10nm IceLake落地 英特尔10代酷睿了解下
在中国人的观念里，“10”这个数字象征着完美，十全十美是对于人或事物的最高评价。
10，对于英特尔来说同样重要。10nm关系着英特尔在半导体芯片行业未来能否更进一步，10代酷睿也关系到英特尔能否正面迎接来自竞争对手、来自舆论的压力。
而将10nm与10代酷睿联系在一起，能够做到十全十美呢？
接下来，让我们通过对英特尔10nm icelake 10代酷睿处理器技术细节解析，来找找答案。
在10nm制程之前，英特尔严格遵循摩尔定律以及tick-tock战略，通过制程工艺与架构技术迭代来稳步推进pc半导*程技术与性能的发展。
65nm到45nm用时2年，45nm到32nm用时3年，32nm到22nm用时2年，22nm到14nm同样用时2年，然而在14nm到10nm推进过程中，英特尔却经历了更久的时间——4年。
随着制程工艺不断演进，相关技术迭代速度也逐渐放缓。
光刻机技术、晶体管技术、新材料等诸多领域的研发速度放缓，加之英特尔对10nm制程额外看重，希望通过10nm技术积累为10nm到7nm制程演进做铺垫，因此耗费了更久的时间。
10nm icelake晶圆
不过，时间终究是推动历史前行的车轮，英特尔10nm制程工艺，以及英特尔第10代酷睿处理器，即将与我们见面！
一、10nm icelake制程架构特性解析
首先我们需要弄清楚两个问题：
其一，英特尔10nm制程工艺代号为icelake，但架构名称不再用icelake来统一命名，其架构名称为sunny cove。
其二，英特尔10nm icelake处理器正式落地之后，没有意外的话，首批将全部是移动级处理器。
也就是u系列或y系列处理器，暂时没有桌面级处理器，这也意味着英特尔第九代酷睿没有u/y系列低电压处理器，同时新的桌面级处理器很可能依旧是14nm制程，此前曝光代号为comet lake。
接下来我们看看10nm制程架构的详细特性：
首先来看icelake平台。全新的10nm icelake平台在性能表现上借助了ai功能，支持dl boost、支持dynamic tuning机器学习，它能够动态地分配gpu与cpu的负载与功耗，虽然并非10nm平台新技术，但对于icelake处理器的性能表现有明显的帮助。
此外，10nm icelake平台全面支持雷电3接口、wi-fi 6无线通信模块、4k 60fps hdr视频播放、更快的、更高质量的hevc编码，并借助全新的gen 11核显，支持1080分辨率电竞游戏的流畅运行。
icelake平台特性
在新特性方面，10nm icelake平台具备以下几点：
一、全新的sunny cove微架构；
tips：以下是关于sunny cove微架构技术特性的分析
sunny cove微架构主要聚焦在st单核性能、全新isa及并行性三个方面的优化和改进，sunny cove微架构主要解决以下四个问题：
其一、增强的微架构，可并行执行更多操作。
其二、可降低延迟的新算法。
其三、增加关键缓冲区和缓存的大小，可优化以数据为中心的工作负载。
其四、针对特定用例和算法的架构扩展。例如，提升加密性能的新指令，如矢量aes和sha-ni，以及压缩/解压缩等其它关键用例。
对于处理器来说，ipc强弱与cpu性能有直接关系。英特尔在sunny cove微架构ipc性能提升方式上给出了三个字：更深（deeper）、更宽（wider）、更智能（smarter）。
更深方面，sunny cove微架构表现在l1容量的增加，从32kb增加到48kb，而且l2缓存、uop、tlb缓存都更大；
更宽主要体现在执行管线上，sunny cove微架构分配单元从4个增加到5个，执行接口从8个增加到10个，l1 store带宽翻倍。
而想要让更深、更宽发挥出应用的实力，那么就需要有更好的算法。sunny cove的smarte就是为此而设计。
英特尔研究院院长宋继强在解答这个问题时主要提及两个方面，其一是提高分支预测精度，其二是减少延迟。
