Rocket Lake-S, la arquitectura para las CPU Intel Gen 11 de escritorio

Rocket Lake-S, la arquitectura para las CPU Intel Gen 11 de escritorio

Josep Roca

Durante el CES de 2021, Intel presento sus CPU de undécima generación de su gama Intel Core en forma de dos arquitecturas: Tiger Lake-H para portátiles y Rocket Lake-S para ordenadores de escritorio. Ambas dispares ya que mientras TL está construida bajo el proceso de 10 nm de Intel, RKL lo está sobre el nodo de 14 nm y cada una tienen su propia arquitectura. En este artículo os hablaremos de la de escritorio.

Rocket Lake en realidad no es más que un Ice Lake, pero con la principal diferencia que Intel lo ha diseñado para que pueda ser fabricado bajo su nodo de 14 nm, algo que sorprende, ya que el hecho de utilizar un nodo u otro no es algo sencillo y requiere la revisión entera de todo el chip, así como ciertas optimizaciones debido a que al contrario del paso habitual en el que se diseña una versión con un nodo más avanzado, en este caso Intel lo ha hecho con un nodo menos avanzado que para el que se había diseñado originalmente la arquitectura.

Samples Rocket Lake

Pese al uso del nodo de 14 nm nos encontramos ante la paradoja de que estamos ante un cambio importante en cuanto a la filosofía de Intel a hora de diseñar sus CPU en comparación con lo que han hecho en las generaciones más recientes de sus Intel Core. El motivo de ello es que los cambios a nivel de IPC desde la sexta generación de los Intel Core, con Skylake, hasta la décima, con Comet Lake, han sido casi nulos, el motivo es que Intel se ha pasado cuatro años utilizando el mismo núcleo y lanzando versiones de un mismo procesador con pequeñas mejoras.

Todo ello a la vez que iban puliendo su ya veterano nodo de 14 nm, esperando que el nodo de 10 nm tuviese suficiente rendimiento en la producción para dar el salto. Debido a esos problemas Intel decidió hacer una versión a 14 nm de su Ice Lake con tal de afrontar la Gen 11 de sus Intel Core y como previa a Alder Lake, decisión que se tomó hace un par de años si hacemos caso a las palabras del arquitecto jefe de la arquitectura.

Los modelos de este procesador que van a estar disponibles en el mercado son los siguientes:

ModeloVelocidad baseNúcleos/hilosIntel Smart CacheTDP
i9-11900K3.5 GHz8/1616 MB125 W
i9-11900KF3.5 GHz8/1616 MB125 W
i9-119002.5 GHz8/1616 MB65 W
i9-11900F2.5 GHz8/1616 MB65 W
i9-11900T1.5 GHz8/1616 MB35 W
i7-11700K3.6 GHz8/1616 MB125 W
i7-11700KF3.6 GHz8/1616 MB125 W
i7-117002.5 GHz8/1616 MB65 W
i7-11700F2.5 GHz8/1616 MB65 W
i7-11700T1.4 GHz8/1616 MB35 W
i5-11600K3.9 GHz6/1212 MB125 W
i5-11600KF3.9 GHz6/1212 MB125 W
i5-116002.8 GHz6/1212 MB65 W
i5-11600T1.7 GHz6/1212 MB35 W
i5-115002.7 GHz6/1212 MB65 W
i5-11500T1.5 GHz6/1212 MB35 W
i5-114002.6 GHz6/1212 MB65 W
i5-11400F2.6 GHz6/1212 MB65 W
i5-11400T1.3 GHz6/1212 MB35 W

La arquitectura general del Intel Rocket Lake-S

Rocket Lake S Die

En Rocket-Lake-S tenemos una CPU compuesta por un máximo de 8 núcleos con capacidad multihilo gracias a la ya veterana tecnología HyperThreading de Intel. Estos se basan en la arquitectura Cypress Cove, la cual es una versión para el nodo de 14 nm de la propia Intel de su núcleo Sunny Cove.

RKL vs Gen10

Cypress Cove tiene el mismo aumento de rendimiento en IPC que Sunny Cove, resultando en un 19% en ese aspecto respecto a Comet Lake, lo que le permite conseguir un mayor rendimiento en tareas secuenciales o en serie que funcionan bajo un mismo núcleo. No obstante, el uso del nodo de 14 nm junto a la mayor complejidad del procesador es lo que ha hecho que la cantidad de núcleos máximos sea menor que en la décima generación basada en Comet Lake.

No obstante, en comparación con Comet Lake-S hay ciertas carencias, por ejemplo el nuevo procesador no soporta virtualización vía Intel vPro ni es compatible con las placas CML PCH-V.

