英特爾Lakefield登場(chǎng)三星Galaxy Book S

如何設(shè)計(jì)一顆更好、更節(jié)能、更適合移動(dòng)設(shè)備使用的處理器，一直以來(lái)都是芯片廠商最為關(guān)注的問(wèn)題之一。在ARM架構(gòu)中，ARM推出了諸如“big.LIT TLE”以及現(xiàn)在被稱作DynamIQ大小核匹配的一整套軟硬件解決方案并帶來(lái)了很好的使用體驗(yàn)。而在x86架構(gòu)這邊，目前流行的是大核心對(duì)大核心、小核心對(duì)小核心，似乎還沒有一款產(chǎn)品能夠融合兩者的優(yōu)勢(shì)。2020年6月10日，英特爾正式推出采用英特爾混合技術(shù)的新款酷睿處理器，其代號(hào)為“Lakefield”。Lakefield處理器采用“大小核心”架構(gòu)并使用Foveros 3D芯片堆疊技術(shù)打造。Lakefield的出現(xiàn)可以說(shuō)填補(bǔ)了上述x86處理器在這領(lǐng)域的空白。緊跟英特爾，各大筆記本廠商也紛紛基于Lakefield打造出全新的產(chǎn)品，比如今天的主角—三星Galaxy Book S。

Lakefield處理器簡(jiǎn)析

早在2019年，英特爾便對(duì)外宣布了Lakefield架構(gòu)。當(dāng)時(shí)和Lakefield一起到來(lái)的還有全新的Foveros 3D封裝技術(shù)以及一些全新的處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)。作為英特爾近十多年來(lái)改變最大的處理器產(chǎn)品，Lakefield在設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方式上給我們帶來(lái)了全新思考，這款堪稱里程碑式的產(chǎn)品更將在整個(gè)處理器的發(fā)展歷史中留下濃墨重彩的一筆。

關(guān)于Lakefield處理器的更多技術(shù)細(xì)節(jié)，《微型計(jì)算機(jī)》早在2020年4月下刊的雜志中就做了詳細(xì)介紹，感興趣的讀者可以自行查閱。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，英特爾Lakefield處理器帶來(lái)了大量不同于之前處理器的設(shè)計(jì)，包括更小的電路板尺寸、更出色的功耗控制和性能功耗比表現(xiàn)等。

架構(gòu)方面，Lakefield最值得關(guān)注的地方是其獨(dú)特的異構(gòu)多核架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)包含了非偶數(shù)的處理器數(shù)量，分別是一個(gè)10nm Sunny Cove大核心和四個(gè)Atom 處理器的10nm Tremont小核心，這是英特爾首次采用“1+4”的方案。在這里，原本支持超線程的SunnyCove架構(gòu)禁用了SMT同步多線程技術(shù)。在之前的產(chǎn)品中，這兩個(gè)計(jì)算核心都是作為獨(dú)立產(chǎn)品的核心存在的，比如Sunny Cove是為Ice Lake打造的，而Tremont在最新發(fā)布的Sown Ridge網(wǎng)絡(luò)處理器中存在。不過(guò)在AVX- 512指令集方面，盡管其架構(gòu)支持，但是考慮到Lakefield的應(yīng)用場(chǎng)景主要是面向低功耗和超輕薄設(shè)備，以及Tremont內(nèi)核需要完全的ISA兼容性的要求，因此Sunny Cove在這款處理器上也沒有開啟對(duì)AVX- 512指令集的支持。

