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Intel架構日2020發表全新6大技術:包含Tiger Lake、Xe HPG遊戲顯示卡、Sapphire Rapids與Alder Lake與新技術解說 (下篇)

文.圖/Johan 2020-08-14 14:10:10
Intel於北美8月13日舉辦線上Architecture Day 2020 (架構日2020),由Raja Koduri主持,這次以6大技術主軸出發,包含「製程與封裝」、「XPU架構」、「記憶體」、「互連機制」、「安全性」、「軟體」等面向,來說明Intel這次的發展藍圖。

Tiger Lake SoC架構,相較於前代Ice Lake有著更好的性能,以及更棒的其他特色,將讓消費者完全改觀!


(01) 上篇:2021年的產品:Xe HPG、Sapphire Rapids、Alder Lake等
(02) 下篇:2020年的產品:Tiger Lake (本篇)

Tiger Lake採10nm SuperFin製程,最強悍規格筆電平台

由於上篇介紹的產品,大多都是2021年才會推出,本篇就先來比較會先推出的Tiger Lake平台吧!這個Tiger Lake平台可說是加入了許多新技術,值得以一整篇的文章來好好介紹!

Intel預計2020年底前推出Tiger Lake平台,這將是Intel有史以來最強悍的筆電平台!由於Intel的Ice Lake平台筆電也才在2020年初才發表,雖然也是採用10nm製程所生產,但由於Ice Lake-U和Ice Lake-Y瞄準在低功耗筆電處理器,最高等級只到Core i7,無法跟AMD的Ryzen 4000U對抗,至於GPU更是只能看到別人的車尾燈,使得Ice Lake筆電的吸引力,不若同樣號稱是第10代的Comet Lake-S筆電那樣的效能強勁!

正因此,這次Intel的Tiger Lake行動處理器平台,採用自家最新10nm SuperFin製程,可融合其14nm級的高時脈優勢與其他主要架構的特色,讓Tiger Lake可以達到5.0GHz的時脈,等於能直接跟Ryzen 4000H等級的處理器相抗衡!

Tiger Lake電晶體採用Intel全新SuperFin製程,讓其可以疊更多更強悍的功能


Tiger Lake可上5.0GHz,並提升安全性

Intel最早採用10nm製程、Sunny Cove微架構的Ice Lake,雖然具有出色的IPC (每秒執行指令數),但在時脈上已經無法調高 (最高版本Core i7-1065G7基礎時脈為1.3GHz,最高時脈只有到3.9GHz),因此為了解決時脈過低的問題,Intel開發了新的10nm SuperFin技術,先前是叫做10nm+,但這次不再放加號,是代表這次的製程不是只有在節點上縮小而已,而是搭配新的混搭技術,讓其可以在配置先進製程的電晶體之下,同時還維持舊製程的高時脈效能,成為結合兩項優點的處理器製品。有關於製程方面,可以參考上篇的簡述。

Tiger Lake採用新的Willow Cove微架構,比Sunny Cove更強悍!快取也重新設計,安全性機制亦可防堵最新駭客攻擊


Tiger Lake使用Willow Cove微架構(純大核設計),頻寬比上一代Sunny Cove提升的一倍,並變成新的雙環(Double ring)架構。簡單來說,Willow Cove就是Sunny Cove的大改版,透過Intel SuperFin的製程技術,並首度整合新的Xe GPU內顯,讓Tiger Lake成為效能大怪獸!不僅在CPU時脈上可以高達5GHz,在GPU效能也能達到2.6 TFLOPS的水準(接近GTX 1650的2.9 TFLOPs)。而Tiger Lake的晶片體積算是非常小,可完美內建在筆電裡面,成為輕電競筆電。

以往Sunny Cove只能達到近4.0GHz,現在Willow Cove可以進一步達到4.5GHz以上,甚至高達5.0GHz的時脈,電壓容許值也更高!