另外英特尔还为sunny cove微架构配置了加密解密指令集，并在ai、存储、网络、矢量等方面进行全方位改进。
因此对于pc用户来说，无论是消费级还是服务器用户，sunny cove微架构带来的变化要比10nm这个制程节点数据更有意义。
sunny cove微架构示意图
二，高带宽、低延迟特性；
三，全新的内存控制器，支持lp4/x-3733和ddr4-3200高速内存；
四，搭载性能更强，最高拥有64eu、1tflop运算能力的gen 11核芯显卡；
五，支持10bit 4k 60fps、10bit 8k 30fps视频编码；
六，支持5k 60fps或4k 120fps、dp 1.4以及bt.2020色域
七，高达16mp图像处理器单元。
从新特性来看，10nm icelake平台的主要升级点除了新架构之外，最重要的是提升了图形、显示部分的性能表现。
10nm制程工艺新特性及芯片架构示意
10nm icelake将pch封装到一个芯片上，而pch芯片则由14nm制程工艺打造。集成wi-fi 6 gig+和新的电源管理，整合802.11ax，并能够更好的控制cpu和pch的能耗和功耗。
pch采用14nm工艺打造
此外，audio dsp是英特尔第8代酷睿时候就具备的功能，它的主要作用是支持低功耗下的语音唤醒。
而相对于8代酷睿来说，英特尔对10代酷睿的audio dsp做了进一步优化，在功耗表现更好。另外在i/o接口方面没有新的变化。
二、10代酷睿处理器封装规格与基本参数
了解了制程架构相关信息之后，我们来看看英特尔10代酷睿的相关规格。
首先来看处理器封装规格。英特尔10代酷睿针对9w和15w功耗处理器进行了不同规格的封装，9w处理器芯片规格为26.5 x 18.5×1.0mm，针脚间距0.43mm；15w芯片规格为50×25×1.3mm，针脚间距0.65mm。二者均采用bga封装，插槽规格分别为1526和1377。
处理器封装规格
两种尺寸的10代酷睿芯片
英特尔10代酷睿首批产品拥有酷睿i3、酷睿i5以及酷睿i7三个型号，没有酷睿i9。tdp主要为9w、15w、28w，采用4核8线程，缓存为8mb，最高频率4.1ghz。
其中，英特尔酷睿i3全部、以及酷睿i5绝大部分处理器显卡为uhd核显，酷睿i5极少数型号以及酷睿i7最高支持英特尔iris plus核显，且最高支持64eu锐炬核显。
此外前面也提到了，10代酷睿支持lp4/x-3733以及ddr4-3200规格高速内存条。
英特尔10代酷睿基本参数
tips：关于基本参数的分析
从基本参数来看，英特尔10代酷睿在核心数上与第8代酷睿相比没有变化，tdp基本保持一致。9w主要放在y系列上，相对8代酷睿的amber lake y系列7w tdp来说，略有提升。
15w主要放在u系列处理器上，与8代酷睿相比保持不变。
不过细心的朋友可能发现了，英特尔10代酷睿频率有所下降，max turbo最高到4.1ghz，这可能会导致英特尔10代酷睿在跑分上与8代酷睿相比提升较少。
另外，之所以降低频率，主要原因是一部分tdp分配给了gen 11核显，为了平衡功耗，降低主频是必须去做的妥协。
三、gen 11核显规格分析
gen 11核显是英特尔10代酷睿非常重要的一个新要素。在年初的ces上，英特尔透露了gen 11核显的基本信息。
在架构层面，英特尔gen 11核显最高集成64个执行单元（eu），而第9代核显只有24个。
它们分为四个区块(slice)，各有两个媒体取样器、一个pixelfe、载入/存储单元，每个区块又细分为两个子区块(sub-slice)，都有自己的指令缓存、3d取样器。
gen 11核显架构渲染图
英特尔对eu内的fpu浮点单元进行了重新设计，不过fp16单精度浮点性能没有变化，同时每个eu继续支持七个线程，共512个并发流水线，同时重新设计了内存界面，三级缓存增大至3mb。
另外gen 11核显支持adaptive sync（适应性同步）技术，相对于nvidia g-sync来说成本更低。
