10nm IceLake落地 英特爾10代酷睿深度解析

在中國(guó)人的觀(guān)念里，“10”這個(gè)數(shù)字象征著完美，十全十美是對(duì)于人或事物的最高評(píng)價(jià)。

10，對(duì)于英特爾來(lái)說(shuō)同樣重要。10nm關(guān)系著英特爾在半導(dǎo)體芯片行業(yè)未來(lái)能否更進(jìn)一步，10代酷睿也關(guān)系到英特爾能否正面迎接來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、來(lái)自輿論的壓力。而將10nm與10代酷睿聯(lián)系在一起，能夠做到十全十美呢？

接下來(lái)，讓我們通過(guò)對(duì)英特爾10nm IceLake 10代酷睿處理器技術(shù)細(xì)節(jié)解析，來(lái)找找答案。

英特爾酷睿架構(gòu)回顧

在10nm制程之前，英特爾嚴(yán)格遵循摩爾定律以及Tick-Tock戰(zhàn)略，通過(guò)制程工藝與架構(gòu)技術(shù)迭代來(lái)穩(wěn)步推進(jìn)PC半導(dǎo)體制程技術(shù)與性能的發(fā)展。65nm到45nm用時(shí)2年，45nm到32nm用時(shí)3年，32nm到22nm用時(shí)2年，22nm到14nm同樣用時(shí)2年，然而在14nm到10nm推進(jìn)過(guò)程中，英特爾卻經(jīng)歷了更久的時(shí)間——4年。

隨著制程工藝不斷演進(jìn)，相關(guān)技術(shù)迭代速度也逐漸放緩。光刻機(jī)技術(shù)、晶體管技術(shù)、新材料等諸多領(lǐng)域的研發(fā)速度放緩，加之英特爾對(duì)10nm制程額外看重，希望通過(guò)10nm技術(shù)積累為10nm到7nm制程演進(jìn)做鋪墊，因此耗費(fèi)了更久的時(shí)間。

10nm IceLake晶圓

不過(guò)，時(shí)間終究是推動(dòng)歷史前行的車(chē)輪，英特爾10nm制程工藝，以及英特爾第10代酷睿處理器，即將與我們見(jiàn)面！

一、10nm IceLake制程架構(gòu)特性解析

首先我們需要弄清楚兩個(gè)問(wèn)題：

其一，英特爾10nm制程工藝代號(hào)為IceLake，但架構(gòu)名稱(chēng)不再用IceLake來(lái)統(tǒng)一命名，其架構(gòu)名稱(chēng)為Sunny Cove。

其二，英特爾10nm IceLake處理器正式落地之后，沒(méi)有意外的話(huà)，首批將全部是移動(dòng)級(jí)處理器，也就是U系列或Y系列處理器，暫時(shí)沒(méi)有桌面級(jí)處理器，這也意味著英特爾第九代酷睿沒(méi)有U/Y系列低電壓處理器，同時(shí)新的桌面級(jí)處理器很可能依舊是14nm制程，此前曝光代號(hào)為Comet Lake。

接下來(lái)我們看看10nm制程架構(gòu)的詳細(xì)特性：

首先來(lái)看IceLake平臺(tái)。全新的10nm IceLake平臺(tái)在性能表現(xiàn)上借助了AI功能，支持DL Boost、支持Dynamic Tuning機(jī)器學(xué)習(xí)，它能夠動(dòng)態(tài)地分配GPU與CPU的負(fù)載與功耗，雖然并非10nm平臺(tái)新技術(shù)，但對(duì)于IceLake處理器的性能表現(xiàn)有明顯的幫助。

此外，10nm IceLake平臺(tái)全面支持雷電3接口、Wi-Fi 6無(wú)線(xiàn)通信模塊、4K 60FPS HDR視頻播放、更快的、更高質(zhì)量的HEVC編碼，并借助全新的GEN 11核顯，支持1080分辨率電競(jìng)游戲的流暢運(yùn)行。

