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技术力井喷!深度解析英特尔11代酷睿处理器

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2020-09-04 16:05 0

随着英特尔正式发布第11代智能酷睿处理器,“传闻已久”的Tiger Lake、Xe图形显卡等信息也全面呈现在用户面前。作为英特尔10nm制程节点上的第二代正式落地产品,Tiger Lake集成了众多全新特性,是近年来英特尔技术力最强大的一次释放。

接下来,就让我们通过本篇文章,一起走进Tiger Lake的世界。


首先要明确的是,现阶段发布的Tiger Lake处理器为Tiger Lake-U系列,即适用于轻薄型笔记本电脑的低功耗处理器。桌面级与标压H系列处理器将陆续在明年推出。

接下来我们看看Tiger Lake处理器的全新特性,其中包括:

·全新设计的Willow Cove微架构
·全新的Intel Iris Xe锐炬核显
·全新的AI功能
·全新的媒体和显示引擎
·全新的硬件强化安全特性
·整合了Thunderbolt 4
·整合了全新的PCIe 4.0接口

除了这些显著的新特性之外,英特尔Tiger Lake处理器还支持Wi-Fi 6无线网络,支持7-28W宽幅热设计功耗调节等特性。具体如下:


在首发序列中,英特尔为用户带来了包括酷睿i3、酷睿i5、酷睿i7在内的9款不同型号处理器。其中,英特尔酷睿i7-1185G7处理器达到了4.8GHz单核睿频能力,接近标压与桌面级处理器睿频能力。


在了解了英特尔11代酷睿基本信息之后,接下来我们从架构、技术、AI、性能四个层面,为大家详细解读英特尔11代酷睿处理器的特性。

·更加全能的架构单元

上一代Ice Lake处理器采用了Sunny Cove微架构,而全新的Tiger Lake则采用了在Sunny Cove微架构上进一步优化的Willow Cove微架构,这使得Tiger Lake处理器在4核8线程基础之上,最高做到了4.8GHz单核睿频,同时其整体功耗能够控制在7-15W和12-28W之间,给OEM留下了极大的可控空间。

我们都知道,Ice Lake的软肋在于主频和睿频频率都比较低,这直接影响了Ice Lake CPU部分的性能释放,而Tiger Lake通过优化微架构来提升睿频能力,并使之看齐标压处理器,可见英特尔对Ice Lake的短板认知还是非常明确的。Tiger Lake一举弥补了这一不足。


为了提升整体性能,Tiger Lake的总线从基本结构上实现了带宽提升,有效降低延迟。并且采用了全新的内存控制器,支持LP4/x-4266和DDR4-3200规格的内存,最大容量分别可支持32GB和64GB,进一步消除内存瓶颈。

图形方面我们会在后面的文章中单独介绍,全新的Intel Iris Xe核显最高达到96个EU单元,并且支持全新的Intel DL Boost:DP4a人工智能加速指令。

基于全新的显示引擎,Tiger Lake可支持4个4K显示器或1个8K显示器输出,全新的编码引擎可支持4K60fps 10-bit和8K30fps 10-bit视频编码。此外,Tiger Lake还整合了全新的IPU6图像处理引擎,可实现4K90fps视频的流畅播放。

而为了改善功耗和性能,英特尔还为Tiger Lake打造了全新的GNA 2.0神经网络加速器,这也是Tiger Lake平台三大AI智能引擎之一。

全新的英特尔第11代酷睿处理器提供了两种不同规格的封装,如下图所示:


可以看到,左侧较大的封装对应12-28W TDP高性能处理器,主要应用于主流的轻薄型笔记本电脑、雅典娜计划产品之中;右侧较小的封装规格对应7-15W低功耗处理器,可以实现无风扇设计。


综合来看,Tiger Lake SoC支持可使电脑随时处于低功耗待机/唤醒状态的Modern Standby功能;拥有Audio DSP芯片,支持待机状态下的低功耗语音唤醒,使电脑随时处于低功耗待命状态;它拥有全新的GNA 2.0神经网络加速器,支持DP4a指令,使其AI性能提升高达5倍;支持超分辨率技术;支持高性能AV1解码;支持AVX2指令集以及Intel DL Boost深度学习加速功能;支持IPU 6高质量图像处理引擎。

七大底层特性使得Tiger Lake处理器在矢量、标量、图形计算、视频流媒体编解码、人工智能加速等方面有着更为全面的表现,这也是英特尔为第二代10nm制程产品交出的一份近乎完美的答卷。让我们对于后续的Tiger Lake-S、Tiger Lake-H有了更多期待!

