正在閱讀:性能全面爆發?展望Intel第12代酷睿Alder Lake性能全面爆發?展望Intel第12代酷睿Alder Lake

2021-02-23 23:17 出處:PConline原創 作者:鑽石灣 責任編輯:guanyingjie

  Intel將在3月中旬正式發售第11代酷睿處理器桌面版,也就是代號為Rocket Lake-S的產品。作為最後一代14nm桌面處理器,Rocket Lake-S對內核進行了更新,使用全新設計的Cypress Cove微結構換掉了沿用數年的Skylake,以帶來19%的同頻性能(IPC)提升。不過根據目前的消息顯示,第11代酷睿Rocket Lake-S可以稱得上是過渡產品,因為性能提升更大的第12代酷睿Alder Lake家族有望在今年年底前上市,並首發桌面平台。

  雖然第12代Alder Lake還沒有正式發佈,但Intel已經在多次活動中對其進行了預熱,Intel高級副總裁、首席結構師,兼Intel結構、圖形與軟體部門總經理Raja Koduri在2020年結構日接受了外媒福布斯采訪時也曾表示“Alder Lake是自2006年酷睿2雙核之後,最大的一次結構陞級,性能非常讓人興奮”。

  那麼作為被Intel寄予厚望的產品,第12代酷睿Alder Lake又將如何做到全面的性能提升呢?筆者根據目前的資訊(包含Intel官方資料、外媒曝料、流出的測試數據等),對其進行了簡要分析與預測。

  Intel在CES 2021展會中,透露的關於Alder Lake的資訊:

   

以下為第12代酷睿Alder Lake的主要特徵:

  預計在2021年下半年開始批量生產

  採用Hybrid混合結構,也就是俗稱的“大小核”設計

  兩個全新的內核微結構,分別為高性能大核心Golden Cove與高能耗比小核心Gracemont

  最高規格為16核心24線程(8個大核心開啟超線程,8個小核心暫無超線程)

  10nm Enhanced SuperFin制程工藝,也是Intel第一代大批量發售的10nm桌面版處理器

  LGA 1700接口和新的主板晶片組

  支援PCIe 5.0協議和全新DDR5記憶體,同時相容DDR4記憶體

  包含Alder Lake-S/-P/-M等多個系列,覆蓋從桌面到輕薄本等不同平台

  Xe LP結構的Gen 12核顯

  全新的硬體調度機制

   

超強力的大核心

  處理器的內核微結構至關重要,是決定處理器性能及能耗表現的重要指標之一。如果只是片面的追求高頻率或多核心數量,而忽略了內核微結構的陞級迭代,導致IPC停滯不前,那產品就會陷入高頻低能、多核低能的尷尬境地,當年AMD的FX推土機系列以及Intel的奔騰4/奔騰D就是反面教材。而作為被稱作“第二個酷睿2雙核”的產品,Intel表示第12代酷睿Alder Lake的內核微結構將會脫胎換骨,由高性能大核心Golden Cove與高能耗比小核心Gracemont共同組成,兩個微結構均帶來了顯著的IPC增長。

  在2018年的結構日上,Intel曾對外公佈了2019-2023年的處理器內核微結構路線圖,分為Core和Atom兩個系列,其中Core系列為大核心微結構,Atom系列為小核心微結構。

  先來看大核心部分,Sunny Cove是第10代酷睿Ice Lake的內核微結構,在2019年下半年上市。Sunny Cove及其衍生物是Intel繼Sandy Bridge、Haswell、Skylake後的下一個重點微結構,Intel表示Sunny Cove相比Skylake做到了更深(Deeper)、更寬(Wider)、更智能(Smarter)。

  Haswell、Skylake、Ice Lake(Sunny Cove)三大內核微結構參數對比,可以看到Sunny Cove的L1數據緩存、L2緩存、L2 TLB、訪存L/S亂序緩衝區都做到了明顯更大,同時ROB亂序提交重排緩衝區提高到352個佇列。

  下圖左為Skylake,右為Sunny Cove,可以看到憑藉更大的緩衝區、更寬的流水線以及更多的執行單元,再結合AVX-512指令集及其豐富的拓展指令,最終Sunny Cove呈現出了顯著的IPC增長。

   

