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2024-06-10 04:30:02
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作者:周源/华尔街见闻(wen)

英特尔下一代面向AI PC的专(zhuan)用移动AI芯片架构——Lunar Lake,终于(yu)露出全部真容。

6月4日,英特尔CEO帕特·基辛(xin)格(ge)(Pat Gelsinger)在COMPUTEX 2024上正式公(gong)布Lunar Lake架构的所有技术细节:CPU、GPU、NPU性能提升,能耗(hao)降低,综合AI算力达120TOPS,原先剧透消息称这个(ge)数(shu)值超过100TOPS。

与首代酷(ku)睿Ultra Meteor Lake改变(bian)CPU结构相比(bi),完全为(wei)AI PC而设计的Lunar Lake,采用了(le)全新的架构设计:如P-Core(性能核)的Lion Cove架构,E-Core(能效核)的Skymont架构,性能堪比(bi)独显架构Xe2核显,NPU数(shu)量从两颗增加到四颗,首次采用封装级内存(将LPDDR5x内存与计算模(mo)块封装在一起)。

还有,业界轰传(chuan)英特尔采用了(le)台积电代工:用N3B工艺代工计算模(mo)块(Compute Tile),台积电N6负责平(ping)台控制模(mo)块(Platform Controller Tile)代工。

巨变(bian):P/E-Core新架构优(you)势

Lunar Lake架构设计包括七个(ge)方面:模(mo)块化结构、封装工艺、P性能核、E能效核、混合架构与线程调(diao)度、GPU核显、NPU AI引(yin)擎和(he)平(ping)台连接等部分。

这个(ge)新架构的主(zhu)要亮点有三个(ge):首先这是英特尔首次完全采用台积电代工(但(dan)英特尔官方没有加以明确)的芯片;其(qi)次,用这个(ge)新架构的全新AI PC芯片上集(ji)成了(le)LPDDR5x内存,等于(yu)采用这款芯片的笔(bi)记本电脑(nao)无需额外配置内存,类似智(zhi)能手机的SoC(系统级芯片)结构;第(di)三,Lunar Lake用了(le)英特尔Foveros封装工艺。

在计算核心架构层,Lunar Lake拥有4个(ge)P-Core(性能核),4个(ge)E-Core(能效核),共计8线程,即4P+4E/8T。

巨大的设计变(bian)化来自P-Core和(he)E-Core:前(qian)者采用全新Lion Cove架构,后者则使用Skymont架构。这取(qu)代了(le)原先Meteor Lake架构的Cresmont(节能高能效核),而在Core(酷(ku)睿) Ultra上出现的LP E-Core(低功耗(hao)能效核)设计也被放弃。

其(qi)中,E核运行速度与LP-E核心一样,功耗(hao)却仅LP-E内核的30%,在性能上可(ke)提升2倍或4倍(单/多线程)。

更重要的变(bian)化是:E-Core内部不像P-Core那样用Ring总线连接,而是让其(qi)具备LP E-Core的特性,并配合台积电N3B制程效率和(he)新架构设计下每(mei)周期指令数(shu)(IPC:Instructions Per Cycle)提升,从而获得显著的增益效果。

Lion Cove的作用,在技术上,完成了(le)在CPU设计中投入更多的缓存,以此解决CPU性能问题(ti)。随(sui)着CPU系统设计愈发复杂,缓存子系统有必要跟进增加,以此保证性能与执行效率的全面提升。

另外,Lion Cove架构还有个(ge)重大的设计变(bian)革,英特尔甚至认为(wei)这种变(bian)革会对(dui)未来的芯片设计产生深远影响:英特尔将设计重心放在了(le)创建更大规模(mo)的分区(Partition),改变(bian)了(le)以往的小分区(Small Partition)设计。

这种设计的好处是能降低芯片整体的设计成本和(he)复杂度,而未来的设计迭(die)代升级也会变(bian)得更容易。

P-Core采用新的Lion Cove架构,还有能耗(hao)控制方面的好处:P-Core的IPC(每(mei)个(ge)时钟(zhong)周期指令数(shu):Instructions Per Cycle)提升幅(fu)度达30%,动态电源效率提升了(le)20%。

Lunar Lake的E-Core采用的Skymont架构有什么(me)好处呢?

英特尔称,用Skymont架构的E-Core能与上代P-Core性能持平(ping)(E-Core作为(wei)能效核,性能远不如P-Core性能核);不仅如此,在部分工作场景下,性能甚至能超越之。

这如何实现?

