Intel评价苹果M1：没你们想象中那么好，不信来看数据...

简单谈谈十一代酷睿（选读）

本文选读部分再花点笔墨，简单谈谈移动平台十一代酷睿。十一代酷睿移动处理器的代号名为Tiger Lake。这代处理器主体上有三个关键词：10nm SuperFin制造工艺、CPU采用Willow Cove架构、GPU核显是Intel最新的Xe。其他组成部分还包括I/O支持PCIe 4.0、雷电4、LPDDR5，还有升级版的AI能力（Gaussian Neural Accelerator）等。

（1）10nm SuperFin工艺

Intel的10nm SuperFin工艺，仔细算起来应该是Intel的第三代10nm工艺了（也可能是第四代）。如果昙花一现的Cannon Lake不算的话，那么也已经是第二代。初代10nm工艺，此前我撰文详细介绍过；新一代的10nm SuperFin应该算是Intel 10nm工艺的真正成熟版。

一个重要的依据是，十代酷睿（Ice Lake）虽然IPC有着15%-20%的提升，意即同频性能相比再上一代酷睿（Whiskey Lake）有15%-20%的提升。但十代酷睿的频率（主频与睿频）却降了10%-20%，大约在4.2GHz左右，故IPC性能提升就被抵消了，虽然理论上会更省电。十代酷睿频率降低，很大程度上与当时的10nm尚不成熟有关。

Tiger Lake的CPU就再次回到了5.0GHz的水平，这表明10nm SuperFin起码应付高频率已经没问题了。不过其产能可能仍是问题，毕竟很快要发布的桌面版十一代酷睿Rocket Lake，仍会延续14nm工艺。有关10nm SuperFin的具体改进，我会在后续的文章中详细介绍。本文主要来谈谈Willow Cove架构和Xe核显。

（2）Willow Cove处理器核心

Willow Cove也就是目前十一代酷睿移动版处理器的CPU架构。Intel宣称，Willow Cove比上一代（Sunny Cove，十代酷睿）的性能提升了10%-20%。事实上，Willow Cove和Sunny Cove的微架构设计基本上差不多，包括分支预测器、解码、ROB、TLB、后端执行、load/store等。这两者的差异，除了10nm SuperFin工艺带来更高的频率（以及可能同频更省电），还包括：L2、L3 cache更大，以及CET（控制流强制技术）。

Willow Cove的最重要微架构变化，应该主要来自cache架构调整。其中Sunny Cove的L2 cache为包含式512KB 8-way，而Willow Cove的L2 cache变成了非包含式1.25MB 20-way。cache size的提升，是能够显著提升缓存命中率的。当然尺寸加大，也会增加访问时延。

包含式（inclusive）的意思，就是指L1 cache中的每一行内容，在L2 cache中都有相同的一份。而非包含式就是两级cache没有这种关系，不过也因此实现缓存一致性原则就需要有额外的晶体管实施，也就需要额外的芯片面积，并可能带来一定的功耗影响。

这一代CPU的L3 cache部分提升到了12MB，增大了50%；只不过关联性从16-way 8MB变成了12-way 12MB。L2、L3 cache的这种调整应该能够带来IPC的小幅提升，功耗、面积的提升则可能会因10nm SuperFin的工艺改进而填平。

除了Cache变化，Willow Cove的另一个加强就是CET（Control-Flow Enforcement Technology，控制流强制技术）。这属于处理器安全方面的调整，用于抵御返回、跳转式的恶意攻击，通过page追踪实现返回地址保护；还有Indirect Branch Tracking（间接分支追踪）来抵御错误的跳转/调用目标。

CPU外围还有一些变化，主要是存储子系统——如前文所述开始支持LPDDR5-5400。不过现有主流实施普遍都是DDR4-3200、LPDDR4X-4266，也就是内存带宽有提升。而且Tiger Lake整个芯片上开始采用双向的双ring互联，这对内存敏感型应用场景应该也是有价值的。

（3）Xe GPU核显

十代酷睿的Gen11核显相比Intel此前的处理器，在性能上实则已经有个显著飞越了。无奈市面上的竞争对手都越来越彪悍，所以十一代酷睿的Xe-LP架构核显更上了一层楼。如果不考虑系统设计中内存带宽的限制，Xe可以说是目前性能最强悍的核显（可能需要排除苹果M1）。Xe-LP同等电压下可以达到远高于上一代Gen11核显的频率，这和10nm SuperFin工艺当然也是分不开的。

有关Xe的详情，未来我也有计划独立撰文。Xe是Intel 2018年宣布的一种GPU架构产品，大方向包括3种不同的微架构，Xe-LP（集成和入门级独立GPU）、Xe-HP（狂热爱好者、数据中心）和Xe-HPC（HPC集群）。所以移动版十一代酷睿集成的就是Xe-LP GPU。

原本十代酷睿的Gen11核显包含了64个EU（执行单元）。每个EU有2组4-wide ALU，其中一组面向FP/INT，另一组针对FP/Extended Math型计算。Xe-LP架构中，每个EU现有10个ALU（8+2），其中8个ALU支持2xINT16和INT32数据类型运算，有个新的DP4a指令可加速INT8 inference工作。Tiger Lake的Xe-LP GPU总共有96个EU。

Xe-LP的每2个EU共享一个单线程的控制模块，可做合作任务的分派。16个EU构成一个所谓的subslice，根据性能需求，这些subslice可按需增加。与上一代的差别在于，每个subslice都有独立的L1数据和纹理cache，像素后端每2个subslice每周期跑8个像素。另外Xe-LP有独立的16MB L3 cache，连接到memory fabric的接口部分带宽翻倍。

从实际情况来看，Tiger Lake之上的Xe算力表现靠谱，不过会较大程度受制于数据传输带宽。从现有十一代酷睿超级本的实际游戏体验，与跑分的差异能够看得出来——所以Xe应用于Tiger Lake感觉略有些匆忙。这个问题理论上会在十二代酷睿Alder Lake上得到解决（更高的内存频率）。

有关Xe核显另外值得一提的是，它开始正式支持AV1解码加速，其他一些流行的codec也有编解码带宽的翻倍，即硬解8K 60fps支持，“12bit端到端视频管线”。而在显示支持部分，Tiger Lake扩展至4条4K显示管线：Display Port 1.4、HDMI 2.0、雷电4、USB 4 Type-C四输出同时到位。

所以前文中提到Intel嘲讽M1在显示输出方面的表现局限。另外显示引擎也支持HDR10、12bit BT2020色彩、最高360Hz刷新率和自适应同步。

有关Intel的10nm SuperFin工艺，以及Xe核显更多技术方面的内容更新，可关注我的面包板。我会将这些内容更新在面包板博客上。

责编：Luffy Liu