終進(jìn)10nm時(shí)代　解析英特爾第十代移動(dòng)酷睿處理器

李實(shí)

在多年前的產(chǎn)品路線圖中，英特爾曾計(jì)劃到2017年左右便不再使用14nm工藝，轉(zhuǎn)而采用10nm。不過由于英特爾對(duì)自家10nm工藝的技術(shù)要求偏高，同時(shí)低估了10nm工藝的開發(fā)難度，因此遲遲未能推出可供大規(guī)模量產(chǎn)的成熟新工藝，導(dǎo)致相關(guān)處理器的更新一拖再拖。時(shí)間來到2019年8月，英特爾終于在“架構(gòu)日”活動(dòng)中宣布自家10nm工藝已經(jīng)完成，即將開始商業(yè)化生產(chǎn)。那么，英特爾10nm工藝的首批產(chǎn)品都有哪些型號(hào)呢？除了10nm之外，英特爾還有哪些新品和新技術(shù)發(fā)布呢？

在剛剛過去不久的8月，對(duì)英特爾來說可謂新聞不斷。先是在8月1日，英特爾宣布采用全新10nm工藝的第十代酷睿移動(dòng)處理器正式上市，隨后英特爾通過各種渠道分享10nm新品的詳盡信息。不過英特爾10nm工藝在目前看來依舊有產(chǎn)能不足的問題，因此在8月21日英特爾又發(fā)布了基于14nm工藝的全新處理器產(chǎn)品，并將其納入第十代酷睿移動(dòng)處理器的產(chǎn)品矩陣。

全新第十代酷睿移動(dòng)處理器來襲

在正式發(fā)布前，英特爾第十代酷睿移動(dòng)處理器經(jīng)歷了多次曝光。遠(yuǎn)的包括數(shù)次介紹Sunny Coye架構(gòu)和10nm工藝研發(fā)情況，近的則是今年5月份ComputeX上對(duì)Ice Lake和第十代酷睿處理器的發(fā)布。不過都是嘴上說，而沒有具體產(chǎn)品可看。直到8月1日，英特爾宣布第十代酷睿移動(dòng)處理器全面上市，并給出產(chǎn)品的大量信息。

10nm產(chǎn)品的命名和規(guī)格

英特爾首發(fā)的10nm工藝第十代酷睿移動(dòng)處理器一共有11款，都屬于低功耗產(chǎn)品，并分為U和Y兩個(gè)不同的系列。需要注意的是，10nm工藝的產(chǎn)品研發(fā)代號(hào)為Ice Lake，其CPU架構(gòu)采用了最新的Sunny Cove。具體來看，低功耗U系列有6款，超低功耗y系列有5款。包括3款酷睿i7系列，5款酷睿i5系列和3款酷睿i3系列?；靖采w了從高端到入門級(jí)的所有型號(hào)。不僅如此，由于第十代酷睿移動(dòng)處理器的命名發(fā)生了改變，英特爾還特別給出了命名說明。

新的命名方法采用了數(shù)字、字母結(jié)合的方式，其中首部分是英特爾的商品名和品牌名，不用多說。第二個(gè)部分則是大家非常熟悉的產(chǎn)品型號(hào)名，有i3、i5、i7和i9（可能有）四種。第三個(gè)部分是此次變化的重點(diǎn)，四位數(shù)字中前兩位都是“10”，表示第十代產(chǎn)品，但并不表示10nm工藝。第三位和第四位數(shù)字則是產(chǎn)品型號(hào)，其中第四位數(shù)字還和功耗掛鉤，“8”表示28W TDP設(shè)計(jì)，“5”是標(biāo)準(zhǔn)15W或25W TDP，“0”則是9W或12W TDP的產(chǎn)品。比較獨(dú)特的是，本次英特爾在型號(hào)數(shù)字外還加了一個(gè)“G7”的雙位字符，主要用于指代核芯顯卡情況。因?yàn)榇舜斡⑻貭栐诤诵撅@卡上進(jìn)一步改進(jìn)，加強(qiáng)了圖形和AI效果，因此特別用代號(hào)指代核芯顯卡類型。其中“G7”最強(qiáng)，有64個(gè)EU執(zhí)行單元，“G4”有48個(gè)EU，這兩者都屬于高端的Iris Plus系列。剩下的G1則是屬于英特爾核芯顯卡UHD系列，只有32個(gè)EU。

