英特尔 Lakefield 系列处理器上市:多项新技术的「实验」

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技术编辑:芒果果丨发自 思否编辑部
SegmentFault 思否报道丨公众号:SegmentFault

英特尔正式推出 Lakefield 系列处理器,这款原定于 2019 年下半年推出的处理器已于近日发布,今日开始在部分市场正式推出。Lakefield 两款新型号,Core i3 和 Core i5 包含 5 个内核。

就 CPU 而言,两款新型号的处理器在频率上有所不同,总体性能也有差别。Core i3 和 Core i5 均具有 Gen11 GPU,但 Core i3 包含 48 个执行单元,而 Core i5 具有 64 个。

这两种 SoC 均提供五个内核,其中包括一个四核 Tremont 小内核集群和一个大型 Sunny Cove 内核。需要注意的是,Sunny Cove 核心在 Lakefield 上不支持超线程。

Core i3 和 Core i5 的目标 TDP为 7 W,使其几乎达到无风扇设备的最大可能值。这两款芯片采用倒装芯片芯片级封装(FC-CSP),尺寸为 12x12x1 毫米。这些芯片还带有 8 GiB 的 LPDDR4x-4267 POP 存储器。

Core i3 和 Core i5.png

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目前,Lakefield 处理器还没有推出 i7 系列,随着产品的改进我们将看到新的“ i7-L17G7”或类似的产品。

Lakefield 待机功耗降低 91%,效率提升 25%

8500Y 是具有 Gen9.5 GPU 架构的 24 个 EU 的双核微处理器。与 Lakefield 一样,8500Y 集成了芯片组封装,尽管没有 3D 堆叠。8500Y 具有 2 个具有多线程功能的 Skylake 级 CPU 内核,而 Lakefield 仅具有一个不带多线程功能的 Sunny Cove 内核以及 4 个 Tremont 内核。
与 8500Y 相比,英特尔称新的 Lakefield 型号能够将待机功耗降低多达 91%。就功率效率而言,在诸如 WebXPRT 3 之类的基准测试中,它们报告的每瓦得分最高可提高 25%。英特尔表示 SNC 在 SPEC CPU2006 上的得分可提高 12%,在图形方面,性能也应该明显更好。i5-16G7 包含 64 个执行单元,这是 8500Y 的 2.67 倍,因此,尽管突发频率较低,但性能应有显著提高。

英特尔建议这两款芯片的售价可定为 281 美元,由于这是 OEM 产品,因此实际价格要低得多。目前,英特尔正在积极为这些产品定价,高端 Core i7-8500Y 预计定价为 393 美元。

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与 Arm big.LITTLE 架构相似,提供高单线程性能和高吞吐量服务

尽管异构多核芯片在移动领域并不是新事物,但在 x86 领域却是新事物。Lakefield 是首批具有两种完全不同的核心体系结构的 x86 产品。与 Arm 的 big.LITTLE 架构非常相似,可以利用高吞吐量的工作负载将以更纤薄的高能效内核享受更高的电源效率,而不是针对峰值性能的大型内核。

对于复杂的工作负载,强大的核心可以在需要时提供更高的性能从理论上讲,也应适用于其他类型的产品,例如同时提供高单线程性能和高吞吐量性能的服务器部件。

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除了硬件之外,还需要高级调度来做好这项工作。 看看 Windows 能否根据 SoC 提供的反馈迁移工作负载,将是一件很有趣的事情。 如果英特尔希望在更广泛的产品组合中使用这项技术,获得这一权利是至关重要的。

尽管如此, Lakefield还是做出了牺牲。 为了简化过程迁移,Tremont 核心和 Sunny Cove 核心都被减少到了对称 ISA 支持的最小公分母。 

这意味着没有 AVX,AVX2,和 AVX512 的支持,虽然核之间迁移工作负载变得简单,但也遗漏了过去十年中引入的许多出色的矢量指令。

在2009年的一篇 HPCA 论文中,英特尔提出了一系列的算法和操作系统的改进,这些算法和改进将允许具有重叠但不完全相同的指令集的异构内核正常工作。 这种支持可以使未来的 Lakefield 芯片在小核上支持 SSE 4.1,同时在大核上提供全面的 AVX512支持。 

2018 年英特尔“架构日”上,路线图要点之一提到 Tremont 的后继者 Gracemont 是“矢量性能”。矢量性能可能意味着许多不同的东西,而且尽管可能的选择是 AVX 支持。 在小核心上引入 AVX 是一个有点奇怪的选择,但是它将升级对所有核心的 ISA 支持,以支持他们选择支持的 AVX 扩展。

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Tremont上没有大的矢量支持,这是磁芯占用极少硅面积的部分原因。实际上,按照他们目前的设计,整个Tremont集群的大小几乎与单个Sunny Cove核心的大小相同。四核Tremont群集应接近或可比四核Haswell组的整数性能,同时提供更高的功率效率。这些是很好的 PPA 数据,Lakefield 的整个计算芯片仅占 82 平方毫米,采用最新的第二代(10nm +)工艺封装了 4.05B 晶体管。

全新热粘合流程,优化封装技术

Lakefield 利用英特尔的 Foveros 技术对基模进行3D 堆栈处理。为了利用该公司最新的高密度高性能晶体管,计算机模具在10nm + 上制造,基模在22FFL 上制造。

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22FFL 是英特尔公司对成本敏感的低功耗工艺,可用于制造许多待机逻辑和其他可从低泄漏晶体管中受益的模拟 I / O 电路。例如,Lakefield,所有 PCIe PHY 已从计算芯片移至基本芯片。Lakefield 的基础裸片比计算裸片稍大,仅占 92mm²,封装了 6.5 亿个晶体管。

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散热技术对于 3D 堆叠是一个巨大的挑战,即使是只有 7 W 的 Lakefield 也是如此。Lakefield 已经引入了许多优化措施来帮助散热。

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考虑到 Lakefield 将计算模块有效地夹在 POP 存储器和基本模块之间,确保热量能够有效地逸出计算模块是非常重要的。在这些技术中,英特尔推出了一种新的热粘合流程,旨在消除计算芯片和 DRAM 内存之间的气隙。此外,为了确保适当缓解热点,许多物理设计工作也投入到了工作中。厚金属层也用于改善导热性,并将击中点分布在热点上。我们希望在封装和硅片上看到更多此类优化,以改善未来器件的散热空间。

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目前,已有两款硬件产品宣布使用 Lakefield 的处理器,包括将于本月上市的三星 Galaxy Book S 和将于今年下半年上市的联想 X1 Fold。

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