實測結果,Tiger Lake效能更高、反應也更快

在Intel架構日2020線上發表會現場中,也展示以Willow Cove和Sunny Cove這兩款CPU,來測試Web Expert 3的效能,其運用到HTML5與JavaScript語言,透過高負載的一連串測試,來讓瀏覽器展現出處理器在處理多重任務時的效能爆發程度,在下圖裡面,就可以看到藍色曲線(Sunny Cove架構的Ice Lake處理器)時脈比較低,而黃色曲線(Willow Cove架構的Tiger Lake處理器)時脈都比較高,從此可以看出Tiger Lake在處理網站瀏覽應用時,擁有更高的效能與反應時間。

以Web Expert 3測試效能,Willow Cove (黃線)比Sunny Cove (藍線)的時脈還要高,因此在效能上與反應時間都比較好


內建Xe LP GPU,高達96 EU,媲美GTX 1650等級

至於在iGPU (內顯)方面,這次Tiger Lake不再使用先前的Intel UHD Graphics或Iris Graphics,而是直接內建最新Xe LP GPU核心,不僅提供更高頻寬,並支援更多記憶體種類。透過雙環的內部互連機制,來連接CPU與GPU核心。透過這樣的技術,在Ice Lake時代,其內部的頻寬已經提升一倍,而這次在Tiger Lake時,我們又透過SuperFin製程技術,來改善電壓和頻率的彈性擴充與調配功能。且根據產品定位,也將最後階的快取提升50%,從原先12MB提升到24MB的容量,以便可以提升整體效能表現。

Tiger Lake內建Xe LP GPU,擁有更好的效能與能效,提高達96 EU (執行單元)以及.8MB L3快取,在記憶體與互連機制上也提升更高頻寬


透過上述的技術之下,記憶體頻寬可以高達86GB/s,在支援的記憶體方面,透過系統記憶體可支援到DDR4-3200或LPDDR4x-4267,甚至未來的LPDDR5-5400,讓繪圖效能能夠比以往的產品更強悍!此外,這次在記憶體方面也加入了TME (Total Memory Encryption,全記憶體加密)機制,透過XDS AES的加密解密演算法,以防止駭客透過直接傾倒記憶體內容的方式來偷取機敏資料。

Tiger Lake的互連機制與記憶體設計上,以雙環設計讓頻寬倍增,搭配最後階快取提高50%,且在記憶體方面也支援DDR4-3200 / LP4x-4267 / LP5-5400,有更高的頻寬,並具備全記憶體加密機制


如前述,Tiger Lake的iGPU效能,可以達到2.6 TFLOPS的水準(比Radeon Vega 8的2.253 TFLOPs還高,並可上看GTX 1650的2.9 TFLOPs)。就算不搭獨顯的話,也能執行一些輕量級的3A遊戲,讓每一台Tiger Lake筆電都是輕電競筆電!

RDNA算啥?我有GNA 2.0處理器,降低CPU使用率

有鑑於Intel早在其CPU加入AI指令集,這次Intel也把AI相關的指令集,像是NNI (Neural Network Intelligence,神經網路智慧)架構指令集,也下放到Tiger Lake CPU裡面,並應用在GPU裡面,搭配其GNA (Gaussian and Neural Accelerator) 2.0架構的低功耗加速器,讓Tiger Lake的TDP功耗達到每毫瓦1 GigaOps,最高可高達38 GigaOps。其應用的情境,包括環境降噪、會議記錄轉譯、內容和對話追蹤等AI相關應用,可讓這些應用所需要的CPU功耗降低,以達到更高的電池續航力!

Intel GNA 2.0低功耗處理器,透過AI指令集,來讓降噪應用情境的CPU耗用率降低到20%左右


ISOC埠顯示直連,支援更高畫素攝影鏡頭

因為在現代化行動處理器裡面,上述的應用情境可說是特別多,因此CPU內建這種低功耗功能可說是非常重要,尤其當今疫情關係,時常會需要遠距會議、上課,這時能兼顧畫質與低功耗的電腦就非常重要。既然提到了顯示方面,這次Tiger Lake在成像方面也進步不少。不僅支援更多的螢幕輸出,且支援更高解析度與畫質。這樣一來頻寬需求也會增加,因此Tiger Lake將記憶體至顯示單元之間的通道加入了64位元的直接資料路徑,叫做ISOC埠,可直接繞過各SoC架構中間的所有內部互連機制所造成的延遲。

在顯示與IPU6部份,提供更高解析度與畫質,且支援高達6組感測器(攝影鏡頭),解析度可達4K90,畫素達4200萬


如今,顯示資料透過ISOC埠,就可以輕鬆支援到高達64GB/s的頻寬,並可以用在攝影鏡頭上,藉由專屬的IPU(影像處理單元)來進行成像,以實現更低的功耗與更快的反應速度。如今可以支援到多達6組感測器(如Camera),並支援到4K90以及高達4200百萬畫素的視訊品質!相較於初期產品只支援到4K30和2700畫素來說,這次Tiger Lake在視訊應用方面也更加強悍!