英特爾采用“1+4”的配置方案后，正在運(yùn)行的工作負(fù)載信息會(huì)傳遞給操作系統(tǒng)，以便根據(jù)性能需求和電源消耗情況來(lái)優(yōu)化工作負(fù)載并配置相關(guān)核心資源。在小核心方面，英特爾采用了最新的Tremont內(nèi)核，英特爾宣稱這個(gè)核心代表了性能功耗比的顯著提升。根據(jù)英特爾的數(shù)據(jù)顯示，一個(gè)Tremont的內(nèi)核可以達(dá)到Sunny Cove高達(dá)70%的性能，同時(shí)擁有更出色的性能功耗比。在多線程負(fù)載中，四個(gè)Tremont內(nèi)核群集可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)Sunny Cove核心2倍的性能，同時(shí)提供明顯更好的電源效率曲線。因此，通過(guò)為不同特性的工作負(fù)載安排使用更高效率的核心，能夠?yàn)檎麄€(gè)SoC帶來(lái)更為優(yōu)秀的功耗和性能表現(xiàn)。也就是說(shuō)一些對(duì)性能要求較高的計(jì)算任務(wù)可以交給Sunny Cove核心來(lái)負(fù)責(zé)，而那些需要多線程性能的應(yīng)用以及后臺(tái)工作負(fù)載會(huì)交由Tremont集群負(fù)責(zé)，這樣會(huì)帶來(lái)更為出色的能源效率。

功耗方面，英特爾表示首批LakefieldSoC的待機(jī)功耗可降低至2.5mW，相比酷睿Y系列處理器降低了多達(dá)91%，能夠帶來(lái)更長(zhǎng)的電池使用時(shí)間。

在圖形方面，Lakefield還采用了英特爾全新的第11代圖形架構(gòu)，根據(jù)英特爾公布的數(shù)據(jù)，Lakefield處理器內(nèi)置的顯卡相比酷睿Y系列處理器內(nèi)置的顯卡，前者性能提升達(dá)1.7倍，同時(shí)視頻轉(zhuǎn)碼速度也可提升54%，并支持外接最多四個(gè)4K顯示屏。

最后再來(lái)看封裝和外觀，由于Foveros 3D封裝技術(shù)的采用，Lakefield的處理器尺寸非常小，它的面積僅有12mm×12mm，厚度僅1mm，這個(gè)數(shù)據(jù)要低于目前絕大部分處理器產(chǎn)品。此外，英特爾也展示了一些搭載Lakefield設(shè)計(jì)樣品的尺寸，其PCB的長(zhǎng)度大約只有125mm，寬大約3 0 m m，表面搭載的芯片包括Lakefield芯片、NAND芯片、電源芯片和通訊、擴(kuò)展卡插槽等，和常見的智能手機(jī)產(chǎn)品有一定的相似之處。

3D封裝技術(shù)

Lakefield使用了英特爾Foveros 3D封裝技術(shù)來(lái)完成最終的芯片堆疊封裝，其主要技術(shù)難點(diǎn)在于10nm工藝構(gòu)建的計(jì)算模塊和基礎(chǔ)模塊面對(duì)面的結(jié)合后，再一同封裝到基板上。對(duì)于Lakefield，英特爾使用了50μm點(diǎn)距的微型凸點(diǎn)。在Foveros封裝的頂部，英特爾還額外封裝了多個(gè)LPDDR4的內(nèi)存。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)存都由廠商根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)來(lái)選擇容量和頻率。英特爾將其封裝在處理器之上，好的方面是減少了整個(gè)系統(tǒng)所占的面積，不過(guò)廠商可能無(wú)法自行搭配出更靈活的配置，玩家也無(wú)法自行升級(jí)內(nèi)存。Lakefield支持2個(gè)或者4個(gè)LPDDR4或LPDDR4X的內(nèi)存堆棧。在內(nèi)存封裝方面，英特爾采用的是350μm間距的TMV（through- mold vias）連接。即使整個(gè)芯片包括基板、基礎(chǔ)模塊和核心模塊、2層內(nèi)存封裝，但是整個(gè)處理器的厚度僅為1mm，和普通芯片沒有任何差異。