IceLake平臺(tái)特性

在新特性方面，10nm IceLake平臺(tái)具備以下幾點(diǎn)：

一，全新的Sunny Cove微架構(gòu)；

TIPS：以下是關(guān)于Sunny Cove微架構(gòu)技術(shù)特性的分析

Sunny Cove微架構(gòu)主要聚焦在ST單核性能、全新ISA及并行性三個(gè)方面的優(yōu)化和改進(jìn)，Sunny Cove微架構(gòu)主要解決以下四個(gè)問(wèn)題：

其一、增強(qiáng)的微架構(gòu)，可并行執(zhí)行更多操作。

其二、可降低延遲的新算法。

其三、增加關(guān)鍵緩沖區(qū)和緩存的大小，可優(yōu)化以數(shù)據(jù)為中心的工作負(fù)載。

其四、針對(duì)特定用例和算法的架構(gòu)擴(kuò)展。例如，提升加密性能的新指令，如矢量AES和SHA-NI，以及壓縮/解壓縮等其它關(guān)鍵用例。

對(duì)于處理器來(lái)說(shuō)，IPC強(qiáng)弱與CPU性能有直接關(guān)系。英特爾在Sunny Cove微架構(gòu)IPC性能提升方式上給出了三個(gè)字：更深（deeper）、更寬（wider）、更智能（smarter）。

更深方面，Sunny Cove微架構(gòu)表現(xiàn)在L1容量的增加，從32KB增加到48KB，而且L2緩存、uop、TLB緩存都更大；

更寬主要體現(xiàn)在執(zhí)行管線(xiàn)上，Sunny Cove微架構(gòu)分配單元從4個(gè)增加到5個(gè)，執(zhí)行接口從8個(gè)增加到10個(gè)，L1 Store帶寬翻倍。

而想要讓更深、更寬發(fā)揮出應(yīng)用的實(shí)力，那么就需要有更好的算法。Sunny Cove的smarte就是為此而設(shè)計(jì)。英特爾研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)在解答這個(gè)問(wèn)題時(shí)主要提及兩個(gè)方面，其一是提高分支預(yù)測(cè)精度，其二是減少延遲。另外英特爾還為Sunny Cove微架構(gòu)配置了加密解密指令集，并在A(yíng)I、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、矢量等方面進(jìn)行全方位改進(jìn)。因此對(duì)于PC用戶(hù)來(lái)說(shuō)，無(wú)論是消費(fèi)級(jí)還是服務(wù)器用戶(hù)，Sunny Cove微架構(gòu)帶來(lái)的變化要比10nm這個(gè)制程節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)更有意義。

Sunny Cove微架構(gòu)示意圖

二，高帶寬、低延遲特性；

三，全新的內(nèi)存控制器，支持LP4/x-3733和DDR4-3200高速內(nèi)存；

四，搭載性能更強(qiáng)，最高擁有64EU、1TFLOP運(yùn)算能力的GEN 11核芯顯卡；

五，支持10bit 4K 60FPS、10bit 8K 30FPS視頻編碼；

六，支持5K 60FPS或4K 120FPS、DP 1.4以及BT.2020色域

七，高達(dá)16MP圖像處理器單元。

從新特性來(lái)看，10nm IceLake平臺(tái)的主要升級(jí)點(diǎn)除了新架構(gòu)之外，最重要的是提升了圖形、顯示部分的性能表現(xiàn)。

10nm制程工藝新特性及芯片架構(gòu)示意

10nm IceLake將PCH封裝到一個(gè)芯片上，而PCH芯片則由14nm制程工藝打造。集成Wi-Fi 6 GIG+和新的電源管理，整合802.11ax，并能夠更好的控制CPU和PCH的能耗和功耗。

PCH采用14nm工藝打造

此外，Audio DSP是英特爾第8代酷睿時(shí)候就具備的功能，它的主要作用是支持低功耗下的語(yǔ)音喚醒。而相對(duì)于8代酷睿來(lái)說(shuō)，英特爾對(duì)10代酷睿的Audio DSP做了進(jìn)一步優(yōu)化，在功耗表現(xiàn)更好。另外在I/O接口方面沒(méi)有新的變化。

