筆記本處理器這幾年的競爭特別有意思，2017年AMD的初代Zen架構發布，同年Intel將移動版八代酷睿處理器的核心數目翻倍。隨后，移動版十代酷睿的微架構、制造工藝雙雙升級，十一代酷睿的核顯性能再上新臺階，今年下半年的十二代酷睿眼見著就要上大小核“混合”架構了。從沒見Intel這么努力過，但即便如此，蘋果去年發布的M1芯片又為這場戰役開辟了新戰場……
簡單談談十一代酷睿（選讀）
本文選讀部分再花點筆墨，簡單談談移動平臺十一代酷睿。十一代酷睿移動處理器的代號名為Tiger Lake。這代處理器主體上有三個關鍵詞：10nm SuperFin制造工藝、CPU采用Willow Cove架構、GPU核顯是Intel最新的Xe。其他組成部分還包括I/O支持PCIe 4.0、雷電4、LPDDR5，還有升級版的AI能力（Gaussian Neural Accelerator）等。
（1）10nm SuperFin工藝
Intel的10nm SuperFin工藝，仔細算起來應該是Intel的第三代10nm工藝了（也可能是第四代）。如果曇花一現的Cannon Lake不算的話，那么也已經是第二代。初代10nm工藝，此前我撰文詳細介紹過；新一代的10nm SuperFin應該算是Intel 10nm工藝的真正成熟版。
一個重要的依據是，十代酷睿（Ice Lake）雖然IPC有著15%-20%的提升，意即同頻性能相比再上一代酷睿（Whiskey Lake）有15%-20%的提升。但十代酷睿的頻率（主頻與睿頻）卻降了10%-20%，大約在4.2GHz左右，故IPC性能提升就被抵消了，雖然理論上會更省電。十代酷睿頻率降低，很大程度上與當時的10nm尚不成熟有關。
Tiger Lake的CPU就再次回到了5.0GHz的水平，這表明10nm SuperFin起碼應付高頻率已經沒問題了。不過其產能可能仍是問題，畢竟很快要發布的桌面版十一代酷睿Rocket Lake，仍會延續14nm工藝。有關10nm SuperFin的具體改進，我會在后續的文章中詳細介紹。本文主要來談談Willow Cove架構和Xe核顯。
（2）Willow Cove處理器核心
Willow Cove也就是目前十一代酷睿移動版處理器的CPU架構。Intel宣稱，Willow Cove比上一代（Sunny Cove，十代酷睿）的性能提升了10%-20%。事實上，Willow Cove和Sunny Cove的微架構設計基本上差不多，包括分支預測器、解碼、ROB、TLB、后端執行、load/store等。這兩者的差異，除了10nm SuperFin工藝帶來更高的頻率（以及可能同頻更省電），還包括：L2、L3 cache更大，以及CET（控制流強制技術）。
Willow Cove的最重要微架構變化，應該主要來自cache架構調整。其中Sunny Cove的L2 cache為包含式512KB 8-way，而Willow Cove的L2 cache變成了非包含式1.25MB 20-way。cache size的提升，是能夠顯著提升緩存命中率的。當然尺寸加大，也會增加訪問時延。
包含式（inclusive）的意思，就是指L1 cache中的每一行內容，在L2 cache中都有相同的一份。而非包含式就是兩級cache沒有這種關系，不過也因此實現緩存一致性原則就需要有額外的晶體管實施，也就需要額外的芯片面積，并可能帶來一定的功耗影響。
這一代CPU的L3 cache部分提升到了12MB，增大了50%；只不過關聯性從16-way 8MB變成了12-way 12MB。L2、L3 cache的這種調整應該能夠帶來IPC的小幅提升，功耗、面積的提升則可能會因10nm SuperFin的工藝改進而填平。
除了Cache變化，Willow Cove的另一個加強就是CET（Control-Flow Enforcement Technology，控制流強制技術）。這屬于處理器安全方面的調整，用于抵御返回、跳轉式的惡意攻擊，通過page追蹤實現返回地址保護；還有Indirect Branch Tracking（間接分支追蹤）來抵御錯誤的跳轉/調用目標。
CPU外圍還有一些變化，主要是存儲子系統——如前文所述開始支持LPDDR5-5400。不過現有主流實施普遍都是DDR4-3200、LPDDR4X-4266，也就是內存帶寬有提升。而且Tiger Lake整個芯片上開始采用雙向的雙ring互聯，這對內存敏感型應用場景應該也是有價值的。
（3）Xe GPU核顯
十代酷睿的Gen11核顯相比Intel此前的處理器，在性能上實則已經有個顯著飛越了。無奈市面上的競爭對手都越來越彪悍，所以十一代酷睿的Xe-LP架構核顯更上了一層樓。如果不考慮系統設計中內存帶寬的限制，Xe可以說是目前性能最強悍的核顯（可能需要排除蘋果M1）。Xe-LP同等電壓下可以達到遠高于上一代Gen11核顯的頻率，這和10nm SuperFin工藝當然也是分不開的。
有關Xe的詳情，未來我也有計劃獨立撰文。Xe是Intel 2018年宣布的一種GPU架構產品，大方向包括3種不同的微架構，Xe-LP（集成和入門級獨立GPU）、Xe-HP（狂熱愛好者、數據中心）和Xe-HPC（HPC集群）。所以移動版十一代酷睿集成的就是Xe-LP GPU。
原本十代酷睿的Gen11核顯包含了64個EU（執行單元）。每個EU有2組4-wide ALU，其中一組面向FP/INT，另一組針對FP/Extended Math型計算。Xe-LP架構中，每個EU現有10個ALU（8+2），其中8個ALU支持2xINT16和INT32數據類型運算，有個新的DP4a指令可加速INT8 inference工作。Tiger Lake的Xe-LP GPU總共有96個EU。
Xe-LP的每2個EU共享一個單線程的控制模塊，可做合作任務的分派。16個EU構成一個所謂的subslice，根據性能需求，這些subslice可按需增加。與上一代的差別在于，每個subslice都有獨立的L1數據和紋理cache，像素后端每2個subslice每周期跑8個像素。另外Xe-LP有獨立的16MB L3 cache，連接到memory fabric的接口部分帶寬翻倍。
從實際情況來看，Tiger Lake之上的Xe算力表現靠譜，不過會較大程度受制于數據傳輸帶寬。從現有十一代酷睿超級本的實際游戲體驗，與跑分的差異能夠看得出來——所以Xe應用于Tiger Lake感覺略有些匆忙。這個問題理論上會在十二代酷睿Alder Lake上得到解決（更高的內存頻率）。
有關Xe核顯另外值得一提的是，它開始正式支持AV1解碼加速，其他一些流行的codec也有編解碼帶寬的翻倍，即硬解8K 60fps支持，“12bit端到端視頻管線”。而在顯示支持部分，Tiger Lake擴展至4條4K顯示管線：Display Port 1.4、HDMI 2.0、雷電4、USB 4 Type-C四輸出同時到位。
所以前文中提到Intel嘲諷M1在顯示輸出方面的表現局限。另外顯示引擎也支持HDR10、12bit BT2020色彩、最高360Hz刷新率和自適應同步。
有關Intel的10nm SuperFin工藝，以及Xe核顯更多技術方面的內容更新，可關注我的面包板。我會將這些內容更新在面包板博客上。
責編：Luffy Liu
- 產品論合格，不說好壞。合格有標準，好壞沒有度。
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