La microarquitectura híbrida 'Raptor Lake' de los procesadores Intel Core de 13ª generación, explicada

Ya están aquí. Los sucesores de los primeros microprocesadores de Intel con arquitectura híbrida están preparados para llegar a las tiendas. Estas CPU mantienen intactas todas las señas de identidad de los chips Core de 12ª generación con microarquitectura Alder Lake, pero, según Intel, pisan el acelerador a fondo con el propósito de batir su rendimiento y ponérselo lo más difícil posible a AMD y sus también ambiciosos Ryzen 7000.

La columna vertebral de los nuevos procesadores Intel Core de 13ª generación es su microarquitectura Raptor Lake. En la fabricación de estos chips esta compañía está utilizando una revisión de su fotolitografía Intel 7 que introduce varias innovaciones frente a la tecnología de integración empleada en la producción de los procesadores de 12ª generación. No obstante, este es solo uno de los muchos ingredientes de una receta que da forma a la apuesta de Intel para el curso 2022-2023.

Y es que según esta compañía en determinados escenarios de uso estos procesadores nos entregan un rendimiento similar al de sus predecesores con un consumo que es hasta un 75% más bajo. Además, en aplicaciones monohilo alcanzan una productividad un 15% mayor, y en escenarios multihilo aventajan a los Intel Core de 12ª generación con un rendimiento hasta un 41% más alto. Suena bien, pero lo más interesante es averiguar qué mejoras han introducido los ingenieros de Intel en estos chips para prometernos unas cifras tan atractivas.

Procesadores Intel Core de 13ª generación: especificaciones técnicas

Con 'Raptor Lake' la arquitectura híbrida de Intel alcanza la madurez

Al igual que en años anteriores, Intel ha clasificado sus procesadores Core de 13ª generación en cinco series diferentes. Las CPU para equipos de sobremesa pertenecen a la familia S, mientras que las cuatro restantes, que son las series U, P, H y HX, aglutinan los chips para ordenadores portátiles.

A la gama U pertenecen los procesadores de bajo consumo para ultraligeros; a la P los chips que equilibran el rendimiento y el consumo; a la H las CPU para entusiastas, y, por último, la serie HX está conformada por los procesadores de alto rendimiento para ordenadores portátiles.

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Si nos ceñimos a los microprocesadores a los que está dedicado este artículo, que no son otros que los chips Intel Core de 13ª generación para equipos de sobremesa, merece la pena que no pasemos por alto que nos prometen tres opciones de potencia base diferentes: 125 vatios para el Core i9-13900K, 65 vatios para el Core i7-13700K y 35 vatios para el Core i5-13600K.

Esta es, según Intel, la energía promedio disipada por estos procesadores en forma de calor cuando todos los núcleos están activos y trabajan a la frecuencia de reloj base, que no a la máxima. A la frecuencia más alta, como podemos imaginar, disiparán en forma de calor una cantidad mayor de energía.

El procesador más ambicioso de la familia Intel Core de 13ª generación es, como hemos comprobado en la tabla de especificaciones que publicamos más arriba, el Core i9-13900K. Esta CPU incorpora 24 núcleos y es capaz de procesar simultáneamente un máximo de 32 hilos de ejecución (no debemos olvidar que solo los núcleos de alto rendimiento 'AR' implementan la tecnología Hyper-Threading). Además, los núcleos AR son capaces de trabajar a una frecuencia de reloj máxima de 5,8 GHz, y cada uno de ellos tiene acceso a una caché L2 exclusiva de 2 MB.

Todo esto permite a este procesador, según Intel, entregarnos un rendimiento un 15% mayor que el del Core i9-12900K al procesar un solo hilo de ejecución, y nada menos que un 41% más alto en un escenario de uso multihilo. Suena bien, pero lo más prudente es que recojamos estos datos con pinzas hasta que tengamos la oportunidad de comprobarlos.

La siguiente diapositiva resume bastante bien algunas de las principales características de esta plataforma de CPU. Merece la pena que no pasemos por alto que estos procesadores pueden convivir tanto con memorias DDR4 como con módulos DDR5 hasta DDR5-5600.

Esta plataforma también nos propone soporte de las interfaces PCI Express 4.0 (4 líneas) y 5.0 (hasta 16 líneas), e implementa conectividad Thunderbolt 4 y Wi-Fi 6E. Todo en orden hasta aquí. Un apunte más: el nuevo chipset para entusiastas que nos propone Intel es el Z790.

Si comparamos detenidamente las especificaciones de los procesadores Intel Core de 13ª generación con las de sus predecesores, los chips con microarquitectura Alder Lake, nos daremos cuenta de que las nuevas CPU incorporan más núcleos, son capaces de procesar simultáneamente más hilos de ejecución, y, además, pueden trabajar a una frecuencia de reloj máxima más alta. Sobre el papel estas mejoras deberían permitir a los chips Raptor Lake aventajar claramente a sus predecesores tanto en aplicaciones monohilo como en un escenario de uso multihilo.

