10nm IceLake落地 英特爾10代酷睿深度解析

時間:2019-06-10 23:56?????? 來源: 筆記本電腦排名

  在中國人的觀念里,“10”這個數字象征著完美,十全十美是對于人或事物的最高評價。

  10,對于英特爾來說同樣重要。10nm關系著英特爾在半導體芯片行業未來能否更進一步,10代酷睿也關系到英特爾能否正面迎接來自競爭對手、來自輿論的壓力。而將10nm與10代酷睿聯系在一起,能夠做到十全十美呢?

  接下來,讓我們通過對英特爾10nm IceLake 10代酷睿處理器技術細節解析,來找找答案。

英特爾10代酷睿詳解
英特爾酷睿架構回顧

  在10nm制程之前,英特爾嚴格遵循摩爾定律以及Tick-Tock戰略,通過制程工藝與架構技術迭代來穩步推進PC半導體制程技術與性能的發展。65nm到45nm用時2年,45nm到32nm用時3年,32nm到22nm用時2年,22nm到14nm同樣用時2年,然而在14nm到10nm推進過程中,英特爾卻經歷了更久的時間——4年。

  隨著制程工藝不斷演進,相關技術迭代速度也逐漸放緩。光刻機技術、晶體管技術、新材料等諸多領域的研發速度放緩,加之英特爾對10nm制程額外看重,希望通過10nm技術積累為10nm到7nm制程演進做鋪墊,因此耗費了更久的時間。

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10nm IceLake晶圓

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  不過,時間終究是推動歷史前行的車輪,英特爾10nm制程工藝,以及英特爾第10代酷睿處理器,即將與我們見面!

一、10nm IceLake制程架構特性解析

  首先我們需要弄清楚兩個問題:

  其一,英特爾10nm制程工藝代號為IceLake,但架構名稱不再用IceLake來統一命名,其架構名稱為Sunny Cove。

  其二,英特爾10nm IceLake處理器正式落地之后,沒有意外的話,首批將全部是移動級處理器,也就是U系列或Y系列處理器,暫時沒有桌面級處理器,這也意味著英特爾第九代酷睿沒有U/Y系列低電壓處理器,同時新的桌面級處理器很可能依舊是14nm制程,此前曝光代號為Comet Lake。

  接下來我們看看10nm制程架構的詳細特性:

  首先來看IceLake平臺。全新的10nm IceLake平臺在性能表現上借助了AI功能,支持DL Boost、支持Dynamic Tuning機器學習,它能夠動態地分配GPU與CPU的負載與功耗,雖然并非10nm平臺新技術,但對于IceLake處理器的性能表現有明顯的幫助。

  此外,10nm IceLake平臺全面支持雷電3接口、Wi-Fi 6無線通信模塊、4K 60FPS HDR視頻播放、更快的、更高質量的HEVC編碼,并借助全新的GEN 11核顯,支持1080分辨率電競游戲的流暢運行。

英特爾10代酷睿詳解
IceLake平臺特性

  在新特性方面,10nm IceLake平臺具備以下幾點:

  一,全新的Sunny Cove微架構;

TIPS:以下是關于Sunny Cove微架構技術特性的分析

  Sunny Cove微架構主要聚焦在ST單核性能、全新ISA及并行性三個方面的優化和改進,Sunny Cove微架構主要解決以下四個問題:

  其一、增強的微架構,可并行執行更多操作。

  其二、可降低延遲的新算法。

  其三、增加關鍵緩沖區和緩存的大小,可優化以數據為中心的工作負載。

  其四、針對特定用例和算法的架構擴展。例如,提升加密性能的新指令,如矢量AES和SHA-NI,以及壓縮/解壓縮等其它關鍵用例。

  對于處理器來說,IPC強弱與CPU性能有直接關系。英特爾在Sunny Cove微架構IPC性能提升方式上給出了三個字:更深(deeper)、更寬(wider)、更智能(smarter)。

  更深方面,Sunny Cove微架構表現在L1容量的增加,從32KB增加到48KB,而且L2緩存、uop、TLB緩存都更大;

  更寬主要體現在執行管線上,Sunny Cove微架構分配單元從4個增加到5個,執行接口從8個增加到10個,L1 Store帶寬翻倍。

  而想要讓更深、更寬發揮出應用的實力,那么就需要有更好的算法。Sunny Cove的smarte就是為此而設計。英特爾研究院院長宋繼強在解答這個問題時主要提及兩個方面,其一是提高分支預測精度,其二是減少延遲。另外英特爾還為Sunny Cove微架構配置了加密解密指令集,并在AI、存儲、網絡、矢量等方面進行全方位改進。因此對于PC用戶來說,無論是消費級還是服務器用戶,Sunny Cove微架構帶來的變化要比10nm這個制程節點數據更有意義。