二、10代酷睿處理器封裝規(guī)格與基本參數(shù)

了解了制程架構(gòu)相關(guān)信息之后，我們來(lái)看看英特爾10代酷睿的相關(guān)規(guī)格。

首先來(lái)看處理器封裝規(guī)格。英特爾10代酷睿針對(duì)9W和15W功耗處理器進(jìn)行了不同規(guī)格的封裝，9W處理器芯片規(guī)格為26.5×18.5×1.0mm，針腳間距0.43mm；15W芯片規(guī)格為50×25×1.3mm，針腳間距0.65mm。二者均采用BGA封裝，插槽規(guī)格分別為1526和1377。

處理器封裝規(guī)格

兩種尺寸的10代酷睿芯片

英特爾10代酷睿首批產(chǎn)品擁有酷睿i3、酷睿i5以及酷睿i7三個(gè)型號(hào)，沒(méi)有酷睿i9。TDP主要為9W、15W、28W，采用4核8線(xiàn)程，緩存為8MB，最高頻率4.1GHz。

其中，英特爾酷睿i3全部、以及酷睿i5絕大部分處理器顯卡為UHD核顯，酷睿i5極少數(shù)型號(hào)以及酷睿i7最高支持英特爾Iris Plus核顯，且最高支持64EU銳炬核顯。

此外前面也提到了，10代酷睿支持LP4/x-3733以及DDR4-3200規(guī)格高速內(nèi)存條。

英特爾10代酷?；緟?shù)

TIPS：關(guān)于基本參數(shù)的分析

從基本參數(shù)來(lái)看，英特爾10代酷睿在核心數(shù)上與第8代酷睿相比沒(méi)有變化，TDP基本保持一致。9W主要放在Y系列上，相對(duì)8代酷睿的Amber Lake Y系列7W TDP來(lái)說(shuō)，略有提升；15W主要放在U系列處理器上，與8代酷睿相比保持不變。

不過(guò)細(xì)心的朋友可能發(fā)現(xiàn)了，英特爾10代酷睿頻率有所下降，Max Turbo最高到4.1GHz，這可能會(huì)導(dǎo)致英特爾10代酷睿在跑分上與8代酷睿相比提升較少。

另外，之所以降低頻率，主要原因是一部分TDP分配給了GEN 11核顯，為了平衡功耗，降低主頻是必須去做的妥協(xié)。

三、GEN 11核顯規(guī)格分析

GEN 11核顯是英特爾10代酷睿非常重要的一個(gè)新要素。在年初的CES上，英特爾透露了GEN 11核顯的基本信息。在架構(gòu)層面，英特爾GEN 11核顯最高集成64個(gè)執(zhí)行單元（EU），而第9代核顯只有24個(gè)。它們分為四個(gè)區(qū)塊(slice)，各有兩個(gè)媒體取樣器、一個(gè)PixelFE、載入/存儲(chǔ)單元，每個(gè)區(qū)塊又細(xì)分為兩個(gè)子區(qū)塊(sub-slice)，都有自己的指令緩存、3D取樣器。

GEN 11核顯架構(gòu)渲染圖

英特爾對(duì)EU內(nèi)的FPU浮點(diǎn)單元進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，不過(guò)FP16單精度浮點(diǎn)性能沒(méi)有變化，同時(shí)每個(gè)EU繼續(xù)支持七個(gè)線(xiàn)程，共512個(gè)并發(fā)流水線(xiàn)，同時(shí)重新設(shè)計(jì)了內(nèi)存界面，三級(jí)緩存增大至3MB。

Iris Plus最大能達(dá)到64EU

另外GEN 11核顯支持Adaptive Sync（適應(yīng)性同步）技術(shù)，相對(duì)于NVIDIA G-Sync來(lái)說(shuō)成本更低。

伴隨GEN 11核顯而來(lái)的，還有全新的顯卡控制界面。該界面除了針對(duì)顯卡的各項(xiàng)調(diào)試功能之外，還支持超過(guò)40款游戲的入庫(kù)和快捷啟動(dòng)。同時(shí)我認(rèn)為，全新的顯卡界面也是在為英特爾Xe獨(dú)顯做準(zhǔn)備。

