首款基於Intel 4製程工藝打造的處理器、英特爾迄今為止能效最高的PC處理器，擁有分離式模塊架構設計、支持高效能AI特性…第一代酷睿Ultra處理器——Meteor Lake有多強？
在過去幾年中，市場的劇烈變化讓PC行業經歷了跌宕起伏，也讓這個被冠以「夕陽」的產業獲得了更多的關注。可以說，作為生產力的代名詞，PC從來沒有退出舞台，只是因為太熟悉而失去了一些存在感。特別是在手機、汽車開始圍繞創新大卷特卷的情況下，貼給PC的標籤貌似就剩下「好用」了。
但不容忽視的是，PC能夠守住生產力的定位並非沒有創新，而是在持續不斷地提升。一方面是大家關注的性能，在3年或更久換機周期的維度上，以往只能滿足辦公、娛樂、影音等主流體驗的輕薄本，隨著處理器、顯卡等「核芯」迭代如今也能應對影像創作等高負載需求，並且便攜性、續航都有長足進步。另一方面，AI在PC端大規模普及，讓智能化體驗滲透到更多應用場景，比如智能降噪、背景識別、性能調優，以及目前最受關注的AIGC。再配合上持續升級的有線、無線連接技術等特性，PC更符合現代化用戶的需求。
在這些體驗的背後，「核芯」也就是處理器的迭代升級至關重要。就PC領域而言，筆者認為近年來最關鍵的兩項突破性變革都與英特爾有關——首先是加速AI在PC端大規模普及。在第10代酷睿中英特爾首次引入AI，開啟了PC端AI應用落地的新階段，加速生態在PC端AI應用的探索。
其次，第12代酷睿處理器中英特爾推出了高性能混合架構，憑藉性能核、能效核的組合以及英特爾硬體線程調度器，讓PC面對更複雜應用場景時可以靈活平衡性能與能耗，也是x86處理器在過去最重要的變革之一!
關鍵創新是為了抓住機遇，克服挑戰。英特爾面臨的機遇和挑戰都來自市場格局的變化，其中之一自然是AMD的奮起直追，縮小的領先優勢讓英特爾產生了濃濃的危機感，進一步重視產品力的提升。
同時，隨著帕特·基辛格的回歸，英特爾也有了明確的戰略規劃和目標，比如四年五個製程節點。
在這個背景下，英特爾即將交出的答卷就是期待許久的Meteor Lake。
今年6月15日，英特爾宣布了酷睿品牌重大升級煥新，拆分為旗艦級的全新英特爾酷睿Ultra、主流級的英特爾酷睿。其中，Meteor Lake將是「首款酷睿Ultra」處理器，這也在一定程度上反映出，英特爾對於Meteor Lake的重視，以及Meteor Lake具備更多突破性創新特性。
這裡也順便提一下，Meteor Lake並非14代酷睿，首批Meteor Lake將是面向筆記本電腦的處理器，預計2024年第一季度有PC新品發布。而英特爾14代酷睿桌面級處理器預計10月亮相。
北京時間9月19日晚，在英特爾on技術創新大會上，英特爾揭曉了Meteor Lake處理器的更多信息。儘管沒有公布具體型號規格，但Meteor Lake採用的諸多突破性設計還是值得細細品味。
Meteor Lake採用全新分離式模塊架構，分別是計算模塊、SoC模塊、圖形模塊、IO模塊，並通過英特爾Foveros 3D封裝技術連接。
計算模塊
仍舊是高性能混合架構，擁有全新微架構的性能核(Redwood Cove)與能效核(Crestmont)均首次採用了Intel 4製程工藝，能效進一步提升。為了讓計算單元模塊化，英特爾優化了環形匯流排等設計。
SoC模塊
全新的SoC模塊Meteor Lake低功耗設計的關鍵，集成全新低功率計算島E-core，人工智慧加速引擎NPU，內存控制器，連接模塊，媒體處理計算單元，顯示輸出單元等。SoC模塊可以支持Wi-Fi 6E、Wi-Fi 7，支持8K HDR和AV1編碼，支持原生HDMI 2.1和DP 2.1標準，支持全新DDR內存規格。
SoC模塊是Meteor Lake中相比以往最大的改變之一，也是Meteor Lake全新設計的樞紐。英特爾提到，Meteor Lake中SoC模塊基於對性能、能效的追求，在架構設計方面有四個原則：第一，重新劃分計算密集型IP，從而優化功耗，在不影響性能的情況下，致力於提高能效比。第二，擴展I/O，滿足SoC內部主要IP所需要的帶寬。第三，引入低能耗核心。第四，充足電源管理演算法。
