芯東西（公眾號：aichip001）
作者 |? 云鵬
編輯 |? 李水青
芯東西9月(yue)20日(ri)消息，近日(ri)英特爾與智東西在內(nei)的少(shao)數業內(nei)媒(mei)體進行(xing)了深入(ru)交流，針(zhen)對最新(xin)Meteor Lake處理器在工藝、架(jia)構(gou)(gou)、封裝、AI等方面(mian)的技術新(xin)特性進行(xing)了深入(ru)解構(gou)(gou)分析。
新(xin)一代Meteor Lake處理(li)器采用了(le)(le)Intel 4制程工藝，Intel 4利(li)用了(le)(le)用極紫外光刻技(ji)術(shu)(shu)（EUV），重(zhong)點在(zai)于優化能(neng)效；架構層面其首次(ci)增加了(le)(le)“低功(gong)耗島能(neng)效核(he)”；Foveros封裝技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)應用成為了(le)(le)架構改革的(de)(de)基礎；同時英特爾在(zai)AI方面首次(ci)將神經網絡處理(li)器（NPU）集成到了(le)(le)客戶端(duan)芯片(pian)中。
一、重點押寶EUV，簡化工藝提升良率，能效比成Intel 4關鍵優勢
具體來看，在(zai)工藝制程方面，根(gen)據英特(te)爾IDM 2.0戰略，英特(te)爾計劃在(zai)四年(nian)里實現(xian)五個制程節點的(de)迭代(dai)，并在(zai)2025年(nian)走到領先的(de)位置。目前臺積電和三星兩大芯片代(dai)工巨頭也(ye)在(zai)先進制程方面投入(ru)較大，英特(te)爾實現(xian)這一目標面臨(lin)著(zhu)不小的(de)壓力。
Intel 4這一代工藝利(li)用EUV技(ji)術(shu)改善了芯片良率，同時縮小了晶(jing)片面積，以實現更(geng)高的能效。在(zai)交流中(zhong)英特爾提(ti)到，Intel 4這代工藝對(dui)他們(men)來說(shuo)十(shi)(shi)分重要，對(dui)后續幾個制程(cheng)節點的推進(jin)十(shi)(shi)分關鍵。
與(yu)Intel 7相(xiang)比(bi)，Intel 4的面積微縮在(zai)2倍(bei)左右，邏輯庫性(xing)能(neng)更高(gao)，對EUV光刻(ke)技(ji)術的工藝進行了(le)(le)簡(jian)化，同(tong)時其專門針對高(gao)性(xing)能(neng)計算應(ying)用進行了(le)(le)優化，相(xiang)比(bi)上(shang)代，iso功率性(xing)能(neng)提升了(le)(le)20%。基于Intel 4工藝的高(gao)密度MIM電(dian)容器，其供電(dian)性(xing)能(neng)相(xiang)比(bi)上(shang)代也有一定提升。
據稱英特爾在(zai)EUV光(guang)刻技術方面進(jin)行了大量投資(zi)，目標是簡化、改進(jin)互(hu)連架(jia)構設計。
根據公開數(shu)據，一臺(tai)典(dian)型(xing)EUV光刻(ke)機的價格為(wei)1.8億英鎊，重量(liang)為(wei)180噸，需要(yao)四架波音747和35輛卡車運輸(shu)，目前EUV光刻(ke)機的獨家供應商為(wei)荷蘭ASML。
EUV光(guang)刻技(ji)術可(ke)以顯著簡(jian)化互連架構的(de)制程工(gong)(gong)藝，同時(shi)支持微縮，可(ke)以讓Intel 4工(gong)(gong)藝中的(de)掩碼減少20%，工(gong)(gong)藝步(bu)驟減少5%。
值(zhi)得一提的是，Intel 4兼容EMIB和Foveros等先進封裝技術。
二、先進封裝成新架構實現基礎，讓“芯片DIY”更自由
提到(dao)先進(jin)封裝(zhuang)技(ji)術(shu)，英(ying)特爾(er)從(cong)Meteor Lake開始，將Foveros技(ji)術(shu)引(yin)入到(dao)客戶端(duan)產(chan)品中。
Foveros能做什么？
實際上目前英特爾(er)大部分客戶端處理器的單片式晶片中都包含CPU、GPU、PCH等眾(zhong)多功(gong)能模塊，隨著這些(xie)功(gong)能日益(yi)多樣化(hua)且變(bian)得(de)越(yue)來越(yue)復(fu)雜(za)，設計和制造這些(xie)單片式系統級芯(xin)片的難度越(yue)來越(yue)大，成本也越(yue)來越(yue)高。