全新的顯卡控制面板

Command Center細(xì)節(jié)

TIPS：關(guān)于GEN 11核顯更多信息

其實(shí)除了最大的64EU規(guī)格，再向下也有32EU規(guī)格核顯，主要放在酷睿i3和低端的酷睿i5處理器上。

Iris Plus也是10代酷睿的一大亮點(diǎn)，64EU主要放在酷睿i7處理器上。另外，高端的酷睿i5處理器和酷睿i7處理器也會(huì)搭載Iris核顯。

此外，顯卡主頻提升到了1.1GHz

四、10nm IceLake創(chuàng)新生態(tài)解讀

與以往新制程平臺(tái)單純聚焦處理器芯片不同，英特爾10nm IceLake更強(qiáng)調(diào)整個(gè)創(chuàng)新生態(tài)。因此在10nm IceLake處理器、GEN 11核顯之外，Wi-Fi 6 GIG+、Optane H10混合固態(tài)盤(pán)、Thunderbolt 3擴(kuò)展以及AI層面的性能、功耗輔助等，應(yīng)該與處理器放在一起去看，這才是一個(gè)完整的10nm IceLake。

首先來(lái)說(shuō)Thunderbolt 3。

3月初，英特爾宣布向USB Promoter Group開(kāi)放Thunderbolt協(xié)議規(guī)范，從這一刻開(kāi)始，無(wú)論是PC設(shè)備、平板設(shè)備，還是任何形式的外接擴(kuò)展設(shè)備，都可以免版稅的形式構(gòu)建兼容Thunderbolt標(biāo)準(zhǔn)的芯片。與此同時(shí)，USB Promoter Group宣稱(chēng)將發(fā)布基于Thunderbolt協(xié)議的USB 4規(guī)范。

這意味著，在該標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議框架下，USB 4物理連接器將與Thunderbolt 3和TYPE-C相同，帶寬方面得到提升，達(dá)到40Gbps，這與Thunderbolt 3接口一致，也就是說(shuō)，USB 4規(guī)范將兼容Thunderbolt 3。

雷電3接口功能強(qiáng)大

Thunderbolt 3是目前最強(qiáng)的物理接口，雙向帶寬達(dá)到40Gbps，是現(xiàn)有速度最快的USB TYPE-C 3.1 Gen 2接口的四倍，且雷電3接口支持4K 60fps視頻傳輸，支持100W PD協(xié)議供電，支持外接桌面級(jí)顯卡，因此可以說(shuō)是目前最為強(qiáng)大的接口擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)有的雷電平臺(tái)架構(gòu)

全新的雷電平臺(tái)架構(gòu)，主要優(yōu)化了CPU和PCH通路，使其具備更高的效率

在10nm IceLake平臺(tái)上，英特爾對(duì)Thunderbolt 3架構(gòu)做了新的優(yōu)化，對(duì)比上面兩張架構(gòu)圖，其實(shí)大家可以很明顯的看出以往和現(xiàn)在雷電平臺(tái)架構(gòu)的差異。主要就是優(yōu)化了CPU、PCH到接口物理層的結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)傳輸效率更高，延遲更低。

同時(shí)，英特爾在10nm IceLake平臺(tái)上直接植入ThunderBolt 3，包括入門(mén)級(jí)的酷睿i3平臺(tái)。

Wi-Fi 6 GIG+也是英特爾10nm IceLake的重要組成部分。

目前，Wi-Fi 5為802.11AC標(biāo)準(zhǔn)，QAM最高為256；Wi-Fi 6為802.11AX標(biāo)準(zhǔn)，QAM最高為1024。擁有更快的響應(yīng)速度、更強(qiáng)的穩(wěn)定性和更快的速度。延遲降低75%、覆蓋范圍提升4倍，支持更多設(shè)備的穩(wěn)定連接。

性能方面，160MHz頻寬Wi-Fi 6 GIG+最高可以做到1.68G傳輸速度，相對(duì)于80MHz頻寬標(biāo)準(zhǔn)的2×2 Wi-Fi 6有3倍的速度優(yōu)勢(shì)。同時(shí)相對(duì)于80MHz頻寬標(biāo)準(zhǔn)2×2 AC而言，速度提升40%。