具體來看，以往處理器內部設計中，媒體編解碼器和GPU在一起，並通過環形匯流排與CPU聯合起來，如果媒體編解碼器運行，就需要GPU進入「工作狀態」，並需要通過環形匯流排訪問內存，儘管屬於高性能解決方案，卻也有一項缺點——當環形匯流排上任何區塊訪問內存時，都必須激活環形匯流排、CPU、GPU單元，功耗更高。也就是說，由於架構設計原因，當用戶播放流媒體時，整個模塊都在運行，不利於節能。
到了Meteor Lake，媒體引擎和圖形拆分開，包括計算模塊，都有獨立在SoC匯流排上的位置，並且內存控制器也放到了SoC匯流排上。也就是說，無論是哪個區塊、核心訪問內存，其餘部分不需要供電，例如在視頻播放中只需要媒體編輯碼、顯示供電，其他部分可以關閉，由此帶來了視頻播放的功耗優化。
SoC模塊另一個值得重點介紹的就是引入低功率計算島E-core，這也是Meteor Lake支持超低功耗的「秘密武器」。憑藉SoC模塊上這個功耗非常低、工作頻率非常低的能效核，Meteor Lake在處理流媒體播放、常規控制等輕負載時，不再需要使用計算模塊中的性能核、能效核，大幅減低功耗。
超低功耗能效核再加上計算模塊的能效核、性能核，組成了全新「3D高性能混合架構」，讓Meteor Lake相比此前的12代、13代酷睿支持更出色的線程調度、性能以及功耗平衡。所以，Meteor Lake在更多應用場景中，帶來的節能特性，續航優化將非常值得期待。
首次集成NPU
從第10代酷睿將AI引入PC，英特爾就開始加速AI在終端側落地。如今我們看到，AI正在加速從雲端向終端側遷移，英特爾提出了這一趨勢背後的四大驅動因素——第一，終端側AI算力越來越強，如果將AI放在雲端，那麼作為後端的雲端將容易成為瓶頸，難以大規模發展;第二，AI部輸在雲端將給服務提供商帶來更多成本;第三，AI在終端側部署延時更低，即使沒有網路也能使用;第四，數據存放在終端側，可以更好地保護用戶隱私。
作為AI領域的引領者，英特爾在雲端、邊緣和終端側的AI發展都有出色成績。特別是終端側，讓用戶使用輕薄本就能夠獲得更豐富的智能體驗。在Meteor Lake中，英特爾首次集成神經網路處理單元(NPU)，並且全系支持，更進一步提升終端側AI能效及應用。
CPU、GPU、NPU都可以提供AI算力，但是針對不同使用場景匹配程度並不相同，例如CPU適合處理輕量級AI，GPU適合需要高性能、高吞吐量AI應用，NPU則專為AI設計具備高能效、低功耗等優勢。所以Meteor Lake在加入NPU後，能夠在PC端提供高效的人工智慧加速引擎，與CPU、GPU結合更靈活的應對不同場景下AI算力需求。值得一提的是，NPU低功耗特性尤其適合長時間運行的AI應用，比如在視頻會議場景中涉及長時間的背景虛化、任務追蹤等等需求，NPU加入後可以降低對CPU、GPU調用，從而讓輕薄本等設備提供更持久的續航。
例如，在英特爾的內部測試中，將負載全部跑在CPU上用時為43.3秒，功耗40W;全部跑在GPU上用時為14.5秒，功耗37W;將部分負載(Unet+與Unet-)交由NPU執行，其餘交由CPU執行，用時為20.7秒，功耗10W;Unet+由GPU執行，Unet-由NPU執行，用時為11.3，功耗為30W。
可以看到通過靈活調用NPU、CPU、GPU，面對同一負載可以在兼顧功耗的情況下提升效率。英特爾表示，加入NPU後相對僅CPU而言，效率可以提升8倍。
NPU集成兩個神經計算引擎，可以共同處理單一工作負載或各自處理不同工作負載。在神經計算引擎中，主要集成推理管道、SHAVE DSP兩個組件。
推理管道：高能效計算的核心驅動因素，通過最大限度地減少數據移動並利用固定功能運作來處理常見的大計算量任務，可以在神經網路執行中實現高效節能。絕大多數計算髮生在推理管道上，這個固定功能管道硬體支持標準的神經網路運作。該管道由一個乘積累加運算( MAC)陣列、一個激活功能塊和一個數據轉換塊組成。
SHAVE DSP：一款專為AI設計的高度優化 VLIW DSP(超長指令字/數字信號處理器)。流式混合架構向量引擎(SHAVE )可以與推理管道和直接內存訪問(DMA)引擎一起進行管道化，實現在NPU上並行進行的真正異構計算，從而最大限度地提高性能。DMA引擎能夠優化編排數據移動，實現最高能效和性能。