內建Thunderbolt 4與USB4,PCIe也是Gen.4

再來看看周邊I/O傳輸部份,這次Tiger Lake直接導入了完全通過產業測試驗證的Thunderbolt 4和USB4規格,內建的顯示埠採用USB-C埠內部Thunderbolt規格之DisplayPort埠來進行螢幕輸出,此外根據不同的SKU產品設定,Tiger Lake針對電競筆電方面也可以新增了一個DPN埠,讓獨立顯示卡的視訊資料能與其內建的USB-C埠來進行多路切換輸出,如此就不會降低內外顯的效能。

在I/O方面,整合了Thunderbolt 4與USB4。內顯透過USB-C輸出,並支援獨顯的混合輸出。並支援PCIe 4規格,提供比透過PCH還快100ns的傳輸時間


當然,這次在PCIe規格部份,我們這次也支援到PCIe Gen. 4,不僅讓GPU傳輸效率提升,對於SSD來說也能直接發揮PCIe Gen. 4的全速效果,而不需要再透過PCH晶片組的PCIe通道。相較於Ryzen 4000行動家族的PCIe還是Gen. 3來說,這次Tiger Lake的PCIe 4果然更強悍,能讓電競筆電的整體效能完整釋放。到時候,也許新世代支援PCIe 4的獨顯,以及更多PCIe Gen.4的SSD,都可以在下世代的電競筆電看到!

你要的省電功能,Tiger Lake也都一應俱全

而為了提升電池續航力和效能,這次Tiger Lake使用了兩組獨立的電源管理設計,透過自主的DVFS功能,其可根據SoC架構和記憶體系統的工作負載及頻寬,來從電壓和頻率之間進行低延遲的彈性調配,以讓處理器能在最高功率上來運作。當然不只是運算方面,包含其他附加功能也是以這樣的架構來設計。並提高我們完全內建的穩壓器效率。同時在深度睡眠(C-State)時,也幾乎把CPU的所有邏輯電路都關閉掉,已達到最佳化電源效率。

在電源管理設計方面,其自主DVFS功能可根據工作負載及頻寬,來彈性調配電壓與頻率的使用,搭配其他元件也能降低功耗,來達到電源效率使用最佳化


老虎出閘,終於有效能強悍又兼具省電的筆電處理器!

綜合上述Tiger Lake的各項功能解說,可以發現Intel真的硬起來。與Ice Lake相比,這次Tiger Lake不僅在製程技術上面擁有重大的突破,採用10nm SuperFin製程,讓其可以兼顧高時脈與低功耗的需求。再搭配採用Willow Cove微架構的幫助之下,使其IPC效能再次提升。

至於在內顯方面,其採用Xe LP繪圖晶片,搭配其AI指令集,除可兼顧現有輕電競玩家需求,並在新興的AI領域應用中,滿足客戶的需求。此外,在頻寬方面,更支援到PCIe 4.0,並率先支援到LPDDR5記憶體,I/O方面更直接支援Thunderbolt 4與USB4,且內建更智慧的省電機制,讓筆電要強則強、要省則省,要擴充有擴充,無所不能。

Intel早在CES 2020時,就預告Tiger Lake將重新定義「可攜性」,為筆電帶來全新的智慧級效能與能效表現


總之,這次的Tiger Lake算是全新設計的處理器平台,並非以前那樣在擠牙膏。也因此可以看出,這次Intel為什麼對於Tiger Lake寄予如此厚望,從2020年CES初步發表時,就以全新世代的筆電新體驗,來讓使用者改觀。總之,等2020年底前,應該就有Tiger Lake的筆電上市了!想買全能型筆電的玩家們,也許可以再觀望!

更多細節,可參考:Intel Architecture Day 2020影片

延伸閱讀:

(01) Intel架構日2020發表全新6大技術:包含Tiger Lake、Xe HPG遊戲顯示卡、Sapphire Rapids與Alder Lake與新技術解說 (上篇)
(02) Intel架構日2020發表全新6大技術:包含Tiger Lake、Xe HPG遊戲顯示卡、Sapphire Rapids與Alder Lake與新技術解說 (下篇) (本篇)

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