伴随gen 11核显而来的，还有全新的显卡控制界面。该界面除了针对显卡的各项调试功能之外，还支持超过40款游戏的入库和快捷启动。同时我认为，全新的显卡界面也是在为英特尔xe独显做准备。
全新的显卡控制面板
command center细节
tips：关于gen 11核显更多信息
其实除了最大的64eu规格，再向下也有32eu规格核显，主要放在酷睿i3和低端的酷睿i5处理器上。
iris plus也是10代酷睿的一大亮点，64eu主要放在酷睿i7处理器上。另外，高端的酷睿i5处理器和酷睿i7处理器也会搭载iris核显。
此外，显卡主频提升到了1.1ghz
四、10nm icelake创新生态解读
与以往新制程平台单纯聚焦处理器芯片不同，英特尔10nm icelake更强调整个创新生态。因此在10nm icelake处理器、gen 11核显之外，wi-fi 6 gig+、optane h10混合固态盘、thunderbolt 3扩展以及ai层面的性能、功耗辅助等，应该与处理器放在一起去看，这才是一个完整的10nm icelake。
首先来说thunderbolt 3。
3月初，英特尔宣布向usb promoter group开放thunderbolt协议规范，从这一刻开始，无论是pc设备、平板设备，还是任何形式的外接扩展设备，都可以免版税的形式构建兼容thunderbolt标准的芯片。与此同时，usb promoter group宣称将发布基于thunderbolt协议的usb 4规范。
这意味着，在该标准协议框架下，usb 4物理连接器将与thunderbolt 3和type-c相同，带宽方面得到提升，达到40gbps，这与thunderbolt 3接口一致，也就是说，usb 4规范将兼容thunderbolt 3。
雷电3接口功能强大
thunderbolt 3是目前最强的物理接口，双向带宽达到40gbps，是现有速度最快的usb type-c 3.1 gen 2接口的四倍，且雷电3接口支持4k 60fps视频传输，支持100w pd协议供电，支持外接桌面级显卡，因此可以说是目前最为强大的接口扩展标准。
现有的雷电平台架构
全新的雷电平台架构，主要优化了cpu和pch通路，使其具备更高的效率
在10nm icelake平台上，英特尔对thunderbolt 3架构做了新的优化，对比上面两张架构图，其实大家可以很明显的看出以往和现在雷电平台架构的差异。主要就是优化了cpu、pch到接口物理层的结构，使得数据传输效率更高，延迟更低。
同时，英特尔在10nm icelake平台上直接植入thunderbolt 3，包括入门级的酷睿i3平台。
wi-fi 6 gig+也是英特尔10nm icelake的重要组成部分。
目前，wi-fi 5为802.11ac标准，qam最高为256；wi-fi 6为802.11ax标准，qam最高为1024。拥有更快的响应速度、更强的稳定性和更快的速度。延迟降低75%、覆盖范围提升4倍，支持更多设备的稳定连接。
性能方面，160mhz频宽wi-fi 6 gig+最高可以做到1.68g传输速度，相对于80mhz频宽标准的2×2 wi-fi 6有3倍的速度优势。同时相对于80mhz频宽标准2×2 ac而言，速度提升40%。
标准2×2 ac与ax速率对比
英特尔wi-fi 6无线网卡拥有两种规格，采用了全新的设计，如下：
左侧是基于14nm制程打造2230规格无线网卡，右侧是基于28nm制程打造的1216规格网卡。
总体来说，英特尔wi-fi 6具有以下两大明显优势：
其一，支持多设备连接，更稳定；
其二，对延时有更好的管理和控制。
年初ces，英特尔公布了全新的傲腾h10混合固态盘，相对于以往的optane memory来说，傲腾h10混合固态盘主要在于把optane memory与英特尔qlc固态硬盘整合在了一起。