標(biāo)準(zhǔn)2×2 AC與AX速率對(duì)比

英特爾Wi-Fi 6無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡擁有兩種規(guī)格，采用了全新的設(shè)計(jì)，如下：

兩種規(guī)格的Wi-Fi 6模塊

左側(cè)是基于14nm制程打造2230規(guī)格無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，右側(cè)是基于28nm制程打造的1216規(guī)格網(wǎng)卡。

總體來(lái)說(shuō)，英特爾Wi-Fi 6具有以下兩大明顯優(yōu)勢(shì)：

其一，支持多設(shè)備連接，更穩(wěn)定；

其二，對(duì)延時(shí)有更好的管理和控制。

年初CES，英特爾公布了全新的傲騰H10混合固態(tài)盤(pán)，相對(duì)于以往的Optane Memory來(lái)說(shuō)，傲騰H10混合固態(tài)盤(pán)主要在于把Optane Memory與英特爾QLC固態(tài)硬盤(pán)整合在了一起。因此將Optane Memory的非易失性存儲(chǔ)特性以及低延遲、快速響應(yīng)、性能一致性等特點(diǎn)。與英特爾QLC 3D NAND技術(shù)的高單元密度、低成本特性，很好的結(jié)合在了一起。

傲騰混合式固態(tài)盤(pán)特性

作為10nm IceLake生態(tài)上的重要一環(huán)，英特爾傲騰H10混合式固態(tài)盤(pán)，可將文檔打開(kāi)速度提高2倍；多任務(wù)處理狀態(tài)下，游戲啟動(dòng)速度提高60%；媒體文件打開(kāi)速度提高90%。相對(duì)于普通NAND固態(tài)硬盤(pán)而言，傲騰混合式固態(tài)盤(pán)擁有更快的速度、更好的性能。與獨(dú)立的TLC 3D NAND固態(tài)盤(pán)系統(tǒng)相比，英特爾傲騰混合式固態(tài)盤(pán)不僅能夠更快地訪(fǎng)問(wèn)常用應(yīng)用和文件，還能加速后臺(tái)活動(dòng)的響應(yīng)。

傲騰H10混合固態(tài)盤(pán)擁有三種規(guī)格：16GB（英特爾傲騰內(nèi)存）+256GB（存儲(chǔ)）、32GB（英特爾傲騰內(nèi)存）+512GB（存儲(chǔ)）、32GB（英特爾傲騰內(nèi)存）+1TB存儲(chǔ)。

五、10nm IceLake性能標(biāo)準(zhǔn)

目前，英特爾10nm IceLake只是處在發(fā)布狀態(tài)，產(chǎn)品還未正式落地，不過(guò)10nm整體進(jìn)程的推進(jìn)速度應(yīng)該有所加快。所以在性能層面，目前我們只能通過(guò)英特爾的官方數(shù)據(jù)來(lái)窺知一二。

英特爾在發(fā)布10nm IceLake處理器與GEN 11核顯的同時(shí)，特意強(qiáng)調(diào)了1080P電競(jìng)游戲的流暢運(yùn)行。通過(guò)下面圖標(biāo)可見(jiàn)，搭載Intel Iris Plus核顯的10代酷睿處理器能夠在相應(yīng)的畫(huà)質(zhì)模式下，較為流暢的運(yùn)行一些常見(jiàn)的電競(jìng)游戲，如CS:GO、彩虹六號(hào)、坦克世界、堡壘之夜等，相對(duì)于現(xiàn)階段8代酷睿的UHD 620核顯來(lái)說(shuō)，圖形性能提升還是比較大的。

1080P電競(jìng)游戲運(yùn)行幀數(shù)

在處理器性能上，英特爾目前只給出了15W單線(xiàn)程的表現(xiàn)，從下圖可見(jiàn)，10代酷睿性能提升接近1.5倍，大概為1.48倍左右。如果以相鄰代數(shù)性能提升倍數(shù)做參考的話(huà)，性能提升幅度不算很大。