英特爾10代酷睿詳解
Sunny Cove微架構示意圖

  二,高帶寬、低延遲特性;

  三,全新的內存控制器,支持LP4/x-3733和DDR4-3200高速內存;

  四,搭載性能更強,最高擁有64EU、1TFLOP運算能力的GEN 11核芯顯卡;

  五,支持10bit 4K 60FPS、10bit 8K 30FPS視頻編碼;

  六,支持5K 60FPS或4K 120FPS、DP 1.4以及BT.2020色域

  七,高達16MP圖像處理器單元。

  從新特性來看,10nm IceLake平臺的主要升級點除了新架構之外,最重要的是提升了圖形、顯示部分的性能表現。

英特爾10代酷睿詳解
10nm制程工藝新特性及芯片架構示意

  10nm IceLake將PCH封裝到一個芯片上,而PCH芯片則由14nm制程工藝打造。集成Wi-Fi 6 GIG+和新的電源管理,整合802.11ax,并能夠更好的控制CPU和PCH的能耗和功耗。

英特爾10代酷睿詳解
PCH采用14nm工藝打造

  此外,Audio DSP是英特爾第8代酷睿時候就具備的功能,它的主要作用是支持低功耗下的語音喚醒。而相對于8代酷睿來說,英特爾對10代酷睿的Audio DSP做了進一步優化,在功耗表現更好。另外在I/O接口方面沒有新的變化。

二、10代酷睿處理器封裝規格與基本參數

  了解了制程架構相關信息之后,我們來看看英特爾10代酷睿的相關規格。

  首先來看處理器封裝規格。英特爾10代酷睿針對9W和15W功耗處理器進行了不同規格的封裝,9W處理器芯片規格為26.5×18.5×1.0mm,針腳間距0.43mm;15W芯片規格為50×25×1.3mm,針腳間距0.65mm。二者均采用BGA封裝,插槽規格分別為1526和1377。

英特爾10代酷睿詳解
處理器封裝規格

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兩種尺寸的10代酷睿芯片

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  英特爾10代酷睿首批產品擁有酷睿i3、酷睿i5以及酷睿i7三個型號,沒有酷睿i9。TDP主要為9W、15W、28W,采用4核8線程,緩存為8MB,最高頻率4.1GHz。

  其中,英特爾酷睿i3全部、以及酷睿i5絕大部分處理器顯卡為UHD核顯,酷睿i5極少數型號以及酷睿i7最高支持英特爾Iris Plus核顯,且最高支持64EU銳炬核顯。

  此外前面也提到了,10代酷睿支持LP4/x-3733以及DDR4-3200規格高速內存條。

英特爾10代酷睿詳解
英特爾10代酷睿基本參數

TIPS:關于基本參數的分析

  從基本參數來看,英特爾10代酷睿在核心數上與第8代酷睿相比沒有變化,TDP基本保持一致。9W主要放在Y系列上,相對8代酷睿的Amber Lake Y系列7W TDP來說,略有提升;15W主要放在U系列處理器上,與8代酷睿相比保持不變。

  不過細心的朋友可能發現了,英特爾10代酷睿頻率有所下降,Max Turbo最高到4.1GHz,這可能會導致英特爾10代酷睿在跑分上與8代酷睿相比提升較少。

  另外,之所以降低頻率,主要原因是一部分TDP分配給了GEN 11核顯,為了平衡功耗,降低主頻是必須去做的妥協。

三、GEN 11核顯規格分析

  GEN 11核顯是英特爾10代酷睿非常重要的一個新要素。在年初的CES上,英特爾透露了GEN 11核顯的基本信息。在架構層面,英特爾GEN 11核顯最高集成64個執行單元(EU),而第9代核顯只有24個。它們分為四個區塊(slice),各有兩個媒體取樣器、一個PixelFE、載入/存儲單元,每個區塊又細分為兩個子區塊(sub-slice),都有自己的指令緩存、3D取樣器。

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GEN 11核顯架構渲染圖

  英特爾對EU內的FPU浮點單元進行了重新設計,不過FP16單精度浮點性能沒有變化,同時每個EU繼續支持七個線程,共512個并發流水線,同時重新設計了內存界面,三級緩存增大至3MB。