Skymont架构使用了(le)全新设计,包括在一个(ge)时钟(zhong)周期内同(tong)时解码并执行9条指令,也就是9宽(kuan)解码,比(bi)上代E-Core的Crestmont架构增加50%。一般来说,解码阶段宽(kuan)度越大,处理(li)器性能越强,能更有效地利用资源,加快(kuai)指令执行速度。

使用这套架构的E-Core,功耗(hao)效率提升明显;在单线程性能提升1.7倍的同(tong)时,功耗(hao)仅为(wei)Meteor Lake LP E-Core的30%;用Skymont E-Core集(ji)群与Meteor Lake的LP E-Core同(tong)时比(bi)较,功耗(hao)相同(tong),多线程性能提升2.9倍。

首次采用封装级内存

Lunar Lake有个(ge)令人惊(jing)叹的技术“创新”:这是英特尔首次采用在处理(li)器内部封装整合内存的做法,英特尔将之称为(wei)“Memory on Package”(封装级内存)。

换句话说,搭载Lunar Lake处理(li)器的笔(bi)记本不支持独立的SO-DIMM标准的内存(LPDDR5x),故而在后期不能扩展内存以升级性能。

若无法扩展内存,岂不是和(he)眼下的超薄笔(bi)记本(内存被集(ji)成在PCB主(zhu)板(ban)上)一样?

Lunar Lake的物(wu)理(li)结构主(zhu)要分三部分:计算模(mo)块和(he)平(ping)台控制器模(mo)块,这两部分沿用了(le)Meteor Lake的分离式模(mo)块化设计方式,组成了(le)Lunar Lake的计算性能核;为(wei)了(le)加固计算核心结构,英特尔还加一个(ge)没有电路和(he)性能功能的填料模(mo)块(Filler Tile)。

计算模(mo)块(整合了(le)最新的Xe2 GPU、第(di)四代NPU、IPU)、平(ping)台控制器模(mo)块,加上那个(ge)没有实际作用的填料模(mo)块,通过英特尔的Foveros封装工艺,将之封装在基础模(mo)块(Base tile)上,变(bian)成一个(ge)整体。

相比(bi)前(qian)代,Xe2 GPU的游(you)戏和(he)图形性能提升1.5倍,AI吞吐量提升超3.5倍,算力高达67 TOPS。

内部通信(xin)方面,计算模(mo)块通过Home Agent、Coherency Agent等连接主(zhu)要单元,平(ping)台控制器模(mo)块则通过IO Coherency连接,以确保内部的一致(zhi)性,最终实现高效通信(xin)。

Lunar Lake的技术亮点,或称为(wei)重大的设计变(bian)化,在于(yu)之上封装了(le)两颗内存。在CPU平(ping)面图的上半部分,封装了(le)两颗64bit 32GB LPDDR5X(SO-DIMM标准)内存:最高频率8500MHz,每(mei)颗芯片有四个(ge)16-bit通道,总容量最高为(wei)32GB。

英特尔称这种设计能节省40%的功耗(hao)和(he)释放多达250平(ping)方毫米的主(zhu)板(ban)面积,故而能显著提升电池续航,从而留出更多空间给笔(bi)记本的其(qi)他(ta)设计。

作为(wei)一款面向AI PC的AI芯片架构,Lunar Lake用全新的NPU 4和(he)Arc Xe2-LPG核显提供AI动力。NPU 4在INT 8上的算力达48TOPS,大幅(fu)超过微软Copilot+ AI PC算力标准(40TOPS),从而满足未来的AI PC性能需求。

其(qi)中,对(dui)比(bi)此前(qian)的Meteor Lake的NPU区区11.5TOPS算力,Lunar Lake的NPU增加了(le)两倍数(shu)量,内存带宽(kuan)增加1倍,时钟(zhong)速度从1.4GHz提高到1.95GHz,故而达成48 TOPS和(he)约2-4倍的整体性能。

Lunar Lake的NPU 4,叠加Arc Xe2-LPG核显后,其(qi)综合算力高达120TOPS,但(dan)缺点是全负荷(he)运行耗(hao)电量会相应增多。

这个(ge)问题(ti)怎么(me)解决?英特尔有办法。

英特尔通过与微软合作,将英特尔硬(ying)件(jian)线程调(diao)度器(ITD:Intel Thread Director)做了(le)增强,旨在与微软Windows Copilot以及其(qi)他(ta)AI助(zhu)手做针对(dui)性优(you)化。

英特尔表示,有了(le)新的线程导向器,Windows现在能创建containment zones,将大多数(shu)实际工作负载让Skymont E核承担,解决综合算力高企带来的耗(hao)电量增加问题(ti),以保证用户(hu)的高效续航体验。

Lunar Lake的架构师设计创新点确实不少,比(bi)如英特尔还取(qu)消了(le)超线程技术。在常见的笔(bi)记本电脑(nao)时钟(zhong)速度下,Lunar Lake的E核性能竟然(ran)比(bi)Meteor Lake的P核更强,单线程性能提升高达20%,四个(ge)Lion Cove P核还实现了(le)IPC高达14%的性能提升。

据英特尔的预定计划(hua),Lunar Lake将于(yu)今年三季度

发布于(yu):上海市
版权号:18172771662813
 
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