Intel Meteor Lake處理器全面解析

Intel 終于在Innovation 2023上正式揭曉Mete or Lake處理器，做為Intel在2023年下半年推出的新一代產(chǎn)品，采用全新核心架構(gòu)、設(shè)計方法、功能和命名方式，將為筆電帶來前所未有的效能和AI能力。 ?

Intel Meteor Lake 處理器背景和發(fā)展

提到Meteor Lake系列處理器，Intel在2021年的IDM 2.0演講中首次透露該系列處理器的消息，并確認(rèn)它已經(jīng)完成基于最新制程技術(shù)的計算模塊（compute tile）的設(shè)計。隨后，Intel 在各種活動中逐步揭露更多關(guān)于Meteor Lake處理器的信息和細(xì)節(jié)，例如在2022年的Hot Chips會議上展示下一代路線圖，強(qiáng)調(diào)芯片堆疊和芯片化（chiplet）的未來。

段落大綱

Intel Meteor Lake 處理器背景和發(fā)展

Intel Meteor Lake 處理器芯片堆疊設(shè)計

最新最強(qiáng)的CPU/GPU核心

Intel Meteor Lake SKU 配置

Intel Meteor Lake 性能預(yù)期

Intel Meteor Lake 正式推出時間 ? ?

Meteor Lake 處理器是繼 Raptor Lake 處理器之后新一代產(chǎn)品，它不僅使用了新的工藝技術(shù)，也采用全新核心架構(gòu)。同時，它也是Intel第一個完全采用芯片堆疊設(shè)計的客戶端處理器，利用最新的封裝技術(shù)Foveros。 ? 作為第一代 Meteor Lake 系列處理器，玩家可以期待具備以下特性：

三重混合 CPU 架構(gòu) （ P / E / LP-E 核心）

全新 Redwood Cove （P-核心）

全新 Crestmont （E-核心）

H/P 系列最多 14 個核心（6+8）、U 系列最多 12 個核心（4+8）

Intel 4 制程節(jié)點用于 CPU，臺積電用于 tGPU

Intel Xe-MTL GPU具有最多128個EU

支持最高LPDDR5X-7467 和 DDR5-5200

支持最高96GBDDR5和64GB LPDDR5X容量

Intel VPU 用于 AI 推論，具有 Atom 核心

x8 Gen 5 線路用于獨立 GPU （僅 H 系列）

支持三個 x4 M.2 Gen 4 SSD

四個 Thunderbolt 4 接口

另外，新一代Meteor Lake架構(gòu)處理器僅會在筆電平臺上推出，并不會推出桌面處理器版本，盡管Meteor Lake是采用新的Core Ultra形式命名，但桌面版的處理器仍是以Intel 14代作為延續(xù)。而新的 Core Ultra 命名形式則是會以 Meteor Lake 作為第一代，后續(xù)將會在其他筆電和桌上型處理器上采用。所以，新的芯片將不再使用傳統(tǒng)的Core i3、Core i5、Core i7和Corei9的品牌，而是改為Core 3、Core 5、Core 7和Core 9。這些變化將反映在品牌字符串、文本和產(chǎn)品徽章上。

舊命名方案：Core i3、Core i5、Core i7、Core i9

新命名方案：Core 3、Core 5、Core 7、Core 9

Intel Meteor Lake 處理器芯片堆疊設(shè)計

在 Meteor Lake 處理器上，Intel 采用全新芯片布局，包括不同的功能模組或芯片，它們有各自不同的 IP。在大多數(shù)Meteor Lake處理器上會發(fā)現(xiàn)一共有四個模塊，包括CPU、GPU、SOC和IOE。這四個模組都使用內(nèi)部和外部的制造流程，代表有些模組是由Intel自己制造，而其他的則是由第三方廠商如臺積電制造。 ? 主要的CPU模組將使用Intel 4（7nm EUV）制程節(jié)點，而SOC模組和IOE模組則將采用臺積電的6nm制程節(jié)點（N6）。tGPU 也是 Meteor Lake 處理器的重要組成部分，它是 iGPU （Tiled-GPU）的新名稱，并使用臺積電的 5nm 制程節(jié)點。簡單總結(jié)一下：

Compute Tile?計算模塊：Intel 4 （7nm EUV）

Graphics Tile?圖形模塊：臺積電 5nm

SOC?模組：臺積電 6nm

IO?模組：臺積電 6nm

? 其中的計算模塊可以在不同的核心數(shù)、核心代數(shù)、節(jié)點和緩存之間進(jìn)行完全擴(kuò)展。Intel 不僅可以在其 Foveros 3D 封裝處理器中混合和匹配不同的核心架構(gòu)，還可以向上或向下擴(kuò)展到不同的節(jié)點。而圖形模塊也可以在核心數(shù)、節(jié)點和緩存方面進(jìn)行擴(kuò)展。 SOC 模塊也可以根據(jù) SKU 的不同而向上或向下擴(kuò)展，此處主要是低功耗 IP （指 VPU）、SRAM、IO 和可擴(kuò)展的電壓設(shè)計。最后一個模塊是I/O擴(kuò)展器，或簡稱IOE，該模塊在通道數(shù)、帶寬、協(xié)議和速度方面都可以完全擴(kuò)展。