  接替Sunny Cove的是2020年的Willow Cove,應用於第11代酷睿Tiger Lake系列產品線中,從微結構層面上看,Willow Cove可以看成是Sunny Cove的衍生物,對緩存系統進行了改進,大幅度增加了每核心L2緩存容量(Skylake 256KB、Sunny Cove 512KB、Willow Cove 1.25MB),適當增加每核心L3緩存容量(從2MB提高到3MB)、並將L3緩存改為Non-inclusive非包含式。由於兩個微結構設計的高度趨同,因此Willow Cove對Sunny Cove的IPC提升並不顯著,Tiger Lake對比Ice Lake的性能提升,主要是依靠10nm SuperFin制程工藝的高頻率特性。除此之外,Willow Cove還支援Control-flow Enforcement Technology技術(縮寫為CET),以應對側信道攻擊,增強安全性。

  而按照路線圖表示,Intel將在2021年推出下一代微結構Golden Cove,也就是第12代酷睿Alder Lake將採用的大核心,Intel的在路線圖中說明Golden Cove並不是Willow Cove那樣的小修小改,將重點提高單線程性能及AI性能。

  2020年結構日的官方路線圖,與上次結構日基本相同。

  而此前,Jim Keller在Intel任職期間的演講中提到,Sunny Cove的下一代微結構(或許就是Golden Cove)將會顯著變大,性能提升更接近線性。而外媒也爆料,Golden Cove對比Willow Cove,將會帶來更顯著的IPC同頻增長,幅度在20%附近,而對比目前的Skylake,IPC提升甚至接近50%,可謂是非常驚人。

   

“小”核心及混合結構

  第12代酷睿Alder Lake是Intel第二代Hybrid混合結構設計的處理器,除了採用IPC大幅提高的高性能大核心Golden Cove以外,與之相搭配的小核心Gracemont同樣非常值得期待。

  回顧2019到2020年,Intel在發佈搭載Sunny Cove/Willow Cove大核心產品的同時,也對小核心進行了更新陞級。Atom x6000E(Elkhart Lake)、全新奔騰銀牌/賽揚(Jasper Lake),以及初代Hybrid混合結構處理器Lakefield,均應用了Tremont小核心。

  或許是因為起點較低的原因,Tremont對比上一代Goldmont Plus進步極大,根據SPEC CPU 2006和SPEC CPU 2017測試結果顯示,單線程平均IPC提升超過了30%。

  而在Lakefield處理器的表現中,Intel表示在特定的功耗區間內,尤其是需求多核低頻的應用負載場景下,4個Tremont小核心組成的計算集群可提供比1個Sunny Cove大核心更好的性能及能耗比。值得注意的是,4個Tremont小核心與1個Sunny Cove大核心面積相差不大,所以大小核設計除了可以增強能耗比以外,還能在某種意義上降低成本。

  而對於DIY玩家們常用的免費測試軟體(如Cinebench R20、Geekbench5等),根據CPU-Monkey網站的統計數據表示,Tremont小核心的同頻性能已經能夠做到接近Haswell,與Skylake的差距已經不大。

  根據Intel官方在兩次結構日中所表述的資訊,Gracemont相比於Tremont,將繼續提升IPC,如果延續此前幾代的小核心進步速度,那麼Gracemont的IPC有望達到甚至超越曾經的大核心Skylake,同時能耗表現還將更為出色。而觀察資料中的細節,可以發現Gracemont還將強化Vector Perf,也就是向量性能,這或許意味著Gracemont將支援AVX2指令,補上以往幾代小核微結構最後的短板。總的來說,Gracemont雖然在搭配Golden Cove使用時充當小核心,但它本身的性能卻並不弱,所謂的“小”也只是相對的。

  Alder Lake雖然是Intel第二代Hybrid混合結構設計的處理器,但Intel曾表示Alder Lake是Performance Hybrid,主打高性能,而不是Lakefield那樣純粹的低功耗處理器。Alder Lake-S桌面端最高將提供16(8+8)核心24線程的規格(下圖的Geekbench 5頻率識別錯誤),移動端Alder Lake-P可提供14(6+8)核心20線程,其中Golden Cove大核心開啟超線程,Gracemont小核心暫無超線程。結合兩個強力的全新內核微結構,如果作業系統和應用軟體可以根據負載類型對不同核心進行靈活調度,那麼Alder Lake將在單核性能、多核性能以及能耗比三個方面都將沒有短板,穫得全面的躍進。

   

桌面端終於有了10nm,還是終極版!