·性能与功能兼备的Xe LP核显

持续关注PC行业的朋友,对于英特尔Xe架构可以说是一种又熟悉、又陌生的感觉。因为在Tiger Lake发布之前,英特尔已经多次在各种场合谈及Xe架构的基础技术特性。

首先需要明确的是,英特尔将Xe GPU划分为三个档次:

1.Xe LP(低功耗):用于核显、入门级独显,标准TDP 5-20W,最高可扩展到50W。

2.Xe HP(高性能):用于主流和发烧消费市场、数据中心和AI领域,标准功耗75-250W。

3.Xe HPC(高性能计算):用于超级计算机等,目前还没有披露太多详细参数。

可以看到,由图形架构大神Raja Koduri掌舵打造的Xe架构具有很高的可扩展性,通吃入门到发烧,普通PC到超级计算机平台的通用图形架构。


随Tiger Lake而来的,也就是Intel Iris Xe核显,正是Xe LP级别的显卡。其最高执行单元达到96个,核心频率达到1.35GHz,能够在1080P 60fps下运行《英雄联盟》、《CS:GO》等游戏;且能够在1080P 30fps下运行《战地5》、《绝地求生》等高画质游戏。整体性能相比上一代Ice Lake搭载的Iris Plus核显提升2倍,执行单元数量从64个提升到96个,核心频率从1.1GHz提升到1.35GHz,L3达到3.8MB,性能相比AMD Ryzen 7 4800U搭载的集显提升1.5倍。


英特尔Xe核显优化了EU单元,使用8位浅层矢量来达到浮点单元的资源利用,这是Iris Xe核显性能大幅提升的底层原因。

从Tiger Lake的SoC构成来看,Xe图形架构中的显示引擎和媒体引擎,是英特尔11代酷睿在创意设计、视频编解码、4K/8K视频显示方面最为重要的武器。如显示引擎,除了提供支持4个4K和1个8K显示器输出之外,还原生支持HDR10、杜比视界、360Hz刷新率以及Adaptive Sync技术。


媒体引擎则使Tiger Lake处理器支持AV1硬件解码、12bit端到端高速视频管线。赋予了Tiger Lake处理器更加强大的媒体功能。


此外值得一提的是,除了在架构上下功夫之外,英特尔还格外注重驱动和软件层面的优化,彻底重构了DX11驱动,使负载变得更低。同时还支持游戏锐化、配置优化、即时游戏调校,因此使得Intel Iris Xe核显达到了与MX350独显相媲美的图形性能。



总体来看,Xe LP核显从基本规格上相较Gen 11核显提升明显。除上述特性之外,它还具备高效线程控制特性,支持VRS可变着色率,每时钟周期最多处理24个像素、48个纹理。FP16、FP32浮点性能提升幅度达到84%,并且首次引入INT8整数处理能力,性能达到8.29TOPS。

·SuperFin晶体管技术助力性能释放

Tiger Lake之所以能够有效的整合Willow Cove微架构和Xe LP核显,以及众多IO单元,最为重要的底层技术就在于全新的10nm SuperFin晶体管技术。



简单而言,SuperFin技术从底层晶体管设计上实现了进一步优化,不仅重新设计了晶体管,而且重新设计了金属堆栈。

首先,英特尔通过添加全新的高性能晶体管,以及改善的栅极工艺来提升驱动电流,使电荷具有更高的移动性,并降低了源漏电阻,实现了更低的电容。

英特尔在高频敏感IP中使用这一全新的晶体管技术,如处理器内核,高速总线和内存子系统,同时还在非高频率关键IP中,如Type-C和PCIe中,使用现有高阀值电压晶体管,从而使其变得更加高效。这些技术使得晶体管的运行速度得到提升,同时降低泄漏,进而降低这些晶体管的运行电压。

其次,在改善金属堆栈方面,英特尔的工程师大幅改善了中低层电阻,并大量使用导通孔。同时,在晶体管顶层还增加了2层额外的高性能层,以使其达到更高的峰值频率。此外,通过提升MIM电容器能力,Tiger Lake处理器可以胜任更高负载的任务,提供快速而稳定的供电响应。

因此,Tiger Lake处理器能够释放出比前代产品更强的CPU和GPU性能,根本原因就在于全新的SuperFin晶体管技术带来了卓越的底层优化。

·三大AI技术加持使Tiger Lake更全能

对于英特尔而言,人工智能技术与电脑的结合是未来推动PC产业发展的重要方向之一。而从处理器底层去支持AI技术,则是最为有效的做法。因此,英特尔为Tiger Lake带来了包括Intel DL Boost:VNNI,Intel DL Boost:DP4a,Intel Gaussian&Neural Accelerator三大AI加速器。


