展望12代酷睿Alder Lake：15年来最大升级 性能全面爆发？
intel将在3月中旬正式发售第11代酷睿处理器桌面版，也就是代号为rocket lake-s的产品。作为最后一代14nm桌面处理器，rocket lake-s对内核进行了更新，使用全新设计的cypress cove微架构换掉了沿用数年的skylake，以带来19％的同频性能（ipc）提升。
不过根据目前的消息显示，第11代酷睿rocket lake-s可以称得上是过渡产品，因为性能提升更大的第12代酷睿alder lake家族有望在今年年底前上市，并首发桌面平台。
虽然第12代alder lake还没有正式发布，但intel已经在多次活动中对其进行了预热，intel高级副总裁、首席架构师，兼intel架构、图形与软件部门总经理raja koduri在2020年架构日接受了外媒福布斯采访时也曾表示“alder lake是自2006年酷睿2双核之后，最大的一次架构升级，性能非常让人兴奋”。
那么作为被intel寄予厚望的产品，第12代酷睿alder lake又将如何做到全面的性能提升呢？笔者根据目前的信息（包含intel官方资料、外媒曝料、流出的测试数据等），对其进行了简要分析与预测。
intel在ces 2021展会中，透露的关于alder lake的信息：
以下为第12代酷睿alder lake的主要特征：
预计在2021年下半年开始批量生产
采用hybrid混合架构，也就是俗称的“大小核”设计
两个全新的内核微架构，分别为高性能大核心golden cove与高能耗比小核心gracemont
最高规格为16核心24线程（8个大核心开启超线程，8个小核心暂无超线程）
10nm enhanced superfin制程工艺，也是intel第一代大批量发售的10nm桌面版处理器
lga 1700接口和新的主板芯片组
支持pcie 5.0协议和全新ddr5内存，同时兼容ddr4内存
包含alder lake-s/-p/-m等多个系列，覆盖从桌面到轻薄本等不同平台
xe lp架构的gen 12核显
全新的硬件调度机制
超强力的大核心
处理器的内核微架构至关重要，是决定处理器性能及能耗表现的重要指标之一。如果只是片面的追求高频率或多核心数量，而忽略了内核微架构的升级迭代，导致ipc停滞不前，那产品就会陷入高频低能、多核低能的尴尬境地，当年amd的fx推土机系列以及intel的奔腾4/奔腾d就是反面教材。
而作为被称作“第二个酷睿2双核”的产品，intel表示第12代酷睿alder lake的内核微架构将会脱胎换骨，由高性能大核心golden cove与高能耗比小核心gracemont共同组成，两个微架构均带来了显著的ipc增长。
在2018年的架构日上，intel曾对外公布了2019-2023年的处理器内核微架构路线图，分为core和atom两个系列，其中core系列为大核心微架构，atom系列为小核心微架构。
先来看大核心部分，sunny cove是第10代酷睿ice lake的内核微架构，在2019年下半年上市。sunny cove及其衍生物是intel继sandy bridge、haswell、skylake后的下一个重点微架构，intel表示sunny cove相比skylake做到了更深（deeper）、更宽（wider）、更智能（smarter）。
haswell、skylake、ice lake（sunny cove）三大内核微架构参数对比，可以看到sunny cove的l1数据缓存、l2缓存、l2 tlb、访存l/s乱序缓冲区都做到了明显更大，同时rob乱序提交重排缓冲区提高到352个队列。
下图左为skylake，右为sunny cove，可以看到凭借更大的缓冲区、更宽的流水线以及更多的执行单元，再结合avx-512指令集及其丰富的拓展指令，最终sunny cove呈现出了显著的ipc增长。
接替sunny cove的是2020年的willow cove，应用于第11代酷睿tiger lake系列产品线中，从微架构层面上看，willow cove可以看成是sunny cove的衍生物，对缓存系统进行了改进，大幅度增加了每核心l2缓存容量（skylake 256kb、sunny cove 512kb、willow cove 1.25mb），适当增加每核心l3缓存容量（从2mb提高到3mb）、并将l3缓存改为non-inclusive非包含式。
由于两个微架构设计的高度趋同，因此willow cove对sunny cove的ipc提升并不显著，tiger lake对比ice lake的性能提升，主要是依靠10nm superfin制程工艺的高频率特性。
除此之外，willow cove还支持control-flow enforcement technology技术（缩写为cet），以应对侧信道攻击，增强安全性。
而按照路线图表示，intel将在2021年推出下一代微架构golden cove，也就是第12代酷睿alder lake将采用的大核心，intel的在路线图中说明golden cove并不是willow cove那样的小修小改，将重点提高单线程性能及ai性能。
2020年架构日的官方路线图，与上次架构日基本相同。
而此前，jim keller在intel任职期间的演讲中提到，sunny cove的下一代微架构（或许就是golden cove）将会显著变大，性能提升更接近线性。
而外媒也爆料，golden cove对比willow cove，将会带来更显著的ipc同频增长，幅度在20％附近，而对比目前的skylake，ipc提升甚至接近50％，可谓是非常惊人。
“小”核心及混合架构
第12代酷睿alder lake是intel第二代hybrid混合架构设计的处理器，除了采用ipc大幅提高的高性能大核心golden cove以外，与之相搭配的小核心gracemont同样非常值得期待。
回顾2019到2020年，intel在发布搭载sunny cove/willow cove大核心产品的同时，也对小核心进行了更新升级。atom x6000e（elkhart lake）、全新奔腾银牌/赛扬（jasper lake），以及初代hybrid混合架构处理器lakefield，均应用了tremont小核心。