Foveros封裝技(ji)術可以(yi)利用高(gao)(gao)密(mi)度、高(gao)(gao)帶寬、低功耗互連(lian)等特性，把(ba)采用多種制(zhi)程(cheng)工(gong)藝制(zhi)造的(de)這些模(mo)塊組(zu)合(he)成“大型(xing)分離式模(mo)塊架構”，從而組(zu)成晶片復(fu)合(he)體。
具體來看，Meteor Lake主要(yao)包含(han)三個大的(de)模塊(kuai)，包括圖形模塊(kuai)、使用Foveros 36X間距晶(jing)片間互(hu)連(lian)的(de)SoC模塊(kuai)以及采用Intel 4制(zhi)(zhi)程(cheng)工藝(yi)制(zhi)(zhi)造的(de)計(ji)算模塊(kuai)。
在(zai)技術(shu)指標方面，Foveros封裝技術(shu)可以實(shi)現36u的凸點間距(ju)，跡線寬度(du)在(zai)1微米(mi)以內，凸點密度(du)提高了近(jin)8倍，跡線長度(du)在(zai)2毫米(mi)以內。同(tong)時Foveros封裝技術(shu)可以實(shi)現160GB/s/mm的帶寬，功耗小于0.3Pj/位。
比較直(zhi)觀的來(lai)看，相比12代的Raptor Lake，Foveros封裝(zhuang)減(jian)少了(le)低功(gong)耗晶片互連的分區開銷(xiao)，更(geng)小的區塊提高(gao)了(le)晶圓良率，英(ying)特爾甚至(zhi)可以(yi)為每個區塊選擇更(geng)適合(he)的硅工(gong)藝，同時(shi)，這(zhe)一封裝(zhuang)對于(yu)(yu)SKU創建(jian)的簡化也(ye)有利于(yu)(yu)英(ying)特爾提升定制服務能力。
據英特爾介紹，他(ta)們(men)正在大力投資晶圓級組裝的Meteor Lake以(yi)及未來的新(xin)項(xiang)目(mu)，這些新(xin)產(chan)線(xian)可以(yi)為Foveros Direction 9微米等項(xiang)目(mu)提供產(chan)能。
三、40年來重大架構轉變，能效依然是提升重點
在(zai)架構方面，英特爾(er)稱(cheng)基于Intel 4制程工藝的Meteor Lake是英特爾(er)迄今為(wei)止能效最高的客戶端處理器(qi)，并(bing)且(qie)可以提(ti)供多種AI功能。
英特爾甚至將Meteor Lake稱為“40年來重大的架構轉變，為未來PC創新奠定基礎(chu)”，可見其對于此次架構升級的重視。
Meteor Lake的“分離(li)式(shi)模(mo)塊架構”由四個模(mo)塊組成，通(tong)過英(ying)特爾(er)的Foveros 3D封裝技術進行連(lian)接(jie)。
其(qi)中計算模(mo)塊(kuai)（Compute Tile）同樣是(shi)“能(neng)效核(he)(he)+性能(neng)核(he)(he)”的(de)微架構(gou)，在(zai)功能(neng)方(fang)面有所增強，采用了Intel 4制(zhi)程工藝，在(zai)能(neng)耗(hao)比方(fang)面提升比較(jiao)明(ming)顯。
SoC模(mo)塊（SoC Tile）集成了神經網絡(luo)處理器（NPU），可以提(ti)升PC運(yun)行AI應用(yong)時的能效(xiao)表現，同時兼(jian)容OpenVINO等標準化程序接口，便(bian)于AI的開發和應用(yong)普及。
比較值得(de)注意的(de)是(shi)，英特(te)爾此次在直連到SoC結構的(de)SoC模塊上添加了新的(de)低(di)功耗島(dao)能(neng)效(xiao)核，這一變化適合應對新的(de)低(di)功耗工(gong)作負載，優化了節能(neng)和(he)性能(neng)間的(de)平衡。
在英(ying)特(te)爾(er)看來(lai)，新增(zeng)的(de)(de)低功耗島(dao)能(neng)效核(he)(he)(he)是(shi)混合架構的(de)(de)第一(yi)個重大進展，該架構的(de)(de)首次引入是(shi)在12代(dai)Alder Lake上。新的(de)(de)3D混合架構和計算(suan)模塊上的(de)(de)能(neng)效核(he)(he)(he)、性能(neng)核(he)(he)(he)進行協同，進一(yi)步提升了整個處理器的(de)(de)能(neng)效比(bi)表現。
Meteor Lake架構中的SoC模塊支持Wi-Fi 6E、支持8K HDR和AVI編解碼器以(yi)及HDMI 2.1和Display Port 2.1標準。