14nm產(chǎn)品的命名和規(guī)格

除了10nm工藝的產(chǎn)品之外，英特爾在8月21日又發(fā)布了14nm工藝、Comet Lake家族的產(chǎn)品將加入第十代酷睿移動(dòng)處理器家族。相比全新的Ice Lake，Comet Lake產(chǎn)品實(shí)際上是之前第八代酷睿產(chǎn)品Whiskey Lake和Amber Lake的升級(jí)版本，處理器架構(gòu)基本沒有太大變化，依舊沿用了傳統(tǒng)架構(gòu)。本次新品的亮點(diǎn)在于新的處理器在熱設(shè)計(jì)功耗基本沒變的情況下，核心數(shù)量最多提升到6核心12線程，內(nèi)存也升級(jí)至LPDDR4X，整體性能上了一個(gè)臺(tái)階。

由于10nm產(chǎn)品和14nm產(chǎn)品存在于同一個(gè)家族中，英特爾為此也采用了不同的命名方式進(jìn)行區(qū)別。Comet Lake的命名方式和之前10nm的Ice Lake有很大相似性，但也有明顯不同。其中的主要差異在于Comet Lake型號(hào)命名中采用了5位數(shù)字的方式，而之前Ice Lake則采用的是4位數(shù)字。以Comet Lake的Core i7-10710U為例，數(shù)字中的“10710”前兩位代表第十代酷睿移動(dòng)處理器，710則是具體型號(hào)，其中“7”是指6核心12線程，“5”“3”和“2”是指4核心8線程產(chǎn)品，“1”是指2核心4線程。另外由于整體架構(gòu)并未采用全新設(shè)計(jì)，因此集成的核芯顯卡等都和上代產(chǎn)品一致，本文就不多介紹了。

在規(guī)格方面和10nm產(chǎn)品類似的是，14nm產(chǎn)品也分為U和Y兩個(gè)系列。其中低功耗U系列有4款產(chǎn)品，包括2款i7家族、1款i5家族和2款i3家族，熱設(shè)計(jì)功耗分別是標(biāo)準(zhǔn)15W，可配置25W。Y系列也發(fā)布74款，包括1款i7、2款i5和1款i3，熱設(shè)計(jì)功耗分別是最低4.5W～5.5W，標(biāo)準(zhǔn)7W，和可配置最高9W。值得一提的是，雖然Comet Lake采用的是14nm工藝，但是這并不意味著處理器的發(fā)熱量大、頻率低。

另外再來說點(diǎn)題外話，是有關(guān)14nm工藝和10nm工藝的對(duì)比。從規(guī)格來看，Cornet Lake在14nm工藝、低功耗情況下，最大Turb0頻率甚至可達(dá)4.9GHz，即使是6核心的Core i7-10710U也可以達(dá)到4.7GHz，令人驚訝。反觀10nm處理器，其頻率最高僅為4.1GHz，還需要提高TDP至28W，標(biāo)準(zhǔn)的15W/25W的產(chǎn)品普遍被限制在4GHz以內(nèi)。大部分都在3.6GHz～3.7GHz。這說明英特爾在10nm工藝上雖然可以做到量產(chǎn)，但是其頻率和功耗情況依舊不容樂觀，相比成熟、延續(xù)了數(shù)代不斷加強(qiáng)的14nm工藝，依舊有較大的改進(jìn)空間。可以說目前英特爾的14nm工藝“已臻化境”，畢竟用了這么多年，無論是頻率還是功耗控制都已經(jīng)得心應(yīng)手，甚至有可能的話，用14nm工藝試產(chǎn)全新架構(gòu)或許會(huì)帶來一些不一樣的體驗(yàn)。

