挤爆牙膏管？详解英特尔第12代酷睿AlderLake中的新特性

　　在近日举办的2021年英特尔架构日活动中，英特尔对外宣布了众多技术创新，包括两个全新设计的x86内核微架构，并推出代号为Alder Lake的性能混合架构处理器，以及面向数据中心领域的下一代至强可扩展处理器Sapphire Rapids；GPU架构部分，英特尔也详细介绍采用Xe HPG微架构的Alchemist游戏显卡，以及Xe HPC架构的Ponte Vecchio等;当然英特尔也介绍了其在推动开放、规范、跨架构和跨厂商的统一软件栈oneAPI工具包方面的具体进展。
　　本次架构日所讲的内容可以称得上是干货满满，尤其是关于Alder Lake处理器的介绍更是占了极大的篇幅，作为英特尔面向于客户端计算市场的下一代酷睿处理器家族，Alder Lake耗时多年打造，结合了众多最新、最前沿的技术，被英特尔寄予厚望，很多喜欢尝鲜的DIY发烧友也对Alder Lake新平台有极高的期待。
　　Alder Lake基本特性速览
　　总的来说，Alder Lake将隶属于英特尔第12代酷睿处理器家族，基于最新的Intel 7制程工艺打造（此前称之为10nm Enhanced SuperFin），采用Hybrid性能混合架构设计，集成了两种重新设计的内核微架构——Performance Core性能核Golden Cove以及Efficient Core能效核Gracemont，二者结合并通过ITD硬件调度器进行合理调度，致力于在所有类型的工作负载中均带来显著性能提升与能耗改进。
　　Alder Lake系列的TDP功耗范围从9W到125W，将覆盖超便携轻薄本、高性能游戏本、发烧级DIY台式机等所有类型的客户端PC设备产品线，此前Ice Lake和Tiger Lake无法做到这一点。具体来说Alder Lake将提供三类产品设计形态：采用LGA 1700接口代号为Alder Lake-S的台式机处理器；移动端处理器代号为Alder Lake-P和Alder Lake-M，均为BGA封装。
　　具体规格方面，桌面版Alder Lake-S将提供8个Performance Core性能核与8个Efficient Core能效核，共有24线程（Efficient Core能效核不支持超线程），以及30MB容量的非包含式三级缓存，并集成32EU Xe LP架构核显。
　　面向于高性能游戏本的Alder Lake-P采用BGA Type3封装，最多能提供6个Performance Core性能核与8个Efficient Core能效核，Xe LP核显规模则上升至96EU；并加入独立的图像控制单元，也延续了对Thunderbolt 4控制器的集成。
　　至于面向轻薄、低功耗的轻薄本，英特尔则提供了更紧凑的高密度封装，最高可提供2个Performance Core性能核与8个Efficient Core能效核。
　　除了采用Hybrid性能混合架构设计之外，Alder Lake还带来了其他新特性，例如支持最新内存和强大的I/O拓展。Alder Lake采用了全新的内存控制器，除了支持传统的DDR4-3200和LPDDR4x-4266之外，也支持新一代DDR5-4800与LPDDR5-5200标准；除此之外，英特尔还表示Alder Lake平台还会支持内存的动态电压频率缩放，并增强对内存超频的支持，此外考虑到JEDEC标准的DDR5 普条参数方面并不好看，玩家也期待着更高频率、更低时序XMP 3.0 DDR5内存能够在年底随Alder Lake同步发售。
　　I/O方面Alder Lake同样做到了领先时代，CPU支持直连16条PCIe 5.0 4条PCIe 4.0，以及PCH部分引出的12条PCIe 4.0 16条PCIe 3.0。其中PCIe 5.0相比PCIe 4.0进一步拓展了带宽，16条PCIe 5.0可达64GB/s。
　　由于Alder Lake整体是一个非常复杂的芯片，为了应对这一可扩展架构的挑战，英特尔还设计了三种独立的内部总线，具体分为Compute Fabric计算内部总线，这类似于此前的RingBus环形总线，通过最后一级缓存将内核和显卡连接到内存，Alder Lake可支持高达1000GB/s；此外I/O Fabric总线速度最高可达64GB/s（对应PCIe 5.0 x16），Memory Fabric总线速度为204GB/s。
　　超出预期的能效核Gracemont，这个＂小＂核要比想象中要强大得多......
