技术力井喷！深度解析英特尔11代酷睿处理器

zhaorong · 发表于 2020-9-8 16:15:05

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。

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4K60fps10-bit和8K
30fps 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。

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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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