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Iris Plus最大能達到64EU

  另外GEN 11核顯支持Adaptive Sync(適應性同步)技術,相對于NVIDIA G-Sync來說成本更低。

  伴隨GEN 11核顯而來的,還有全新的顯卡控制界面。該界面除了針對顯卡的各項調試功能之外,還支持超過40款游戲的入庫和快捷啟動。同時我認為,全新的顯卡界面也是在為英特爾Xe獨顯做準備。

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全新的顯卡控制面板

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Command Center細節

TIPS:關于GEN 11核顯更多信息

  其實除了最大的64EU規格,再向下也有32EU規格核顯,主要放在酷睿i3和低端的酷睿i5處理器上。

  Iris Plus也是10代酷睿的一大亮點,64EU主要放在酷睿i7處理器上。另外,高端的酷睿i5處理器和酷睿i7處理器也會搭載Iris核顯。

  此外,顯卡主頻提升到了1.1GHz

四、10nm IceLake創新生態解讀

  與以往新制程平臺單純聚焦處理器芯片不同,英特爾10nm IceLake更強調整個創新生態。因此在10nm IceLake處理器、GEN 11核顯之外,Wi-Fi 6 GIG+、Optane H10混合固態盤、Thunderbolt 3擴展以及AI層面的性能、功耗輔助等,應該與處理器放在一起去看,這才是一個完整的10nm IceLake。

  首先來說Thunderbolt 3。

  3月初,英特爾宣布向USB Promoter Group開放Thunderbolt協議規范,從這一刻開始,無論是PC設備、平板設備,還是任何形式的外接擴展設備,都可以免版稅的形式構建兼容Thunderbolt標準的芯片。與此同時,USB Promoter Group宣稱將發布基于Thunderbolt協議的USB 4規范。

  這意味著,在該標準協議框架下,USB 4物理連接器將與Thunderbolt 3和TYPE-C相同,帶寬方面得到提升,達到40Gbps,這與Thunderbolt 3接口一致,也就是說,USB 4規范將兼容Thunderbolt 3。

如何看待英特爾開放雷電3接口協議這件事?
雷電3接口功能強大

  Thunderbolt 3是目前最強的物理接口,雙向帶寬達到40Gbps,是現有速度最快的USB TYPE-C 3.1 Gen 2接口的四倍,且雷電3接口支持4K 60fps視頻傳輸,支持100W PD協議供電,支持外接桌面級顯卡,因此可以說是目前最為強大的接口擴展標準。

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現有的雷電平臺架構

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全新的雷電平臺架構,主要優化了CPU和PCH通路,使其具備更高的效率

  在10nm IceLake平臺上,英特爾對Thunderbolt 3架構做了新的優化,對比上面兩張架構圖,其實大家可以很明顯的看出以往和現在雷電平臺架構的差異。主要就是優化了CPU、PCH到接口物理層的結構,使得數據傳輸效率更高,延遲更低。

  同時,英特爾在10nm IceLake平臺上直接植入ThunderBolt 3,包括入門級的酷睿i3平臺。

  Wi-Fi 6 GIG+也是英特爾10nm IceLake的重要組成部分。

  目前,Wi-Fi 5為802.11AC標準,QAM最高為256;Wi-Fi 6為802.11AX標準,QAM最高為1024。擁有更快的響應速度、更強的穩定性和更快的速度。延遲降低75%、覆蓋范圍提升4倍,支持更多設備的穩定連接。

  性能方面,160MHz頻寬Wi-Fi 6 GIG+最高可以做到1.68G傳輸速度,相對于80MHz頻寬標準的2×2 Wi-Fi 6有3倍的速度優勢。同時相對于80MHz頻寬標準2×2 AC而言,速度提升40%。

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標準2×2 AC與AX速率對比

  英特爾Wi-Fi 6無線網卡擁有兩種規格,采用了全新的設計,如下:

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兩種規格的Wi-Fi 6模塊

  左側是基于14nm制程打造2230規格無線網卡,右側是基于28nm制程打造的1216規格網卡。

  總體來說,英特爾Wi-Fi 6具有以下兩大明顯優勢:

  其一,支持多設備連接,更穩定;

  其二,對延時有更好的管理和控制。

  年初CES,英特爾公布了全新的傲騰H10混合固態盤,相對于以往的Optane Memory來說,傲騰H10混合固態盤主要在于把Optane Memory與英特爾QLC固態硬盤整合在了一起。因此將Optane Memory的非易失性存儲特性以及低延遲、快速響應、性能一致性等特點。與英特爾QLC 3D NAND技術的高單元密度、低成本特性,很好的結合在了一起。