Nuevo núcleo de CPU: Cypress Cove

Cypress Cove, como ya os hemos comentado más arriba se trata de una versión a 14 nm del núcleo Sunny Cove, el cual fue presentado en el 2018. Fuera del traslado del nodo de 10nm al de 14 nm no ha habido cambios. Intentamos trasladar la pregunta acerca del rendimiento de las caché de la CPU, en concreto de la latencia de las mismas, ya que es uno de los temas más candentes respecto al traslado de los 14 nm desde los 10 nm. Intel no nos dio una respuesta, por lo que asumimos que el aumento de latencia de la cache es algo que Intel no considera importante.

Teniendo en cuenta las especificaciones de Sunny Cove, podemos conocer sin problemas las especificaciones de los núcleos Cypress Cove en Intel Rocket-Lake-S

  • En primer lugar su IPC ha subido, llegando a una medía del 19% en algunos benchmarks en comparación a los núcleos basados en Skylake.
  • La micro caché para las microinstrucciones que es un 50% más grande, pasando de las 1536 entradas a 2.25k entradas.
  • El IDQ también se ha visto mejorado, pasando de los 70 MicroOps por segundo en comparación de los 64 de generaciones anteriores.
  • Los prefetchers del procesador utilizados durante la fase de captación de las instrucciones, así como la unidad de predicción de saltos utilizada para analizar el código de antemano y encontrar saltos condicionales ha sido mejorada.
  • En lo que a la parte dedicada a la descodificación de instrucciones, los caminos son ahora un 20% más anchos, por lo que hay menos contención, se ha mejorado el planificador de las instrucciones encargado de programar el envío a las unidades de ejecución de la CPU de 97 a 160 entradas. Y el envió de instrucciones a las unidades de ejecución desde la unidad de Dispatch ha pasado de 8 a 10.
  • La unidad de generación de direcciones virtuales, AGU, también ha sido mejorada.
  • En cuanto a la caché, la caché de datos de primer nivel ha pasado de los 32 KB a los 48 KB, mientras que la caché L2 es de 512 KB.
  • En Cypress Cove, la caché de último nivel es la L3 por núcleo es de 2 MB, haciendo un total de 16 MB para la configuración de 8 núcleos.

Como podéis ver la arquitectura de los núcleos de Rocket Lake son un cambio importante en comparación con los Intel Core de sexta a décima generación, en lo que al rendimiento por núcleo se refiere, no obstante el hecho de no tener una configuración de 10 núcleos hace que pierda en rendimiento multinúcleo frente a los Comet Lake con esa configuración,

Xe llega a las CPU de escritorio de Intel
intel Xe Execution Units

Un cambio importante respecto a Comet Lake es el uso de la arquitectura Intel Xe por primera vez en una GPU integrada, en este caso nos encontramos ante una Xe-LP con una configuración de 32 Execution Units, que al contrario que las Intel Xe Max de los Tiger Lake donde la GPU se encuentra en un chip aparte del procesador en este caso se encuentra en el mismo procesador.

No nos podemos olvidar como muchas aplicaciones de software de diseño gráfico a día de hoy ejecutan buena parte de sus algoritmos de manipulación de primitivas gráficas haciendo uso del pipeline de computación de la GPU. Es por ello que Rocket Lake-S consigue un mayor rendimiento que Comet Lake-S haciendo uso de su nueva GPU. No obstante no todos los modelos del Intel Rocket Lake-S, ya que se incluye solo en los siguientes modelos:

  • Intel Core i9-11900K.
  • Intel Core i9-11900.
  • Intel Core i9-11900F.
  • Intel Core i9-11900T.
  • Intel Core i7-11700K.
  • Intel Core i7-11700.
  • Intel Core i7-11700F.
  • Intel Core i7-11700T.

En cuanto a todos los sistemas 6 núcleos estos hacen uso de una configuración de 24 Execution Units en vez de la de 32. Los modelos de Rocket Lake-S con 6 núcleos que llevan GPU integrada Intel Xe son los siguientes:

  • Intel Core i5-11600K.
  • Intel Core i5-11600.
  • Intel Core i5-11600T.
  • Intel Core i5-11500.
  • Intel Core i5-11500T.
  • Intel Core i5-11400.
  • Intel Core i5-11400T.