很多人对于AI在PC上应用的意义并没有概念。其实简单来说,AI技术能够帮助PC更加智能的调控性能、延长续航,也能够在实际应用中帮助用户简单、快速的完成相关任务。


首先来看本次最为引人关注的Intel DL Boost:DP4a

Intel DL Boost:DP4a是Xe核显的标志性指令之一。它使用32位元累积来计算,一个4位浅层矢量点积,从而加快了8位元整数推断。这种强大的4元素矢量点积扩展,经过优化之后加速了用于人工智能的推断,并且在深度学习中也有所应用。


Intel DL Boost:VNNI并非首次出现在酷睿平台之上。英特尔在Tiger Lake上继续沿用了这一技术。VNNI为处理器提供了卓越的人工智能性能或矢量神经网络指令,可以加速基于卷积神经网络的算法。它把此前的三个独立指令,也就是一个矢量相乘和两个矢量相加,整合成一个矢量点积指令,从而提供比竞品高1.7倍的性能。


Intel Gaussian&Neural Accelerator,即GNA2.0,是英特尔打造的低功耗人工智能加速器。它专门针对工作流负载进行了优化,比如在听写、翻译或是动态降噪方面,能够帮助用户提升体验。如视频会议过程中的背景消噪,就是其典型应用场景。


此外,GNA2.0最大的特性在于它是一个独立的IP区块,因此能够在CPU或GPU忙于执行其它工作负载时而正常工作,并且能够以更省电、更低功耗的状态,实现每毫瓦每秒10亿次运算。而其峰值运算能力可达到每秒380亿次!

通过把正确的人工智能工作流工作负载交付给GNA处理,就可以进一步缓解CPU的计算负荷,这是GNA技术最大的价值所在。

·各项性能测试胜过AMD锐龙4000U

无论是基础架构、先进的晶体管技术,还是AI技术、图形性能,最为直观的体现还是要在实际应用中见真章。文章的最后,让我们来看看英特尔Tiger Lake处理器的官方测试结论。


首先在SYSmark 25、3DMark FS模式、MLPerf对应的CPU、GPU以及AI性能测试中,英特尔酷睿i7-1185G7处理器相比AMD Ryzen 7 4800U处理器来说,CPU和GPU性能分别高出28%、67%,AI性能是后者的4倍。


在具体应用中,如Premiere、Photoshop、Lightroom等,英特尔酷睿i7-1185G7对比AMD Ryzen 7 4800U也分别高出2倍、2.7倍以及1.6倍,具体测试项目可以参看上图。

在视频编辑任务中,英特尔酷睿i7-1185G7完成全部工作负载的时间比AMD Ryzen 7 4800U快2倍。


在基于AI技术的照片处理任务中,英特尔酷睿i7-1185G7比AMD Ryzen 7 4800U总体快2.7倍。


得益于Intel Iris Xe核显加持,英特尔11代酷睿拥有更加出色的游戏性能,能够流畅运行《全面战争:特洛伊》、《战地5》、《PUBG》等画质级大作。


此外,英特尔还测试了Tiger Lake处理器在诸多主流游戏中的帧数表现,其中,《火箭联盟》、《DOTA 2》、《CS:GO》等游戏帧数突破100fps。



相对于AMD Ryzen 7 4800U而言,全新的英特尔11代酷睿处理器在游戏性能方面也实现了全面超越,具体测试结果如下:


而从与MX350独显的测试对比中可以看出,目前Tiger Lake所搭载的Xe LP核显已经达到了与其持平的性能状态。


此外,英特尔还对比了酷睿i7-1185G7和AMD Ryzen 7 4800U处理器在插电和不插电状态下的性能损耗情况。由下图可见,酷睿i7-1185G7处理器不插电性能损耗仅为5%,而Ryzen 7 4800U不插电性能损耗高达38%。





在各类Benchmark软件测试中,英特尔11代酷睿处理器也全面领先AMD Ryzen 4000U处理器。

·结语

时下,PC行业竞争加剧已经是不争的事实。随着AMD崛起,英特尔感受到了更加紧迫的竞争压力。这也可能是我们在Tiger Lake上看到如此多新技术、新特性的重要原因之一。

目前,基于英特尔11代酷睿的产品还未正式上市,不过从官方数据来看,Tiger Lake算是交出了一份令人满意的答卷,其性能优势通过底层架构、晶体管技术优化,通过AI技术、全新的Xe架构图形显卡得到全面释放,相信会给用户带来更加满意的产品。

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