六大特性：面向未來，加強(qiáng)計(jì)算

在發(fā)布新品的同時(shí)，英特爾還特別提及全新產(chǎn)品擁有的六大特性，包括新工藝、新架構(gòu)、支持AI計(jì)算加速以及新的互聯(lián)技術(shù)。其中大部分技術(shù)本刊已經(jīng)介紹過，本文選擇部分重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行解析。

10nm工藝：更密集、更高效

英特爾的10nm工藝已經(jīng)提及太多次了。從2017年甚至更早開始，10nm工藝就是一個(gè)繞不開的話題。第十代酷睿移動(dòng)處理器的發(fā)布，是10nm工藝首次以大規(guī)模商用的方式面世。需要注意的是，這并不是英特爾首發(fā)的10nm處理器產(chǎn)品，在2018年英特爾試產(chǎn)10nm工藝時(shí)，曾經(jīng)發(fā)布了一款型號(hào)為Core i3-8121U的處理器，不過當(dāng)時(shí)英特爾相當(dāng)?shù)驼{(diào)，這一產(chǎn)品在當(dāng)時(shí)并未引起太多注意。之后有部分媒體拿到這款產(chǎn)品并進(jìn)行了測(cè)試，顯示早期的10nm工藝相比14nm工藝并未在頻率、功耗上體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。

另外，目前的10nm工藝只是英特爾第一代10nm工藝，依舊存在很多潛力可挖。前文提到的功耗和頻率就有很大的上升空間。接下來，英特爾還將推出新的第二代10nm工藝，配合名為Tiger Lake的架構(gòu)，繼續(xù)提高處理器的性能和性能功耗比。

Sunny Cove上陣

在第十代酷睿移動(dòng)處理器發(fā)布后，英特爾再次提及了10nm工藝的相關(guān)參數(shù)。比如10nm工藝的晶體管密度提升到了接近1MTr/mm²，也就是1mm²中包合了100萬個(gè)晶體管，更高的晶體管密度有助于生產(chǎn)更小的芯片，這樣可以幫助廠商降低成本。另外，英特爾還在新工藝中改善了晶體管形態(tài)，在Fin形態(tài)、晶體管高度、金屬材料應(yīng)用上都進(jìn)行了很多改進(jìn)。英特爾10nm工藝還首次使用了金屬銅和釕，提高了電流并降低了寄生電容，同時(shí)改善了發(fā)熱情況。和競爭對(duì)手的7nm工藝相比，英特爾的10nm工藝密度更高，整體表馳要更出色一些。

sunny Cove是英特爾本次在Ice Lake處理器中使用的全新CPU架構(gòu)。相比之前的Haswell、Skylake等架構(gòu)而言，Sunny Cove的優(yōu)勢(shì)在于整體架構(gòu)更寬、更深并且更為智能。本刊在之前的文章中已經(jīng)詳細(xì)解析過Sunny Cove架構(gòu)，因此本文僅簡單介紹一下。

Sunny Cove架構(gòu)同時(shí)提升了通用性能和特殊性能，包括增加緩存容量、使得核心更寬、增加了L1帶寬等。緩存方面，Sunny Cove核心后端具有48KB L1數(shù)據(jù)緩存，比通常的32KB緩存增大了50%，理論上L1數(shù)據(jù)緩存未命中會(huì)降低22%。不僅如此，micro-op也就是uOp部分的緩存也較之前的2048-entry有所增加，第二級(jí)TLB緩存大小也增加了，增大TLB有助于降低地址數(shù)據(jù)由于容量不足被刪除后重新查找并降低效率的概率，也可以降低延遲并提高性能。