因此将optane memory的非易失性存储特性以及低延迟、快速响应、性能一致性等特点。与英特尔qlc 3d nand技术的高单元密度、低成本特性，很好的结合在了一起。
作为10nm icelake生态上的重要一环，英特尔傲腾h10混合式固态盘，可将文档打开速度提高2倍；多任务处理状态下，游戏启动速度提高60%；媒体文件打开速度提高90%。
相对于普通nand固态硬盘而言，傲腾混合式固态盘拥有更快的速度、更好的性能。
与独立的tlc 3d nand固态盘系统相比，英特尔傲腾混合式固态盘不仅能够更快地访问常用应用和文件，还能加速后台活动的响应。
傲腾h10混合固态盘拥有三种规格：16gb（英特尔傲腾内存）+256gb（存储）、32gb（英特尔傲腾内存）+512gb（存储）、32gb（英特尔傲腾内存）+1tb存储。
五、10nm icelake性能标准
目前，英特尔10nm icelake只是处在发布状态，产品还未正式落地，不过10nm整体进程的推进速度应该有所加快。所以在性能层面，目前我们只能通过英特尔的官方数据来窥知一二。
英特尔在发布10nm icelake处理器与gen 11核显的同时，特意强调了1080p电竞游戏的流畅运行。
通过下面图标可见，搭载intel iris plus核显的10代酷睿处理器能够在相应的画质模式下，较为流畅的运行一些常见的电竞游戏，如cs:go、彩虹六号、坦克世界、堡垒之夜等，相对于现阶段8代酷睿的uhd 620核显来说，图形性能提升还是比较大的。
在处理器性能上，英特尔目前只给出了15w单线程的表现，从下图可见，10代酷睿性能提升接近1.5倍，大概为1.48倍左右。如果以相邻代数性能提升倍数做参考的话，性能提升幅度不算很大。
ipc是处理器性能的重要指标。sunny cove微架构为10代酷睿带来了18%的ipc性能提升，相对于skylake微架构有1.4倍的提升。
另外这里需要说明的是，英特尔给出的ipc提升18%数据是通过5个benchmark测试出来的结果，18%是一个平均下来的水平线。
另外，结合单线程1.48倍性能以及之前提到的主频来看，其实可以看出英特尔10代酷睿为了保证gen 11核显的性能，因此将cpu与gpu之间的功耗分配做了一定的平衡。
此外，10代酷睿在引入ai加速之后，能够更好的动态控制能耗和功耗，智能化的挑选最优核去做高负载任务，给处理器核心效率（注意是核心效率）带来不小的提升。
英特尔ai加速有三个层面：一是cpu通过深度学习降低延时；二是也可以用gpu来进行智能的应用加速；三是拥有更好的性能表现。
tips：关于英特尔ai加速功能的说明
英特尔ai加速功能主要是通过ai技术，分析并判断出哪些核心处于最优状态，在高负载任务时会优先选择这些核心来承担负载。
而以往英特尔加速功能是随机选择核心来承担负载，这些核心可能并未处在最优状态，所以有可能造成效率的滞后。
六、结语
英特尔10nm制程工艺可谓是“千呼万唤始出来”，而英特尔第10代酷睿又是第一代10nm制程落地的产品，所以其重要性不言而喻。
无论是关注这个领域的普通消费者，还是行业内的合作伙伴，亦或是竞争对手都在盯着英特尔10代酷睿，其最终表现究竟如何，还是需要产品上市之后再做检验。
不过，英特尔通过10代酷睿给业界带来了一个新的信号，即生态化、平台级的创新或将主导未来pc产业的方向。
伴随10代酷睿处理器，英特尔还带来了新的无线网络技术、新的存储技术、新的ai技术、更强大的图形技术以及最先进的接口技术，这些技术将为基于10代酷睿平台打造的pc产品带来全方位的体验，而不仅仅是局限在处理器一个部件上的比拼。
其实对于占比极大的普通消费者来说，处理器计算能力已经足够满足90%以上的应用需求。
相反，存储瓶颈、接口瓶颈、网络瓶颈却在影响着我们的体验、制约着效率的提升，wi-fi 6、thunderbolt 3、optane h10正式解放这些瓶颈的关键所在，相比一味提升处理器性能，全方位的提升才能带给我们体验更好、更全面的设备，这才是英特尔10nm、10代酷睿的价值所在。