  影響處理器性能及能耗表現的不僅是內核微結構設計,制程工藝也是重中之重,Intel在2019年量產了10nm,並同步推出搭載Sunny Cove結構的Ice Lake-U第10代酷睿移動處理器;2020年推出的Tiger Lake-UP3第11代酷睿移動處理器,則採用經過全面優化的10nm SuperFin技術,將增強型FinFET和Super MIM電容器相結合,將頻率大幅提高,實現了歷史上最大幅度的節點內性能提升。但是,這兩代10nm酷睿處理器僅限於低功耗的移動平台,面向高性能桌面平台連續兩代無緣10nm,這讓很多玩家深表遺憾。

  而到了第12代酷睿Alder Lake系列,桌面平台終於要熬出了頭,種種跡象標明,第12代酷睿將在桌面平台完成首發,也就是Alder Lake-S系列。

  在年初的財報會議中,Intel表示首款10nm桌面處理器Alder Lake已經在給用戶送取樣品。

  作為Intel首款10nm桌面處理器,Intel表示Alder Lake將採用10nm的終極版本,也就是10nm Enhanced SuperFin技術,相比於Tiger Lake的10nm SuperFin做到了進一步優化,睿頻能力進一步提高,以及同頻功耗都有望做到進一步降低。再匹配上全新設計的Golden Cove與Gracemont內核微結構,以實現全面的性能提升和能耗比改進。當然,說一句額外話,基於10nm Enhanced SuperFin技術打造的產品也不止於第12代酷睿Alder Lake,還包括新一代至強可拓展處理器Sapphire Rapids......

   

平台整體全面提升!

  除了內核微結構與制程工藝的進化以外,第12代酷睿Alder Lake的平台整體也將穫得全面陞級。首先是記憶體控制器,Alder Lake將支援DDR5記憶體,考慮到AMD Zen 4微結構的產品將在2022年發佈,Alder Lake平台將是DDR5記憶體在消費級市場的首次大規模應用。

  目前,已經有部分記憶體廠商公佈了DDR5記憶體的規格,工作電壓僅1.1V,4800MHz頻率起步,(DDR4記憶體的JEDEC標準最高頻率為3200MHz)、單條容量高達64GB,相比DDR4記憶體頻率更高,容量更大、功耗更低,以帶來顯著的平台綜合性能提升。

  而在核顯方面,第12代酷睿Alder Lake將會採用Xe LP微結構(移動平台為96EU?桌面平台為32EU?),考慮到輕薄本評測中記憶體帶寬對Xe結構核顯性能的顯著影響,預計在高頻DDR5記憶體的加持下,Alder Lake的核顯性能也將顯著強於同規格的Tiger Lake與Rocket Lake。

  與此同時,Alder Lake還將支援PCIe 5.0協議,帶寬將比PCIe 4.0進一步翻倍,以更好支援未來的高性能獨立顯卡及旗艦固態硬碟。

  第12代酷睿桌面版Alder Lake-S的洩露試映片(來源於VIDEOCARDZ),透過圖片可以發現Alder Lake-S的面積顯著擴大,針腳數量也增加了很多。

  因此Alder Lake-S需要搭配LGA 1700接口的全新600系列晶片組主板使用。當然根據外媒曝料,LGA 1700接口除支援Alder Lake-S以外,至少還可支援下一代桌面處理器,是一個長期平台。

   

總結與展望

  Intel至少在3次官方正式活動中(2020結構日、2020第四季度財報會議、CES 2021展會)宣佈Alder Lake將於2021年下半年正式發佈,可見Intel對其寄予了極高的期望。

  總結一下,根據目前所知道的資訊,第12代酷睿Alder Lake融合了最新的微結構、強大的核顯、經過多次優化的制程工藝、並支援全面的周邊設備等,是Intel近年來多個先進技術的結晶,也堪稱是X86結構處理器的重大突破!有助於讓Intel在消費級市場,穫得全面的性能領先地位。當然,Alder Lake距離正式發佈還有一些時間,讓我們敬請期待吧!而在下月,PConline評測室將帶來第11代酷睿桌面版Rocket Lake-S的首發評測,作為承上啟下的一代產品,Rocket Lake-S又將有何亮點?同樣值得關注!

   

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