Más núcleos que nunca y más velocidad que nunca para luchar por el liderazgo

Los microprocesadores Core de 13ª generación están siendo fabricados empleando la litografía Intel 7. Aparentemente es la misma tecnología de integración utilizada en la producción de los chips de 12ª generación, pero, en realidad, estas dos tecnologías de integración no son idénticas. Y es que los ingenieros de Intel emplean en Raptor Lake un nuevo tipo de transistores, los SuperFin de 3ª generación, que son en gran medida los responsables de que estas nuevas CPU puedan trabajar a frecuencias de reloj hasta 600 MHz más altas.

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Otra mejora importante consiste en que, como hemos visto más arriba, en Raptor Lake cada núcleo AR tiene acceso a una caché de nivel 2 dedicada que tiene una capacidad de 2 MB. Los ingenieros de Intel también han refinado el algoritmo que se responsabiliza de refrescar el contenido de esta memoria caché con el propósito de maximizar la tasa de aciertos y minimizar los fallos de caché. Al fin y al cabo la política de administración de los distintos subniveles de caché también tiene un impacto perceptible en el rendimiento de una CPU.

Otra mejora muy relevante de los procesadores con microarquitectura Raptor Lake que debería permitirles aventajar con claridad a sus predecesores consiste en que incorporan el doble de núcleos de alta eficiencia (AE) que los modelos equivalentes de la familia Core de 12ª generación. Además, cada conjunto de cuatro núcleos AE accede a un mapa de memoria caché de nivel 2 con una capacidad de 4 MB.

No obstante, esto no es todo. Estos núcleos también son más rápidos que en Alder Lake. Hasta 600 MHz más veloces. Y, al igual que con los núcleos AR, los ingenieros de Intel han refinado el algoritmo que se responsabiliza de refrescar el contenido de esta memoria caché con el propósito de maximizar la tasa de aciertos. Solo es una hipótesis, pero, quién sabe, quizá en la 14ª generación Intel nos sorprenda introduciendo la tecnología Hyper-Threading también en los núcleos AE.

Como hemos anticipado unos párrafos más arriba, los procesadores Raptor Lake pueden convivir tanto con módulos de memoria DDR4 (hasta DDR4-3200) como DDR5 (hasta DDR5-5600). En estos chips la memoria caché de nivel 3 también ha crecido. De hecho, el procesador Core i9-13900K incorpora una caché L3 compartida de 36 MB, aventajando así en 6 MB al i9-12900K. Los chips Core i7-13700K y Core i5-13600K también integran una caché L3 mayor que la de sus predecesores, una mejora que debería tener un impacto perceptible en su rendimiento global.

La siguiente diapositiva incide en algo en lo que hemos reparado unos párrafos más arriba: Intel nos promete que sus procesadores con microarquitectura Raptor Lake nos entregan un rendimiento hasta un 15% más alto al procesar un único hilo de ejecución, y hasta un 41% mayor en un escenario de ejecución multihilo.

Estos resultados los ha obtenido al comparar la productividad en SPECint de una CPU Core i9-13900K y la de un procesador Core i9-12900K. Por supuesto, comprobaremos si estas cifras se ajustan a la realidad cuando analicemos a fondo los nuevos microprocesadores.

Y aquí viene la que para muchos usuarios será una gran noticia: Intel nos promete que sus procesadores Raptor Lake nos entregan un rendimiento por vatio más atractivo que el de los chips Alder Lake. En la siguiente diapositiva podemos ver que, según la propia Intel, el procesador i9-13900K alcanza un rendimiento en un escenario de ejecución multihilo un 37% más alto que una CPU i9-12900K cuando ambos chips disipan en forma de calor 241 vatios.

Otra forma de verlo que nos propone Intel consiste en que cuando el procesador i9-13900K nos entrega el mismo rendimiento que el i9-12900K consume aproximadamente el 25% que este último, pasando de 214 vatios a tan solo 65 vatios. No suena nada mal. De nuevo, lo comprobaremos cuando tengamos la oportunidad.

Al igual que en Alder Lake, en Raptor Lake el componente Intel Thread Director combina hardware y software con un rol fundamental: decidir en tiempo de ejecución en qué núcleo debe procesarse cada hilo dependiendo de sus características. Esto significa, sencillamente, que los hilos que requieren la mínima latencia posible deben ir a parar a un núcleo de alto rendimiento, mientras que los hilos cuya ejecución no es crítica desde un punto de vista temporal deben ser asignados a un núcleo de alta eficiencia.

La tecnología Intel Thread Director se responsabiliza de llevar a cabo esta tarea. Y para hacerlo posible monitoriza las instrucciones que está ejecutando cada hilo con una frecuencia de unos pocos nanosegundos con el propósito de analizar su comportamiento y decidir si está siendo ejecutado en el núcleo adecuado. Para llevar a cabo su cometido con más eficacia la revisión implementada por los ingenieros de Intel en Raptor Lake recurre a nuevos algoritmos de aprendizaje automático.