在架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，Sunny Cove執(zhí)行端口從8增加到了10，允許—次從調(diào)度指令中獲得更多的指令并提交給執(zhí)行端口，端口連接到循環(huán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，帶寬加倍同時(shí)AGU也翻倍，更大的一級(jí)指令緩存也能起到一部分作用。執(zhí)行端口方面，英特爾為Sunny Cove的整數(shù)部分配備了更多的LEA（有效地址載入）單元以幫助進(jìn)行內(nèi)存尋址計(jì)算，還增加了新的整數(shù)除法單元。浮點(diǎn)方面，Sunny Cove增加了重排序資源，帶來了AVX-512單元的設(shè)計(jì)，加入了512位的FMA單元等。

指令集方面，Sunny Cove帶來了新的AES、SHA-NI指令集，在加密解密性能上有非常大的提升。英特爾的數(shù)據(jù)顯示，Sunny Cove的7-ZIP性能提升高達(dá)75%以上。

總的來看，相比Skylake架構(gòu)，Sunny Cove架構(gòu)在各方面的提升在10%～40%不等，平均下來IPC提升大約為18%。這是英特爾多年“擠牙膏”以來提升最大的一次。一些未經(jīng)證實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，Sunny Cove架構(gòu)的Core i7-1065G7在Passmark中能夠獲得2625單核心、10316多核心的總分，比同為15W的AMD Ryzen 5 3500U的1818單核心、8042多核心總分高出不少。

核芯顯卡：規(guī)模暴增

英特爾的核芯顯卡一直以性能孱弱、功能還行而著稱。在新的10nm第十代酷睿移動(dòng)處理器上，英特爾希望改變這樣的情況。

第十代酷睿移動(dòng)處理器產(chǎn)品采用的是第十一代核芯顯卡架構(gòu)。英特爾表示，新核芯顯卡的EU計(jì)算單元的FPU接口經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，每個(gè)EU像之前一樣支持7個(gè)線程。GT2規(guī)格的64個(gè)EU單元的GPU就擁有512個(gè)并發(fā)管道。面對(duì)如此大的規(guī)模，英特爾還重新設(shè)計(jì)了內(nèi)存接口，并且將GPU的L3增大到了3MB，比Gen 9.5增加了4倍。

在渲染技術(shù)方面，第十一代核芯顯卡支持基于片塊的渲染技術(shù)、支持多速率著色。英特爾宣稱這個(gè)功能可以帶來大約30%的游戲幀率提升（需要游戲支持）。此外，新的HEVC編碼器也加入GPU中，可以帶來更好的視頻處理能力。其他功能方面，自適應(yīng)幀同步、新的HDR技術(shù)以及USB Type-C都已經(jīng)加入支持列表中。

具體到產(chǎn)品來看，目前10nm工藝的新處理器在核芯顯卡規(guī)模上大幅度提升。G7產(chǎn)品64個(gè)EU單元的設(shè)計(jì)相比之前24個(gè)EU單元的方案，整體性能提升了80%以上，大部分游戲大作在設(shè)置得當(dāng)?shù)那闆r下都能以可玩的狀態(tài)呈現(xiàn)給玩家，而不是像之前那樣無論如何調(diào)節(jié)，要么畫質(zhì)無法接受，要么只能看幻燈片。這種進(jìn)步值得期待，畢竟從“難用”到“可用”，是非常大的飛躍。

更快的存儲(chǔ)、更強(qiáng)的互聯(lián)

在內(nèi)存方面，無論是10nm還是14nm產(chǎn)品，都加入了對(duì)更高頻率DDR4內(nèi)存規(guī)格的支持。其中Ice Lake架構(gòu)的10n m產(chǎn)品加入了最高LPDDR4-3733以及DDR4-3200內(nèi)存的支持。14nm Comet Lake產(chǎn)品對(duì)內(nèi)存的支持也提升到了LPDDR4-2933或者DDR4-2666。更快速的內(nèi)存有助于提升整體性能表現(xiàn)，尤其是更大規(guī)模的核芯顯卡需要更高的存儲(chǔ)帶寬，這一點(diǎn)是非常重要的。