　　PPA是Performance(性能)、Power(功耗)、Area(尺寸)三者的缩写，而对于芯片架构设计来说，PPA是无法绕开的话题，是在设计架构时必须要考量的因素。在获得性能提升的同时，也对芯片面积和功耗做到合理控制，这也是很多架构师的目标。
　　Alder Lake采用的Efficient Core能效核代号为Gracemont，英特尔表示Gracemont旨在面对当今多任务场景做到充分优化，提高了吞吐量效率并提供可扩展的多线程性能；在有限的硅片空间内实现强大的多核任务负载，并具备宽泛的频率范围。英特尔在架构日演讲中透露，Gracemont的设计目标是IPC赶上并超越此前的14nm Skylake内核，并实现能耗比的飞跃式提升。
　　为了实现这一宏大的目标，Gracemont在微架构层面做到了全面改进。Gracemont前端延续了Tremont的3 3设计，解码每个周期多达六个指令，同时保持能效。
　　而为了实现更准确的分支预测能力，Gracemont拥有5000个条目的分支目标缓存区；还将指令缓存提高到64KB，在不耗费内存子系统功率的情况下保存可用指令，做到进一步节省电力。
　　ROB乱序重排缓冲区部分，Gracemont从Tremont的208队列进一步提升到256队列，已经超越了Skylake和AMD Zen 2的224队列，与AMD Zen 3相持平。
　　Gracemont的后端做到了大幅升级，具备5组宽度分配、8组宽度引退、共有17个执行端口，具体来看提供4个整数ALU、2个载入AGU、2个存储AGU、2个跳转端口、2个整数存储数据、2个浮点/矢量存储、2个浮点/矢量堆栈、以及第3个矢量ALU等，并可以支持AVX指令集和VNNI人工智能加速。
　　内存子系统部分部分，Gracemont使用了双载入、双存储单元的配置，并且每4个Gracemont核心为一个集群，共享4MB二级缓存。
　　至于具体的性能与能耗表现，英特尔使用Gracemont对比Skylake，并放出了两组能耗曲线数据。首先是单线程性能，测试SPECrate2017 int，在相同功耗时Gracemont有超过40％性能优势，或达到相同性能时只使用40％不到的功耗。
　　多线程对比则更为夸张，同样测试SPECrate2017 int，4核心4线程的Gracemont对比2核心4线程的Skylake，能够在功耗更低的情况下同时带来超过80%的性能提升，而在提供同样的性能时，功耗则降低80%。
　　百尺竿头更进一步，无比强大的性能核Golden Cove
　　Alder Lake采用的Performance Core性能核代号为Golden Cove，不同于Willow Cove对Sunny Cove微调缓存式的小幅升级，Golden Cove的变化非常巨大，官方宣传称Golden Cove的设计目标旨在提高速度，突破低时延和单线程应用程序性能的限制，以及更好地支持代码体积较大的应用程序。
　　为了进一步提高IPC，Golden Cove的设计宗旨是更宽、更深、更智能。微架构的前端解码器由4个增至6个，6µop缓存增至8µop。
　　ROB乱序重排缓冲区部分，Golden Cove达到了512队列，相比于Sunny Cove和Willow Cove的352队列增加40％以上，也是AMD Zen 3架构的2倍，仅次于苹果M1大核心Firestorm的630队列。
　　wide allocation分配由5路增至6路，执行端口由10个增至12个。具体到整数执行引擎部分，Golden Cove增加了第五个整数执行端口。
　　矢量浮点执行部分，虽然没有增加端口，但额外添加了新的FADD加法计算单元。
　　二级缓存部分，Golden Cove可配置每核心1.25MB或每核心2MB，其中面向消费级的Alder Lake为每核心1.25MB，与第11代酷睿Tiger Lake的Willow Cove相同。至于面向数据中心领域的Sapphire Rapids，则配备每核心2MB二级缓存。
　　具体的性能方面，英特尔表示Alder Lake的Performance Core性能核Golden Cove是公司有史以来最为强大的x86内核微架构，对比第11代酷睿处理器桌面版Rocket Lake的Cypress Cove，两者运行在相同的3.3GHz频率上，测试SPEC CPU 2017、SYSmark 25、Crossmark、PCMark 10,、WebXPRT3,、Geekbench 5.4.1等项目，Golden Cove的平均IPC提升可达19％。
　　再考虑到爆料中Intel 7制程工艺（此前称之为10nm Enhanced SuperFin）已经逐步成熟，Alder Lake的QS版就可以达到超过5.0GHz的睿频频率，因此当Alder Lake上市后，将在单线程性能方面具有极强的竞争力，遥遥甩开AMD Zen 3，甚至面对AMD在2022年发布的Zen 4也有一战之力。
　　展望未来，携手Windows 11，Alder Lake能开启PC体验的新时代吗？
　　Alder Lake作为混合架构处理器，想要让两类核心的性能获得高效发挥，那必然离不开调度的支持。为使Performance Core性能核Golden Cove和Efficient Core能效核Gracemont与操作系统无缝协作，英特尔开发了一种改进的调度技术，全称为Intel Thread Director（缩写为ITD），中文名＂英特尔硬件线程调度器＂，并通过与微软进行合作，优化ITD在Windows11上的性能表现。
　　英特尔也在架构日上透露了ITD对Alder Lake的基本调度逻辑，Performance Core性能核的物理线程优先处理复杂的前台任务、为调度的第一优先级，然后则是Efficient Core能效核，最后才是Performance Core性能核的超线程......当然，英特尔也表示ITD具有动态性和自适应性，可根据实时的计算需求智能调整调度决策，致力于做到快速响应、高性能和低功耗的平衡。
　　Performance Core性能核Golden Cove、Efficient Core能效核Gracemont、ITD硬件线程调度器、Intel 7（10nm Enhanced SuperFin）制程工艺、支持DDR5、PCIe 5......作为首款性能混合架构，Alder Lake堪称是英特尔众多新技术的结晶与完美释放；今年第4季度桌面版Alder Lake-S将正式发售，而面向移动端的Alder Lake-P/M也将在CES 2022发布，让我们敬请期待！
　　资讯头条
　　电脑评测 苹果手机评测 安卓手机评测