procesadores cuentan con hasta 6 núcleos de alto rendimiento (P-Cores), 8 de alta eficiencia (E-Cores) y 2 núcleos de alta eficiencia y bajo consumo (LP E-Cores), que ofrecen hasta 22 hilos de ejecución. Admite memoria DDR5 a 5.600 MHz o LPDDR5/x a 7.467 MHz. Gracias a su GPU Intel Arc integrada se puede ofrecer vídeo en hasta 4 monitores a 4K y conexiones DP 2.1 con USB-C y HDMI 2.1.

Para las comunicaciones se ha añadido soporte para WiFi 7, también compatible con WiFi 6E. Es capaz de ofrecer hasta 2 carriles PCIe 5.0 y posibilidad de 4 discos SSD M.2 PCIe 4.0. Admite 4 Thunderbolt 4 con conexión bidireccional de 40 Gbps, 10 USB 2 y 2 USB 3 junto con 8 líneas para PCIe 4.0 y dos conexiones SATA 3.

Intel ha dividido en dos gamas los Intel Core Ultra, los H y los U, cuyo TDP es de 28 y 15 W respectivamente. También se diferencian en el consumo máximo, los Intel Core Ultra H pueden elegir entre 64 y 115W mientras que los U podrán alcanzar los 57W.

Como tope de gama se ha ofrecido, por el momento, el Intel Core Ultra 7 165H, con una configuración de 16 núcleos divididos en 6 de alto rendimiento, 8 de alta eficiencia y 2 de alta eficiencia y bajo consumo. Este procesador puede alcanzar los 5 GHz de velocidad turbo con los P-Cores y los 3,8 GHz en los E-Cores, la gráfica cuenta con 8 Xe Cores y tiene una frecuencia máxima de 2,3 GHz. 

Nombre Procesador	N/H	P+E+LPE	Caché Smart	F. Max. CPU (GHz)	Freq. GPU	Xe Cores	Velocidad DDR5	PBP (W)	MTP (W)
Intel Core Ultra 7 165H	16/22	6+8+2	24 MB	5,0 P-Cores 3,8 E-Cores	2,3 GHz	8	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	28	64/115
Intel Core Ultra 7 155H	16/22	6+8+2	24 MB	4,8 P-Cores 3,8 E-Cores	2,25 GHz	8	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	28	64/115
Intel Core Ultra 5 135H	14/18	4+8+2	18 MB	4,6 P-Cores 3,6 E-Cores	2,2 GHz	7	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	28	64/115
Intel Core Ultra 5 125H	14/18	4+8+2	18 MB	4,5 P-Cores 3,6 E-Cores	2,2 GHz	7	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	28	64/115
Intel Core Ultra 7 165U	12/14	2+8+2	12 MB	4,9 P-Cores 3,8 E-Cores	2 GHz	4	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	15	57
Intel Core Ultra 7 155U	12/14	2+8+2	12 MB	4,8 P-Cores 3,8 E-Cores	1,95 GHz	4	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	15	57
Intel Core Ultra 5 135U	12/14	2+8+2	12 MB	4,4 P-Cores 3,6 E-Cores	1,9 GHz	4	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	15	57
Intel Core Ultra 5 125U	12/14	2+8+2	12 MB	4,3 P-Cores 3,6 E-Cores	1,85 GHz	4	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	15	57

Seguido está el Intel Core Ultra 155H, que baja la frecuencia hasta los 4,8 GHz en los P-Cores y a 2,25 GHz en la GPU, conservando el resto de configuración del más potente. Los Intel Core Ultra 5 llegan en 2 versiones 135H y 125H, ambos con 14 núcleos y 18 hilos divididos en 4 P-Cores, 8 E-cores y 2 LP E-Cores con una frecuencia máxima de 4,6 GHz y 4,5 GHz respectivamente y de 3,6 para los E-Cores en ambos modelos. La GPU viene con 7 Xe Cores y alcanza los 2,2 GHz.

Los Intel Core Ultra U llegan todos con 12 núcleos y 14 hilos divididos en 2 de alto rendimiento, 8 de alta eficiencia y 2 de alta eficiencia y bajo consumo. Las velocidades de reloj van desde los 4,9 GHz del más potente Intel Core Ultra 7 165U hasta los 4,3 del Intel Core Ultra 5 125U, las de la GPU comienzan en 2 GHz y van disminuyendo en 50 MHz hasta los 1,85 GHz del procesador de gama de entrada en esta generación.

Nombre Procesador	N/H	P+E+LPE	Caché Smart	F. Max. CPU (GHz)	Freq. GPU	Xe Cores	Velocidad DDR5	PBP (W)	MTP (W)
Intel Core Ultra 9 185H	16/22	6+8+2	24 MB	5,1 P-Cores 3,8 E-Cores	2,35 GHz	8	5.600 DDR5 7.467 LPDDR5/x	45	115
Intel Core Ultra 7 164U	16/22	6+8+2	12 MB	4,8 P-Cores 3,8 E-Cores	1,8 GHz	4	6.400 LPDDR5/x	9	30
Intel Core Ultra 5 134U	14/18	4+8+2	12 MB	4,4 P-Cores 3,6 E-Cores	1,75 GHz	4	6.400 LPDDR5/x	9	30

Además, Intel tiene previsto lanzar 3 nuevos procesadores en el primer trimestre del 2024, el más potente Intel Core Ultra 9 185H con un TDP de 45W y hasta 115W y los Intel Core Ultra 7 164U y 134U con un consumo predeterminado de 9W y que alcanzará los 30W.

Inteligencia Artificial, el doble de rendimiento en GPU y mayor eficiencia energética

Este cambio de arquitectura basado en baldosas, ha conseguido que los Intel Meteor Lake aumenten considerablemente su rendimiento frente a las soluciones que ofrece la competencia. Intel ha conseguido introducir las GPU Intel Arc en estos Intel Core Ultra, ofreciendo el doble de rendimiento que en pasadas generaciones, y consiguiendo superar a las GPU integradas en los procesadores tope de gama de la competencia. Esto permitirá ejecutar juegos sin necesidad de utilizar la GPU dedicada, permitiendo una mayor autonomía en los portátiles y sin necesidad de estar conectados a la corriente de forma continua.

También se ha añadido una unidad para Inteligencia Artificial capaz de ofrecer un mayor rendimiento y eficiencia que cuando esta tarea era realizada por la CPU o por la GPU. También es capaz de trabajar en conjunto, dirigiendo las tareas de forma estratégia para conseguir hasta 34 TeraOPS, junto con compatibilidad para más de 80 lenguajes incluidos los populares LLaMa2 y Stable Diffusion.

Pero no solo ha mejorado en estos aspectos, Intel ha introducido una nueva generación de núcleos más eficientes y con un menor tiempo de respuesta, que junto con Intel Thread Director optimizarán los recursos, asigando las tareas a cada módulo específico. También se han añadido dos núcleos de bajo consumo situados en el SoC que permiten realizar tareas sin recurrir a la baldosa de cómputo que requeriría mayor consumo, incluso para tareas muy livianas.

En conjunto Intel ha demostrado que sus procesadores Meteor Lake han conseguido mejorar con creces a la pasada generación gracias a su tecnología de empaquetado Foveros 3D con la que ha sido posible esta estructura Híbrida 3D basada en diferentes baldosas.

Los portátiles con los Intel Core Ultra estarán disponibles a partir de hoy 14 de diciembre de la mano de más de 35 fabricantes, en más de 30 vendedores especializados y con más de 230 diseños únicos.

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