Intel will durch neue »Superkerne« wieder durchstarten: Was hinter dem neuen Patent steckt

Ein Superkern, sie zu knechten, sie alle zu finden, ins Dunkel zu treiben und ewig zu binden. Im Lande Intel, wo die Schatten drohen.

Intel steckt bereits seit geraumer Zeit in der Krise. Von Massenentlassungen über frühzeitig gestoppte Fertigungsambitionen bis zu mangelhaften Prozessoren – der einstige CPU-Gigant hatte es in den vergangenen Jahren wirklich nicht leicht.

Vielleicht gelingt mit einem neuen Patent die Kehrtwende, die zunächst im Intel-Subreddit diskutiert wurde: Mit »softwaredefinierten Superkernen« (SDC) soll ein großer Sprung im Hinblick auf die Effizienz erreicht werden.

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Über ein reserviertes »Wurmloch« zum Superkern

Die auf Google Patents einsehbare Patentanmeldung EP4579444A1 beschreibt eine Technologie, die mehrere physische CPU-Kerne dynamisch zu einem einzigen virtuellen »Superkern« verschmelzen kann.

Der Kerngedanke der Idee: Statt einzelne Kerne immer größer und leistungsstärker zu machen – was mit steigenden Kosten und sinkenden Effizienzgewinnen verbunden ist –, kombiniert SDC mehrere kleinere Kerne softwarebasiert miteinander. Diese arbeiten gemeinsam an einem Single-Thread-Programm, ohne dass Betriebssystem oder Anwendung davon etwas merken.

Herzstück der Superkerne bildet ein System aus Hardware- und Softwarekomponenten. Jeder beteiligte Kern erhält eine SDC-Schnittstelle, die über einen reservierten »Wormhole-Adressraum« kommuniziert. Dieser Speicherbereich ermöglicht den Austausch von Registerwerten und Synchronisationsdaten zwischen den verschmolzenen Kernen.
Programme werden in Segmente von etwa 200 Befehlen aufgeteilt. Flusssteuerungs-Anweisungen lenken jeden Kern zu seinem jeweiligen Code-Abschnitt; Synchronisationsbefehle stellen sicher, dass trotz paralleler Ausführung die ursprüngliche Programmreihenfolge beibehalten wird.

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Eine Antwort auf das Problem der P- und E-Kerne

Mit diesen Superkernen könnte es Intel gelingen, den Abstand zu AMD zu verringern, die mit ihrem »Zen-Moment« im Rahmen der Ryzen-Prozessoren ordentlich davongezogen sind.

Intels Performance-Kerne (P-Cores) beanspruchen deutlich mehr Chipfläche als AMDs Zen-Kerne bei vergleichbarer Leistung. Gleichzeitig stoßen Single-Thread-Leistungsverbesserungen aber grundsätzlich an ihre physikalischen Grenzen.
Efficiency-Kerne (E-Cores) sollten dieses Problem lösen, führten jedoch zu neuen Herausforderungen. Thread-Scheduling zwischen P- und E-Cores verursachte oft Performance-Einbußen und Kompatibilitätsprobleme, sodass einige Anwendungen schlicht nicht von der Hybrid-Architektur profitierten.

SDC verspricht in diesem Kontext gegenüber traditionellen Skalierungsmethoden mehrere Vorteile. So soll das Patent die Single-Thread-Leistung ohne Frequenz- oder Spannungserhöhungen verbessern, dabei aber den zusätzlichen Hardwareaufwand auf fünf Prozent beschränken.

Die dynamische Skalierung stellt laut dem Patent einen weiteren Vorzug dar: Die »Superkerne« entstehen nur bei Bedarf und lösen sich nach getaner Arbeit wieder auf. Dadurch können andere Programme weiterhin auf separate Kerne zugreifen.

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Marktreife in weiter Ferne

Trotz des vielversprechenden Konzepts handelt es sich bei den Superkernen lediglich um genau das: ein Konzept. Entsprechend müssen noch einige Hürden und Fragen geklärt werden, ehe die neue Technologie überhaupt in die Nähe einer Marktreife kommen kann.

Die Synchronisation zwischen mehreren Kernen bei Single-Thread-Ausführung dürfte eine komplexe Koordination zwischen Hardware und Software voraussetzen, die natürlich eine möglichst niedrige Latenz aufweisen sollte.
Ebenso ungeklärt ist die Integration in das Betriebssystem: Windows und Linux müssten SDC-fähige Kerne erkennen und Workloads entsprechend verteilen können. Scheduler wie der »Thread Director« müssten demzufolge angepasst werden.