在Foveros封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方面，英特爾采用了被稱為FDI（FoverosDieInterface）的3D晶圓間連接技術(shù)來(lái)連接所有芯片的IO接口。FDI包括過(guò)程級(jí)別的優(yōu)化和增強(qiáng)以確保所有連接界面的電氣性能都得到保障。這包括3D建模、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、晶片之間的距離最小化、不同層晶片的耦合以及相鄰?fù)裹c(diǎn)之間的耦合。在FDI技術(shù)中心，IO單元直接位于微型凸塊下方，從而消除了引線、布線。在時(shí)鐘結(jié)構(gòu)方面，F(xiàn)DI使用相對(duì)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)鐘架構(gòu)，其中Tx/Rx位于基礎(chǔ)晶片電源上，接口頻率不高但是數(shù)據(jù)寬度很寬，其峰值速率為500MT/s，并且200條相關(guān)通道都使用這個(gè)統(tǒng)一的速度。在功耗方面，Lakefield上FDI的功耗為0.2pJ/bit，比一般的標(biāo)準(zhǔn)芯片組接口，比如英特爾的OPI或者AMDIF總線降低了約10倍。英特爾表示，未來(lái)的產(chǎn)品還會(huì)進(jìn)一步減少功耗。在基礎(chǔ)模塊的連接方面，它采用的是TSV技術(shù)，可以用于將路由信號(hào)和電源直接導(dǎo)通到上層封裝芯片。由于基礎(chǔ)模塊是有源中介層，因此技術(shù)難度更高。英特爾表示，采用TSV是因?yàn)槠湟?guī)則允許高級(jí)別的區(qū)塊電源利用率高于75%，并且經(jīng)過(guò)了英特爾的優(yōu)化，還可以在存在TSV的情況下使用SRAM、寄存器文件和IO電路等。信號(hào)TSV使用的是1×1陣列，功率TSV則以每個(gè)C4凸點(diǎn)2×1、2×2、2×3×2的圖形陣列構(gòu)建。

首批兩款產(chǎn)品i7暫時(shí)缺席

2020年6月10日，英特爾正式推出首批兩款Lakefield處理器新品，它們是酷睿i5-L16G7和酷睿i3-L13G4，酷睿i7系列產(chǎn)品暫時(shí)缺席。從產(chǎn)品命名來(lái)看，“Core”品牌和“i5”這樣的產(chǎn)品檔次區(qū)分依舊得以保留，后續(xù)的“L”應(yīng)該是指Lakefield架構(gòu)，“15”和“16”應(yīng)該是區(qū)分不同型號(hào)，“G7”則是指相關(guān)核芯顯卡的規(guī)格（這在10nm工藝的第十代酷睿U系列處理器中早就得以體現(xiàn)）。

具體規(guī)格上，以酷睿i5-L16G7為例，這款產(chǎn)品采用5核心5線程設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)TDP為7W，擁有4MB緩存，核心基礎(chǔ)頻率為1.4GHz，最大單核睿頻頻率可達(dá)3.0GHz，最大全核睿頻頻率為1.8GHz，支持LPDDR4X4267內(nèi)存。核顯方面，酷睿i5-L16G7搭載英特爾第11代核芯顯卡，其核顯擁有64個(gè)EU單元，核顯最高頻率可達(dá)500MHz。而酷睿i3-L13G4處理器也擁有5核心5線程，TDP為7W，擁有4MB緩存，核心基礎(chǔ)頻率為0.8GHz，最大單核睿頻頻率為2.8GHz，核顯擁有48個(gè)EU單元，核顯的最高頻率也可達(dá)500MHz。

值得一提的是，除了擁有更小的電路板尺寸、更出色的功耗控制和出色的性能功耗比表現(xiàn)，Lakefield處理器還加入了對(duì)英特爾Wi-Fi6（Gig+）和英特爾LTE解決方案的支持，同時(shí)還采用了原生顯示器雙內(nèi)部管道。這一系列特性讓Lakefield處理器更適合用來(lái)打造創(chuàng)新型PC，比如可折疊雙屏PC。英特爾表示，目前有兩款筆記本新品采用了最新的Lakefield處理器，它們是三星GalaxyBookS和聯(lián)想ThinkPadX1Fold。我們恰好拿到了三星GalaxyBookS樣機(jī)，下面就通過(guò)它來(lái)感受Lakefield的魅力。