在互聯(lián)方面，Ice Lake處理器實(shí)現(xiàn)了雷電3接口的原生支持。雷電3接口最高傳輸速度為40Gbps，是目前USB 3.0的4倍左右。未來USB 4規(guī)范也將原生兼容雷電3，并且會(huì)統(tǒng)一使用USB Type-C接口。這意味著業(yè)內(nèi)多年來對(duì)接口規(guī)范的梳理和兼容性的支持，終于在雷電3和USB 4這一代徹底完成。目前英特爾已經(jīng)開放了雷電3的相關(guān)授權(quán)，業(yè)內(nèi)廠商可以根據(jù)需要自主選擇相關(guān)技術(shù)并應(yīng)用到產(chǎn)品上?？梢云诖氖牵S著Ice Lake處理器的上市，雷電3接口的設(shè)備將迎來一次大爆發(fā)。

互聯(lián)方面的另一個(gè)亮點(diǎn)是，第十代酷睿移動(dòng)處理器通過搭配400系列芯片組，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Wi-Fi 6，也就是之前所說的802.11ax技術(shù)的支持。相比目前主流的802.11ac，Wi-Fi 6傳輸速度更快，還大幅度增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)可靠性，尤其是在密集環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)性能。在互聯(lián)設(shè)備都支持Wi-Fi 6之后，之前Wi-Fi應(yīng)用中常見的設(shè)備打架、干擾等情況將大大緩解。

全生態(tài)AI場(chǎng)景

AI技術(shù)是目前業(yè)內(nèi)發(fā)展的亮點(diǎn)，之前的處理器都很少提到對(duì)AI技術(shù)的優(yōu)化。在第十代酷睿移動(dòng)處理器上，英特爾通過為處理器加入新的AI指令和使用新的、更大規(guī)模的GPU，使得第十代酷睿移動(dòng)處理器處理器在AI計(jì)算方面相比傳統(tǒng)的處理器提升了2～2.5倍。未來英特爾可能還將在處理器中繼續(xù)加強(qiáng)AI相關(guān)的指令集技術(shù)，使得處理器能夠進(jìn)一步提高AI計(jì)算的效率。

在安全性方面，英特爾的處理器之前在幽靈、熔斷兩個(gè)漏洞面前幾乎毫無招架之力。本次10nm工藝的第十代酷睿移動(dòng)處理器處理器則宣布通過重新設(shè)計(jì)，避免了漏洞和攻擊的問題。至少在沒有新發(fā)現(xiàn)漏洞之前，10nm工藝的第十代酷睿移動(dòng)處理器是目前數(shù)代英特爾處理器中安全性最好的產(chǎn)品。

總結(jié)：10nm來襲，移動(dòng)市場(chǎng)換代開始

通過對(duì)第十代酷睿移動(dòng)處理器的相關(guān)介紹，不難看出英特爾此次拿出的是一個(gè)整體解決方案。這其中不僅包括傳統(tǒng)的移動(dòng)計(jì)算、圖形處理、視頻播放、數(shù)據(jù)解壓縮，還帶來了AI、互聯(lián)方面的全面進(jìn)步?？梢灶A(yù)見的是，第十代酷睿移動(dòng)處理器的登場(chǎng)，將帶來一波移動(dòng)市場(chǎng)的換代熱潮。廠商的配合度也能看出這種苗頭，目前已經(jīng)有數(shù)十家廠商推出了基于第十代酷睿移動(dòng)處理器的筆記本電腦新品，并且大多以輕薄、移動(dòng)、長續(xù)航作為主打特色。接下來，英特爾還可能發(fā)布性能更強(qiáng)、更值得游戲和性能玩家關(guān)注的高性能版本移動(dòng)產(chǎn)品，MC也將持續(xù)關(guān)注，敬請(qǐng)期待。