2.0時代到來 英特爾發布傲騰混合式固態盤
傲騰混合式固態盤特性

  作為10nm IceLake生態上的重要一環,英特爾傲騰H10混合式固態盤,可將文檔打開速度提高2倍;多任務處理狀態下,游戲啟動速度提高60%;媒體文件打開速度提高90%。相對于普通NAND固態硬盤而言,傲騰混合式固態盤擁有更快的速度、更好的性能。與獨立的TLC 3D NAND固態盤系統相比,英特爾傲騰混合式固態盤不僅能夠更快地訪問常用應用和文件,還能加速后臺活動的響應。

  傲騰H10混合固態盤擁有三種規格:16GB(英特爾傲騰內存)+256GB(存儲)、32GB(英特爾傲騰內存)+512GB(存儲)、32GB(英特爾傲騰內存)+1TB存儲。

五、10nm IceLake性能標準

  目前,英特爾10nm IceLake只是處在發布狀態,產品還未正式落地,不過10nm整體進程的推進速度應該有所加快。所以在性能層面,目前我們只能通過英特爾的官方數據來窺知一二。

  英特爾在發布10nm IceLake處理器與GEN 11核顯的同時,特意強調了1080P電競游戲的流暢運行。通過下面圖標可見,搭載Intel Iris Plus核顯的10代酷睿處理器能夠在相應的畫質模式下,較為流暢的運行一些常見的電競游戲,如CS:GO、彩虹六號、坦克世界、堡壘之夜等,相對于現階段8代酷睿的UHD 620核顯來說,圖形性能提升還是比較大的。

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1080P電競游戲運行幀數

  在處理器性能上,英特爾目前只給出了15W單線程的表現,從下圖可見,10代酷睿性能提升接近1.5倍,大概為1.48倍左右。如果以相鄰代數性能提升倍數做參考的話,性能提升幅度不算很大。

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15W單線程性能

  IPC是處理器性能的重要指標。Sunny Cove微架構為10代酷睿帶來了18%的IPC性能提升,相對于SkyLake微架構有1.4倍的提升。另外這里需要說明的是,英特爾給出的IPC提升18%數據是通過5個Benchmark測試出來的結果,18%是一個平均下來的水平線。

  另外,結合單線程1.48倍性能以及之前提到的主頻來看,其實可以看出英特爾10代酷睿為了保證GEN 11核顯的性能,因此將CPU與GPU之間的功耗分配做了一定的平衡。

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IPC提升18%

  此外,10代酷睿在引入AI加速之后,能夠更好的動態控制能耗和功耗,智能化的挑選最優核去做高負載任務,給處理器核心效率(注意是核心效率)帶來不小的提升。

  英特爾AI加速有三個層面:一是CPU通過深度學習降低延時;二是也可以用GPU來進行智能的應用加速;三是擁有更好的性能表現。

TIPS:關于英特爾AI加速功能的說明

  英特爾AI加速功能主要是通過AI技術,分析并判斷出哪些核心處于最優狀態,在高負載任務時會優先選擇這些核心來承擔負載。

  而以往英特爾加速功能是隨機選擇核心來承擔負載,這些核心可能并未處在最優狀態,所以有可能造成效率的滯后。

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DL Boost AI加速

六、結語

  英特爾10nm制程工藝可謂是“千呼萬喚始出來”,而英特爾第10代酷睿又是第一代10nm制程落地的產品,所以其重要性不言而喻。無論是關注這個領域的普通消費者,還是行業內的合作伙伴,亦或是競爭對手都在盯著英特爾10代酷睿,其最終表現究竟如何,還是需要產品上市之后再做檢驗。

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英特爾10代酷睿

  不過,英特爾通過10代酷睿給業界帶來了一個新的信號,即生態化、平臺級的創新或將主導未來PC產業的方向。

  伴隨10代酷睿處理器,英特爾還帶來了新的無線網絡技術、新的存儲技術、新的AI技術、更強大的圖形技術以及最先進的接口技術,這些技術將為基于10代酷睿平臺打造的PC產品帶來全方位的體驗,而不僅僅是局限在處理器一個部件上的比拼。

  其實對于占比極大的普通消費者來說,處理器計算能力已經足夠滿足90%以上的應用需求。相反,存儲瓶頸、接口瓶頸、網絡瓶頸卻在影響著我們的體驗、制約著效率的提升,Wi-Fi 6、Thunderbolt 3、Optane H10正式解放這些瓶頸的關鍵所在,相比一味提升處理器性能,全方位的提升才能帶給我們體驗更好、更全面的設備,這才是英特爾10nm、10代酷睿的價值所在。

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