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英特尔酷睿Ultra黑科技揭秘 何以成为AI PC的基石?

  2023年12月15日,英特尔在北京举办以“AI 无处不在,创芯无所不及”为主题的2023英特尔新品发布会暨AI技术创新派对,英特尔酷睿Ultra处理器正式发布,也就是代号为Meteor Lake的全新一代产品。

  首先说明一下,从Meteor Lake开始,英特尔的处理器命名规则发生了重大变化,原有酷睿品牌拆分为针对旗舰级的全新英特尔酷睿Ultra以及针对主流级产品的英特尔酷睿处理器品牌,这次发布的正是酷睿Ultr,a也就是正统的第一代酷睿Ultra。

英特尔酷睿Ultra黑科技揭秘 何以成为AI PC的基石?

  本次发布的酷睿Ultra系列处理器共有8款,包括4款U系列和4款H系列,最高16核心22线程的酷睿Ultra 7 165H的最大功耗可以达到64瓦(PL1),明年还会有最高运行频率高达5.1GHz的Ultra 9 185H推出,最大功耗来到115瓦。

  作为AI PC的基石,酷睿Ultra在架构方面的变化可以说是史诗级的,堪称英特尔40年来之最。概括起来可以从下面三个方面讲。

  首先是制程,这是英特尔首个基于Intel 4制程工艺打造的处理器平台,Intel 4是英特尔“四年五制程节点”的关键一环,Intel 4的量产标志着顺利导入了EUV,也就是极紫外光刻。

  因此晶体管密度得以提升2倍,同时Intel 4优化了CPU高性能逻辑库,较于Intel 7制程工艺的408nm高性能库高度,Intel 4的240nm达到了2倍的逻辑库面积缩减。因此从工艺角度讲,Intel 4相比Intel 7就实现了20%的能效提升。

  第二个是创新的分离式模块架构,实现了更灵活的平台设计。这里引入一个Tile(片)的概念,整个芯片由计算模块(Compute Tile)、SoC模块(SoC Tile)、图形模块(GPU Tile)以及IO模块(IO Tile)组成。全新设计的SoC模块(低功耗岛,Low Power Island)是Meteor Lake里的重点,里面有全新的低功耗能效核心,这相当于一个低功耗的迷你CPU,进一步优化节能与性能间的平衡。此外这里还集成了内存控制器、媒体计算单元、视频编码器以及NPU神经网络加速单元。

  低功耗能效核的加入,加上计算单元里本来的性能核心(Redwood Cove)和能效核(Crestmont)的组合,就组成了低功耗能效核心(L-E)+能效核心(E)+性能核心(P)的全新3D高性能混合架构,一同带来了英特尔迄今为止优化程度最高的计算体验。通过这种巧妙地组合,Meteor Lake也成了英特尔历史上能效最高的客户端平台。

  在SPECrate 2017中,与高通8cx Gen3、苹果M3、锐龙7840U以及英特尔i7-1370P相比的话,酷睿Ultra 7 165H在28瓦的功耗下,拥有更强的性能表现。相比i7-1370P可以降低25%的功耗。

  GPU模块的变化也非常大,新的集成显卡采用锐炫独显级的Xe LPG架构,性能提升幅度达到上代两倍,全面支持DX12 Ultimate功能集,包括硬件光线追踪、XeSS超级采样。这意味着在笔记本上,你可以使用集成显卡去玩《CS2》《逆水寒》甚至是《赛博朋克2077游戏》,获得60FPS以上的流畅帧率,独显不再是必选项。

  这么多模块,如何才能高效封装在一起?Foveros 3D封装技术就该出场了,以往这个封装技术多是用在服务器端,或者是应用于高密度计算的GPU端以及FPGA上。Meteor Lake是英特尔首次大规模采用新的Foveros先进封装技术用于消费市场产品。

  不同于以往的2D封装,3D封装你可以理解为建一栋大楼,相比基于基板的连接,具有更好的叠加性以及更高的密度,在芯片内实现极低功耗和高密度的晶片连接。同时,模块化设计可以降低单个晶片大小,相同晶圆可以获得更多的晶片,提升每块晶圆获得芯片的数量,加速定制和上市。在Meteor Lake上使用3D封装技术,标志着英特尔开始由完整统一的芯片设计全面转向模块化设计,这将会影响到未来数代CPU的架构设计。

  第三个也是重头戏,就是AI。SoC模块里的NPU神经网络处理单元是英特尔面对AI浪潮所做的特殊设计,为未来10年的PC创新奠定了基础。因为未来的数字世界必将与AI深度绑定。

  如今AI的使用场景已经向边缘和端侧转移,AI PC的应用场景和需求突飞猛进。大语言模型对话以及文生图、图生图到文生视频等AIGC场景,对PC算力的需求也在不断增加。NPU的加入最明显的效果就是大大加速了生成式AI的本地运行能力,为高能效AI PC作出了进一步创新。同时NPU为持续的AI负载带来高能低耗的表现,这对于长时间运行的AI加速应用非常重要,同时可以极大降低CPU和GPU的使用,让轻薄本能够具有更好的电池续航。

  除了NPU,低延迟高响应速度的CPU和高性能和高吞吐量的GPU也负担起了部分AI算力需求,NPU、CPU和GPU相互协作,加上NPU总算力达到了34TOPS,共同为PC上的AI应用加速。

  NPU还使用了兼容OpenVINO等标准化程序接口,便于AI的开发及应用普及。英特尔已经启动AI加速计划,宣布与100家ISV软件厂商进行合作,定制超过300个功能。例如英特尔与剪映一起优化了用户高频使用的“智能抠像”功能,在酷睿Ultra平台上处理视频素材时可实现明显降低功耗与耗时,获得更流畅的剪辑体验。

  从Meteor Lake开始,英特尔已经准备好引领此次PC转型,迈向全新的AI PC时代。搭载全新酷睿Ultra移动处理器的产品已经由宏碁、华硕、戴尔、惠普、联想、微软、机械革命等OEM合作伙伴推出上市,总数量超过230款。

  在PC行业,多年来英特尔主导了多次技术革命,这次的AI PC也不例外。正如英特尔CEO帕特·基辛格先生所说,“我们认为AI PC是未来几年PC市场的一个关键转折点,与迅驰和Wi-Fi的重要性相媲美。”

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