這些圖表雖然只是用于說明目的，但它們顯示一個 tGPU 區(qū)塊從 4 個 Xe 核心（64 EUs）擴(kuò)展到 12 個 Xe 核心（192 EUs）的特點。此外，根據(jù)同一張圖片中的芯片拍攝，可以看到8個Xe核心（128 EUs），這8個Xe核心包括前述的128個矢量引擎、2個幾何管線、8個采樣器、4個像素后端和8個光線追蹤單元。每個Xe核心都包含16個256位的矢量引擎和192KB的共享L1快取。介紹完各個模塊之后，就到了封裝階段，為此，Intel 展示了 CPU 芯片是如何排列在一起的。最上層有一個背面金屬化層，也是 Foveros 被動芯片所在的地方，而其下層則是剛剛討論過的模塊，這些模塊使用 36um 間距（芯片對芯片）的互連連接到基礎(chǔ)模塊。基礎(chǔ)模塊具有大電容，并具有用于 IO/電源傳遞和 D2D 路由的金屬層。 ? Intel 還提供基礎(chǔ)模塊金屬層的特寫，其中包含 3D 電容和芯片對芯片的電源傳遞以及封裝 I/O 路由。每個金屬層都是模塊化的，具有用于邏輯和內(nèi)存的主動硅。頂部和底部有封裝凸塊，用于與頂部和底部層互連。

這里顯示的配置也是針對移動平臺的芯片，具有6+8 （6 P-Core + 8 E-Core）的布局，可以注意到CPU/IOE模塊和圖形模塊之間有兩個D2D（芯片對芯片）連接，導(dǎo)入SOC模塊。這是Foveros 3D封裝的一部分，Intel表示在主要的芯片上方有一個被動的互連器，它是基于Intel自己的22nm制程，這個互連器目前沒有任何作用，但該公司計劃未來使用更先進(jìn)的封裝技術(shù)以便在其中使用主動芯片。Intel Meteor Lake 處理器不使用 EMIB 技術(shù)。

? Meteor Lake在新的Intel 4制程技術(shù)和優(yōu)化的幫助下，能夠達(dá)到比前一代Alder Lake CPU更高的最大渦輪功率，Intel展示了一個老派的比較，顯示MeteorLake CPU在I/O能力方面相比HaswellCPU有多大的進(jìn)步。Intel也提到價格問題，指出隨著新一代晶圓價格的上漲，開發(fā)單芯片設(shè)計的成本也會增加。

Intel 筆電處理器系列比較

最新最強(qiáng)的CPU/GPU核心

從前文我們已經(jīng)提到，Intel Meteor Lake 的計算模組再次采用混合架構(gòu)的布局，P-Core 使用全新的 Redwood Cove 架構(gòu)，E-Core 則是 Crestmont。與以往一樣，每個 Redwood Cove 核心都將支持 SMT，而 Crestmont 核心則不支持 SMT，這是 E-Core 的常見現(xiàn)象。在IPC提升方面，Intel 4制程節(jié)點本身應(yīng)能帶來20%的功耗比提升。 ? 所以談到核心本身，P-Core是針對高效能而設(shè)計的，通過提高整體芯片效率、增加每核帶寬、改進(jìn)性能監(jiān)測單元，以及通過Intel的Thread Director改進(jìn)反饋。每個 P-Core 都有 2MB ML 快取、64KB I-Cache 和 48KB Data Cache。

E-Core 部分 Intel 表示對比前一代 E-Core（Gracemont）相比有顯著的提升，包括 IPC、AI 加速、增強(qiáng)分支預(yù)測和通過最新版本的 Intel Thread Director 改進(jìn)反饋。E-Core 最多有 4MB L2 快取、32KB Data Cache（帶 ECC）和 64KB 的 I-Cache。

SoC 模塊中還有一個低功耗版本的相同架構(gòu) E-Core 核心，主要用于實現(xiàn)最大效率，而標(biāo)準(zhǔn) E-Core 則提供高效多線程性能。 Intel 也更新了其 Thread Director 技術(shù)，它可以幫助為任何特定工作負(fù)載分配最佳核心。Meteor Lake 將通過 Thread Director 以及 Windows 中的 OS 特定優(yōu)化來實現(xiàn)調(diào)度改進(jìn)。