La nueva GPU además ha venido con un renovado códec de vídeo, el cual es clave para que las aplicaciones que hacen uso del mismo, en especial las que se utilizan para la edición de vídeo como Adobe Premiere, SONY Vegas y similares. El nuevo códec trae las siguientes especificaciones:

ConfiguraciónFunción fija combinada con DSPs programables
Descodificación AVC/H.264Hasta 4K a 60 FPS, 8 bits por componente, 4:2:0.
Descodificación H.265/HEVCHasta 4K a 60 FPS, 12 bits por componente, 4:2:2/4:4:4
Descodificación VP9Hasta 4K a 60 FPS, 12 bits por componente, 4:2:2/4:4:4
Descodificación SCCHasta 4K a 60 FPS, 12 bits por componente, 4:2:2/4:4:4
Descodificación AV1Hasta 4K a 60 FPS, 10 bits por componente, 4:2:0-
Codificación AVC/H.264Hasta 4K a 60 FPS, 8 bits por componente, 4:2:0.
Codificación HEVC/H.265Hasta 4K60, 10 bits por componente 4:4:4
Codificación SCCHasta 4K60, 10 bits por componente 4:4:4
Codificación VP9, RAHasta 4K60, 10 bits por componente 4:4:4
HDR vía pos-procesadoSi, 12 bits por componente vía Tone Mapping
Escalado de resolución de imagenHasta 4K60
HDCPHDCP 2.3, tanto por cable como inalámbrico.

Intel también ha renovado el controlador de pantalla, encargado de enviar las imágenes al monitor, en el nuevo Rocket Lake-S.

Máximo de pantallas3
Resolución máxima pantalla principal5K60 HDR a través de 1 puerto, sin comprimir
Resolución concurrente5K60 HDR comprimida o 4K60 sin comprimir
eDPeDP 1.4b HBR2. Posibilidad de instalar un panel interno a 4K 60
HDMISoporte para todos los formados HDMI 2.0b con 10 bits por componente.
DisplayPortDP 1.4a con HBR3 w/VDSC 1.1. Soporta hasta 5K60.
Tasa de refresco variableSi, en DisplayPort y eDP via Adaptative Sync.
Soporte HDRSi, vía algoritmos de Tone Mapping

Si utilizamos la GPU integrada del Rocket-Lake-S, entonces podemos hacer uso de hasta 3 pantallas del tipo DisplayPort 1.4a o HDMI 2.0b. Podemos reemplazar una de las pantallas por una eDP 1.4b.

Nuevo controlador de memoria

Rocket Lake-S Memoria

Como se puede ver en la tabla de arriba, todos los modelos de Rocket Lake-S soportan memoria DDR4 en formatos UDIMM o SO-DIMM. Los tipos concretos que soportan son DDR4-2933, lo que le da un ancho de banda de 45.8 GB/s y DDR4-3200 con un ancho de banda de 50 GB/s.

En cuanto a la capacidad de almacenamiento, podemos instalar configuraciones de memoria de 2, 4, 8, 16 y 32 GB, siendo esta última la máxima capacidad soportada por el controlador de memoria, el cual ha sido una de las piezas que el equipo encargado de diseñar Rocket Lake-S ha renovado por completo.

Rocket Lake-S Controlador de Memoria

Hablando en concreto del controlador de memoria, Intel ha integrado su tecnología de overclock de memoria en Rocket Lake-S y la ha hecho compatible con los chipsets B560, H570 y Z590, pero no es el único cambio que han realizado y es que dependiendo del tipo de instrucción de los núcleos de la CPU entonces el controlador de memoria hará uso de todo el ancho de banda utilizado se hará haciendo uso de todo el ancho de banda o solo la mitad. Es más, el nuevo controlador de memoria está estrechamente relacionado con las nuevas opciones de overclock.

Rocket Lake-S controlador memoria

Una de las mejoras es que el nuevo controlador de memoria puede informar de la frecuencia a la que funciona la memoria a tiempo real, permitiendo la manipulación de esta con tal de ajustar su velocidad y consumo energético.

En cuanto a los cambios a nivel interno del núcleo, ahora es posible desconectar las unidades AVX2 y AVX-512, las cuales son las que más consumen energéticamente a la hora de operar y más limitan la velocidad de reloj límite del procesador. Por lo que si nos encontramos ante una situación en la que no se utilizan ese tipo de unidades entonces podemos obtener mayores velocidades de reloj bajo el mismo consumo. Siendo el límite estipulado por Intel los 5.3 GHz de velocidad de reloj.