在圖(tu)形模塊(kuai)（GPU Tile），新(xin)架構集(ji)成(cheng)了英特爾獨立(li)顯(xian)卡中的(de)“同款”圖(tu)形架構，性能相比傳統集(ji)顯(xian)有比較明(ming)顯(xian)的(de)提(ti)升，性能是(shi)上(shang)一代的(de)2倍(bei)。此外(wai)，IO模塊(kuai)（IO Tile）集(ji)成(cheng)了Thunderbolt 4和(he)PCle Gen 5.0。
四、NPU與處理器內部各模塊協同，拆解NPU內部兩大“秘密武器”
AI是今天每家芯片(pian)公司都繞(rao)不過去的一個(ge)重要方向。
此次英特爾第一(yi)次在客戶端(duan)平臺(tai)中集成了(le)NPU，同時該模(mo)塊與處理器(qi)內所有計(ji)算(suan)引擎(qing)的內置(zhi)AI功(gong)能結合，從而實現更高能效的AI計(ji)算(suan)。
比如GPU的高性(xing)能(neng)(neng)并行(xing)性(xing)和(he)(he)高吞吐量適(shi)合(he)在媒體、3D應(ying)用(yong)(yong)程序和(he)(he)渲染(ran)管(guan)線中引入(ru)AI功(gong)能(neng)(neng)，而NPU則(ze)是專用(yong)(yong)低(di)功(gong)耗AI引擎(qing)，更適(shi)合(he)用(yong)(yong)于維(wei)持AI運行(xing)和(he)(he)AI卸(xie)載，CPU則(ze)具有更快的響應(ying)能(neng)(neng)力，適(shi)合(he)輕量級、單推理(li)、低(di)延遲的AI任(ren)務。
Meteor Lake中的(de)這個(ge)NPU采用(yong)了(le)多引擎(qing)架構，配(pei)備了(le)兩個(ge)神經計算(suan)引擎(qing)，可以共同(tong)處理(li)單一負(fu)載也(ye)可以各自(zi)處理(li)不同(tong)的(de)負(fu)載。
對神經計算(suan)引擎進一(yi)(yi)步拆分(fen)，其兩個(ge)(ge)重要(yao)的計算(suan)組件(jian)包括推(tui)理管(guan)(guan)道(dao)(dao)和SHAVE DSP。推(tui)理管(guan)(guan)道(dao)(dao)由一(yi)(yi)個(ge)(ge)乘(cheng)積累加運算(suan)（MAC）陣列、一(yi)(yi)個(ge)(ge)激(ji)活功(gong)能塊和一(yi)(yi)個(ge)(ge)數(shu)據轉換塊組成，通過減少數(shu)據移動并(bing)利(li)用固定功(gong)能運作(zuo)來處理常見的大計算(suan)量任務，實現更高能效。
SHAVE DSP是專門(men)為AI設計的(de)超長指令字/數字信號處理器，其(qi)流式混(hun)合架構向量引擎（SHAVE）可以(yi)與(yu)推理管道(dao)、直接內存(cun)訪問（DMA）引擎一起協(xie)同(tong)，在NPU上進行(xing)并(bing)行(xing)異構計算，提(ti)高性能。
英特(te)(te)爾相(xiang)關高管在(zai)英特(te)(te)爾馬來西亞(ya)科技巡展(zhan)上(shang)提到，AI正(zheng)在(zai)融入我(wo)們生(sheng)活的方方面面，云(yun)端AI存在(zai)其局限性(xing)，AI正(zheng)逐漸走(zou)向邊(bian)緣，在(zai)行(xing)業的關鍵轉(zhuan)折時期，英特(te)(te)爾選擇將AI引入PC端。
Meteor Lake的AI計算與連(lian)接無(wu)關，成本(ben)更低，同時(shi)可(ke)以更好地保護隱私。
結語：能效和AI成英特爾新架構突出特點
縱(zong)觀(guan)此次(ci)Meteor Lake的(de)一系(xi)列工藝、架構、封(feng)裝、AI能(neng)力(li)升級，我們可以(yi)鮮(xian)明地看到能(neng)效(xiao)比(bi)提升以(yi)及AI能(neng)力(li)的(de)下放(fang)是其兩大核心(xin)特點。
如今能效比幾乎是所有先(xian)進(jin)芯片(pian)競爭焦點(dian)中的(de)焦點(dian)，而消費電子終端產品AI能力的(de)提升，也已經成為行(xing)業(ye)大勢所趨，邊緣側的(de)AI落地，離不開芯片(pian)廠商(shang)們的(de)推動。
面向未來五年，英(ying)特爾能(neng)否按照自己的節奏穩步迭代工藝，面向競爭激烈的芯片市場(chang)，英(ying)特爾還(huan)有(you)怎(zen)樣的大招要放出，我們拭目以待。