網(wǎng)友@Locuza_?早前提供了一個Meteor Lake處理器die的解剖照（上圖），里頭可見Meteor Lake有2個P-Core和2個E-Core集群，共8個E-Core。每個P-Core都有3MB L3快取，而每個E-Core集群也有3MB L3快取。至于 L2 快取，Redwood Cove 架構(gòu)似乎有 2MB，先前的 Gold Cove 架構(gòu)則有 1.25MB，而每個 Cresmont 架構(gòu)集群似乎有 3MB L2 快取。 ? 在GPU方面，Intel將利用其Arc Alchemist圖形架構(gòu)Xe-LPG版本，這個芯片將在圖形模組中搭載128個EU，并使用TSMC的5nm制程節(jié)點。據(jù)報道，其iGPU內(nèi)顯可以達(dá)到2.2GHz時脈速度，這與Alchemist桌上型版本在更高TDP下能夠達(dá)到的速度相當(dāng)，應(yīng)該能讓FP32計算性能達(dá)到4.5TFLOPs，相比于Reaptor Lake-H處理器上的Iris Xe 96 EU圖形，能帶來2.25倍計算能力提升。由于AMD的RDNA GPU有不同的架構(gòu)，并且以不同的方式計算FP32 TFLOPs，所以無法與之進(jìn)行比較，但先前有制造商指出Intel內(nèi)顯效能逼近RTX 3050，看起來Intel可能會在與AMD的Radeon 700MiGPU競爭上取得領(lǐng)先優(yōu)勢。 ? 此外，在 Meteor Lake 上搭載 Alchemist 架構(gòu)也意味著將支持 DirectX 12 Ultimate 和 XeSS 等一系列功能，這些功能到目前為止只限于 Intel 桌上型 Arc 顯示卡陣容。當(dāng)然，也別忘了傳聞中備受期待的Adamantine 快取也是一大看點，據(jù)說它將出現(xiàn)在一些 Meteor Lake SKU 上，最高可達(dá) 128MB 容量，這個快取對于通常缺乏帶寬的內(nèi)顯來說是一個重大的提升。由于 Adamantine L4 快取也能被計算模塊使用，因此可以帶來更快的啟動時間和相比于將數(shù)據(jù)移動到主 DRAM 而言更低的延遲。 Intel還展示了 Xe-LPG 圖形IP各個部分性能提升的分解，大多數(shù)部分如頂點處理、三角形繪制、像素混合和計算都提升了2.1~2.6倍，但深度測試速率相比 Raptor Lake 提升了 6.6 倍。此外，由于有硬件加速光線追蹤支持，這部分也能得到 2.64 倍的提升。Intel 一直在努力加強(qiáng)其驅(qū)動程序和軟件生態(tài)系統(tǒng)，所有這些努力都將滾動到 Meteor Lake 上的 Xe-LPG。 ? 而實際上來說，我們目前已經(jīng)看到 7 款 SKU 信息曝光，它們都是 MTL-H 系列的一部分，擁有 14 和 12 核心的配置。 Intel Core Ultra 9 185H 似乎是目前看到最快的 SKU，擁有 14+2 核心，20+2 線緒，24MB L3快取，以及最高 5.1GHz 的加速時鐘。談到時脈，Meteor Lake作為Intel 4制程節(jié)點的第一代產(chǎn)品，與經(jīng)過優(yōu)化的Intel 7制程節(jié)點相比，勢必會有一些數(shù)字下降。但話又說回來，Intel最快的第12代Corei9-12900HK處理器在推出時也只能達(dá)到5.0GHz，而它的后繼者則將時脈提高了額外400MHz（Core i9-13900HK）。所以5.1GHz以及更高的頻率對于Intel 4來說是一個很好的開始，隨著工藝技術(shù)和Intel EUV實現(xiàn)的改進(jìn)，未來數(shù)字只會越來越好。

Intel 10 – Core i9-11980HK – 5.0 GHz（最高時脈）

Intel 7 – Core i9-12900HK – 5.0 GHz（最高時脈）

Intel 7 – Core i9-13900HK – 5.4 GHz（最高時脈）

Intel 4 – Core Ultra 9 185H – 5.1 GHz（最高時脈）

其余 SKU 及其相關(guān)規(guī)格如下表所示（請注意，這些規(guī)格在 Intel 正式公布之前都不是最終的）。

Intel Meteor Lake 性能預(yù)期

目前當(dāng)然還沒有任何正式的數(shù)字能實際測試判斷，但預(yù)期 Meteor Lake 處理器在增加了新核心后，性能會有不錯的提升。早前已經(jīng)看到過一些曝光，其中這些芯片比現(xiàn)有的 Raptor Lake 處理器略快一些，而這些也都還是早期的工程樣品。一旦最終的CPU和GPU性能數(shù)字開始出現(xiàn)，將看到更大的提升。效率也將是 Meteor Lake 處理器的一個重要優(yōu)勢，因為它們是圍繞筆電平臺設(shè)計的。以下是最近泄漏出來的 Core Ultra 7 155H 和 Core Ultra 5 125H 基準(zhǔn)測試結(jié)果，在多線程性能測試中，前者超過 Core i9-13900H，后者則是已超過 Core i7-13700H。