Las velocidades de reloj que se pueden alcanzar vía los diferentes modos de overclock en las CPUs de undécima generación de Intel son las que aparecen en la siguiente tabla:

ModeloIntel Turbo Boost 2.0Intel Turbo Boost 3.0Intel Thermal Velocity Boost 1 núcleo/todos núcleosAll Core Turbo
i9-11900KHasta 5.1 GHzHasta 5.2 GHz5.3 GHz /4.8 GHzHasta 4.7 GHz
i9-11900KFHasta 5.1 GHzHasta 5.2 GHz5.3 GHz /4.8 GHzHasta 4.7 GHz
i9-11900Hasta 5 GHzHasta 5.1 GHz5.2 GHz /4.7 GHzHasta 4.6 GHz
i9-11900FHasta 5 GHzHasta 5.1 GHz-Hasta 4.6 GHz
i9-11900THasta 4.8 GHzHasta 4.9 GHz-Hasta 3.7 GHz
i7-11700KHasta 4.9 GHzHasta 5 GHz-Hasta 4.6 GHz
i7-11700KFHasta 4.9 GHzHasta 5 GHz-Hasta 4.6 GHz
i7-11700Hasta 4.8 GHzHasta 4.9 GHz-Hasta 4.4 GHz
i7-11700FHasta 4.8 GHzHasta 4.9 GHz-Hasta 4.4 GHz
i7-11700THasta 4.5 GHzHasta 4.6 GHz-Hasta 3.6 GHz
i5-11600KHasta 4.9 GHz--Hasta 4.6 GHz
i5-11600KFHasta 4.9 GHz--Hasta 4.6 GHz
i5-11600Hasta 4.8 GHz--Hasta 4.3 GHz
i5-11600THasta 4.1 GHz--Hasta 3.5 GHz
i5-11500Hasta 4.6 GHz--Hasta 4.2 GHz
i5-11500THasta 3.9 GHz--Hasta 3.4 GHz
i5-11400Hasta 4.4 GHz--Hasta 4.2 GHz
i5-11400FHasta 4.4 GHz--Hasta 4.2 GHz
i5-11400THasta 3.7 GHz--Hasta 3.3 GHz

Gen 11 frente a Gen 10 de Intel en consumo energético

Consumo RKL vs CML

Intel ha proporcionado una tabla donde se nos informa de manera comparativa cual es el consumo energético de Rocket Lake-S respecto a su predecesor en sus diferentes variantes teniendo en cuenta consumo y la configuración en cuanto a núcleos. Debido a que la nueva CPU hace uso del socket LGA1200, al igual que Comet Lake-S, sus diseñadores han tenido que adoptar el perfil energético del nuevo procesador al mismo que Comet Lake-S

Chipset Z590, el compañero del Rocket Lake-S

Chipset Rocket Lake-S

Si hay algo bueno de las CPU de Intel es el uso del Direct Media Interface, una interfaz para comunicar el Northbridge integrado en el procesador con el Southbridge que podemos encontrar en la misma placa base. En el caso de AMD se utilizan líneas PCI Express para comunicar la CPU con el chipset o Southbridge. Por lo que podemos decir que las 24 vías de las CPU de AMD vía IO Hub, equivalen a las 20 vías PCIe del Intel Rocket Lake-S+8 vías DMI.

Z590 ASUS

La parte negativa es que al contrario de AMD donde el Southbridge integrado en la CPU otorga un controlador USB, aquí es necesario el chipset Z590, algo que está hecho adrede por parte de Intel para vender el Z590. El chipset soporta hasta 3 puertos USB 3.2 2.2 de 20 Gb/s, 10 puertos USB 3.2 Gen 2×1 de 10 Gb/s, 10 puertos USB 3.2 Gen 2×1 de 5 Gb/s y hasta 14 puertos USB 2.0.

Si hablamos de otros puertos de E/S, soporta hasta 6 puertos SATA de 6 Gb/s para discos duros convencionales que pueden ser colocados en una configuración RAID 1,5, 10. LAN integrado para la conexión de red por cable ethernet con velocidad de hasta 2.5 Gb, WiFi integrado con soporte WiFi y 6 24 líneas PCI Express 3.0.

Rocket Lake-S PCI Express

En cuanto a la E/S, Intel ha decidido colocar una interfaz PCIe de 20 railes, lo que significa que la configuración más común que vamos a ver es la tarjeta gráfica dedicada junto una unidad SSD, el problema es que la CPU no integra otras interfaces de E/S en su interior, ya que para ello utiliza el chipset Z590 de Intel.

Podemos conectar una tarjeta gráfica que haga uso de 16 líneas de las 20 PCI Express 4.0 en la CPU, y las otras 4 líneas para una unidad M.2, aunque Intel nos da la posibilidad de utilizar solo 8 líneas para la gráfica y añadir otra unidad SSD NVMe que haga uso de otras 4 líneas. El segundo caso supone el desaprovechamiento de 4 de las 20 líneas PCIe 4.0, fenómeno que también ocurre si conectamos dos tarjetas gráficas, donde cada una haría uso de 8 líneas PCI Express.