15W單線(xiàn)程性能

IPC是處理器性能的重要指標(biāo)。Sunny Cove微架構(gòu)為10代酷睿帶來(lái)了18%的IPC性能提升，相對(duì)于SkyLake微架構(gòu)有1.4倍的提升。另外這里需要說(shuō)明的是，英特爾給出的IPC提升18%數(shù)據(jù)是通過(guò)5個(gè)Benchmark測(cè)試出來(lái)的結(jié)果，18%是一個(gè)平均下來(lái)的水平線(xiàn)。

另外，結(jié)合單線(xiàn)程1.48倍性能以及之前提到的主頻來(lái)看，其實(shí)可以看出英特爾10代酷睿為了保證GEN 11核顯的性能，因此將CPU與GPU之間的功耗分配做了一定的平衡。

IPC提升18%

此外，10代酷睿在引入AI加速之后，能夠更好的動(dòng)態(tài)控制能耗和功耗，智能化的挑選最優(yōu)核去做高負(fù)載任務(wù)，給處理器核心效率（注意是核心效率）帶來(lái)不小的提升。

英特爾AI加速有三個(gè)層面：一是CPU通過(guò)深度學(xué)習(xí)降低延時(shí)；二是也可以用GPU來(lái)進(jìn)行智能的應(yīng)用加速；三是擁有更好的性能表現(xiàn)。

TIPS：關(guān)于英特爾AI加速功能的說(shuō)明

英特爾AI加速功能主要是通過(guò)AI技術(shù)，分析并判斷出哪些核心處于最優(yōu)狀態(tài)，在高負(fù)載任務(wù)時(shí)會(huì)優(yōu)先選擇這些核心來(lái)承擔(dān)負(fù)載。

而以往英特爾加速功能是隨機(jī)選擇核心來(lái)承擔(dān)負(fù)載，這些核心可能并未處在最優(yōu)狀態(tài)，所以有可能造成效率的滯后。

DL Boost AI加速

六、結(jié)語(yǔ)

英特爾10nm制程工藝可謂是“千呼萬(wàn)喚始出來(lái)”，而英特爾第10代酷睿又是第一代10nm制程落地的產(chǎn)品，所以其重要性不言而喻。無(wú)論是關(guān)注這個(gè)領(lǐng)域的普通消費(fèi)者，還是行業(yè)內(nèi)的合作伙伴，亦或是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都在盯著英特爾10代酷睿，其最終表現(xiàn)究竟如何，還是需要產(chǎn)品上市之后再做檢驗(yàn)。

英特爾10代酷睿

不過(guò)，英特爾通過(guò)10代酷睿給業(yè)界帶來(lái)了一個(gè)新的信號(hào)，即生態(tài)化、平臺(tái)級(jí)的創(chuàng)新或?qū)⒅鲗?dǎo)未來(lái)PC產(chǎn)業(yè)的方向。

伴隨10代酷睿處理器，英特爾還帶來(lái)了新的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新的存儲(chǔ)技術(shù)、新的AI技術(shù)、更強(qiáng)大的圖形技術(shù)以及最先進(jìn)的接口技術(shù)，這些技術(shù)將為基于10代酷睿平臺(tái)打造的PC產(chǎn)品帶來(lái)全方位的體驗(yàn)，而不僅僅是局限在處理器一個(gè)部件上的比拼。

其實(shí)對(duì)于占比極大的普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，處理器計(jì)算能力已經(jīng)足夠滿(mǎn)足90%以上的應(yīng)用需求。相反，存儲(chǔ)瓶頸、接口瓶頸、網(wǎng)絡(luò)瓶頸卻在影響著我們的體驗(yàn)、制約著效率的提升，Wi-Fi 6、Thunderbolt 3、Optane H10正式解放這些瓶頸的關(guān)鍵所在，相比一味提升處理器性能，全方位的提升才能帶給我們體驗(yàn)更好、更全面的設(shè)備，這才是英特爾10nm、10代酷睿的價(jià)值所在。