或许是因为起点较低的原因，tremont对比上一代goldmont plus进步极大，根据spec cpu 2006和spec cpu 2017测试结果显示，单线程平均ipc提升超过了30％。
而在lakefield处理器的表现中，intel表示在特定的功耗区间内，尤其是需求多核低频的应用负载场景下，4个tremont小核心组成的计算集群可提供比1个sunny cove大核心更好的性能及能耗比。
值得注意的是，4个tremont小核心与1个sunny cove大核心面积相差不大，所以大小核设计除了可以增强能耗比以外，还能在某种意义上降低成本。
而对于diy玩家们常用的免费测试软件（如cinebench r20、geekbench5等），根据cpu-monkey网站的统计数据表示，tremont小核心的同频性能已经能够做到接近haswell，与skylake的差距已经不大。
根据intel官方在两次架构日中所表述的信息，gracemont相比于tremont，将继续提升ipc，如果延续此前几代的小核心进步速度，那么gracemont的ipc有望达到甚至超越曾经的大核心skylake，同时能耗表现还将更为出色。
而观察资料中的细节，可以发现gracemont还将强化vector perf，也就是矢量性能，这或许意味着gracemont将支持avx2指令，补上以往几代小核微架构最后的短板。
总的来说，gracemont虽然在搭配golden cove使用时充当小核心，但它本身的性能却并不弱，所谓的“小”也只是相对的。
alder lake虽然是intel第二代hybrid混合架构设计的处理器，但intel曾表示alder lake是performance hybrid，主打高性能，而不是lakefield那样纯粹的低功耗处理器。
alder lake-s桌面端最高将提供16（8＋8）核心24线程的规格（下图的geekbench 5频率识别错误），移动端alder lake-p可提供14（6＋8）核心20线程，其中golden cove大核心开启超线程，gracemont小核心暂无超线程。
结合两个强力的全新内核微架构，如果操作系统和应用软件可以根据负载类型对不同核心进行灵活调度，那么alder lake将在单核性能、多核性能以及能耗比三个方面都将没有短板，获得全面的跃进。
桌面端终于有了10nm，还是终极版！
影响处理器性能及能耗表现的不仅是内核微架构设计，制程工艺也是重中之重，intel在2019年量产了10nm，并同步推出搭载sunny cove架构的ice lake-u第10代酷睿移动处理器；
2020年推出的tiger lake-up3第11代酷睿移动处理器，则采用经过全面优化的10nm superfin技术，将增强型finfet和super mim电容器相结合，将频率大幅提高，实现了历史上最大幅度的节点内性能提升。
但是，这两代10nm酷睿处理器仅限于低功耗的移动平台，面向高性能桌面平台连续两代无缘10nm，这让很多玩家深表遗憾。
而到了第12代酷睿alder lake系列，桌面平台终于要熬出了头，种种迹象标明，第12代酷睿将在桌面平台完成首发，也就是alder lake-s系列。
在年初的财报会议中，intel表示首款10nm桌面处理器alder lake已经在给客户送取样品。
作为intel首款10nm桌面处理器，intel表示alder lake将采用10nm的终极版本，也就是10nm enhanced superfin技术，相比于tiger lake的10nm superfin做到了进一步优化，睿频上限以及同频功耗都有望做到进一步降低。
再匹配上全新设计的golden cove与gracemont内核微架构，以实现全面的性能提升和能耗比改进。
当然，说一句额外话，基于10nm enhanced superfin技术打造的产品也不止于第12代酷睿alder lake，还包括新一代至强可拓展处理器sapphire rapids......
平台整体全面提升！
除了内核微架构与制程工艺的进化以外，第12代酷睿alder lake的平台整体也将获得全面升级。首先是内存控制器，alder lake将支持ddr5内存，考虑到amd zen 4微架构的产品将在2022年发布，alder lake平台将是ddr5内存在消费级市场的首次大规模应用。
目前，已经有部分内存厂商公布了ddr5内存的规格，工作电压仅1.1v，4800mhz频率起步，（ddr4内存的jedec标准最高频率为3200mhz）、单条容量高达64gb，相比ddr4内存频率更高，容量更大、功耗更低，以带来显著的平台综合性能提升。
而在核显方面，第12代酷睿alder lake将会采用xe lp微架构（移动平台为96eu？桌面平台为32eu？），考虑到轻薄本评测中内存带宽对xe架构核显性能的显著影响，预计在高频ddr5内存的加持下，alder lake的核显性能也将显著强于同规格的tiger lake与rocket lake。
与此同时，alder lake还将支持pcie 5.0协议，带宽将比pcie 4.0进一步翻倍，以更好支持未来的高性能独立显卡及旗舰固态硬盘。
第12代酷睿桌面版alder lake-s的泄露样片（来源于videocardz），通过图片可以发现alder lake-s的面积显著扩大，针脚数量也增加了很多。
因此alder lake-s需要搭配lga 1700接口的全新600系列芯片组主板使用。当然根据外媒曝料，lga 1700接口除支持alder lake-s以外，至少还可支持下一代桌面处理器，是一个长期平台。
总结与展望
intel至少在3次官方正式活动中（2020架构日、2020第四季度财报会议、ces 2021展会）宣布alder lake将于2021年下半年正式发布，可见intel对其寄予了极高的期望。
总结一下，根据目前所知道的信息，第12代酷睿alder lake融合了最新的微架构、强大的核显、经过多次优化的制程工艺、并支持全面的外围设备等，是intel近年来多个先进技术的结晶，也堪称是x86架构处理器的重大突破！
有助于让intel在消费级市场，获得全面的性能领先地位。当然，alder lake距离正式发布还有一些时间，让我们敬请期待吧！
而在下月，pconline评测室将带来第11代酷睿桌面版rocket lake-s的首发评测，作为承上启下的一代产品，rocket lake-s又将有何亮点？同样值得关注！
- the end -