此外NPU中還集成主機介面和設備管理——設備管理區支持微軟計算驅動程序模型(MCDM)，可以讓Meteor Lake的NPU確保安全性的同時更好地支持MCDM;內存管理單元(MMU)提供多種情況下的隔離，並支持電源和工作負載調度，實現快速地低功率狀態轉換。
不僅是在晶元設計、底層架構方面的創新，英特爾在AI領域的持續布局已經構建出了軟硬體協同的完善生態。例如在應用層面，英特爾攜手合作夥伴打造了視頻增強及美化、視頻背景模糊、超解析度、語音降噪等應用。英特爾表示，現在已經有超過100家合作夥伴共同推動終端側AI應用。同時，英特爾也與微軟緊密合作，包括針對微軟Office辦公全家桶的探索;專門運行在NPU上的「Windows Studio Effects」，可以簡化、降低軟體開發者使用AI的門檻;對接AI應用的底層框架Direct ML，實現英特爾平台上獲得更高能效。
所以Meteor Lake+Windows將是AI最佳拍檔？
圖形模塊
得益於英特爾獨立顯卡積攢的經驗，Meteor Lake集成基於Xe LPG架構打造的英特爾ARC銳炫顯卡，堪稱「集顯中提供獨顯性能」，性能是前代的2倍，並支持Intel XeSS以及DX12 Ultimate。
Meteor Lake的圖形模塊優化了緩存互連，擁有8個GPU核心、128個Vector Engines，幾何圖形渲染管線大幅提升，並且新增8個硬體光追單元、亂序採樣功能，進一步增加準確率和性能。
IO模塊
IO模塊集成了Thunderbolt 4和PCIe 5.0，提供出色連接體驗，保證數據傳輸效率。
這裡還要介紹一項「黑科技」——英特爾硬體線程調度器。在英特爾推出高性能混合架構後，這項技術就在持續助力酷睿平台更靈活、高效地釋放性能。Meteor Lake增強了英特爾硬體線程調度器對操作系統的反饋，新的硬體線程調度器會實時更新核心能力，以便更加精準地向操作系統報告整個核心和每個核心的內部能耗比的評估和判斷，以提供更加精確的表格給到操作系統。同時在軟體層面和系統層面，與英特爾DDT軟體結合起來對核心調配做更優的控制。
Intel 4製程工藝與Foveros封裝技術
Meteor Lake或許是英特爾發布12代酷睿，推出高性能混合架構後在酷睿平台上最重要的一次變革，但除了創新的架構外，還擁有兩點值得關注——Intel 4製程工藝以及Foveros封裝技術。
「四年五節點」是英特爾重要的發展戰略，也是能否重新奪回製程工藝領先地位的關鍵一步。根據英特爾的IDM 2.0戰略，英特爾計劃在四年內實現五個製程節點，2024年在製程節點上與對手平齊，並於2025年處於領先地位。Intel 4是第二個節點，將為Intel 3奠定基礎。
根據英特爾公布的信息，Intel 4與Intel 7相比實現了2倍面積微縮，帶來了高性能邏輯庫，且性能核能效比提升20%。Intel 4的創新特性還包括——方管採用EUV光刻技術，簡化製造流程;採用高密度MIM(金屬-絕緣體-金屬)電容器保證出色供電性能;實現更好頻率、電壓平衡。
目前Intel 4處理器正在加速量產中。
Meteor Lake將採用Foveros封裝技術，Foveros封裝技術的優勢包括：36u凸點間距，跡線寬度小於1微米;凸點密度提高近8倍;跡線長度小於2毫米;160GB/s/mm帶寬;功耗小於0.3pJ/位。
採用Foveros封裝的Meteor Lake與Raptor Lake相比，具備的優勢包括：低功耗晶片互連最大限度地減少分區開銷;小區塊提高了晶圓良率，初制晶圓更少;能夠為每個區塊選擇理想的硅工藝;簡化SKU創建，提高定製能力。
英特爾也介紹了封裝Meteor Lake的流程，包括五個步驟。
第一、切割：從晶圓廠收到內部和外部代工廠的晶圓，並將其切割成單個晶元。
第二、分選和Diet測試：單晶片測試確保只有高質量晶片才能進入Foveros組裝階段。這種探測能力是異構設計的關鍵所在，通過向組裝生產線提供更多高質量晶元來提高測試良率。組裝生產線已經過主動熱控制能力全面測試。
第三、晶圓組裝：在基板晶圓上組裝各個模塊。該生產線在一個流程中整合了晶元附著、底部填充和晶圓模具等組裝操作，以及碰撞、鈍化、研磨、拋光等製造操作，這在英特爾尚屬首次。
第四、封裝組裝： Meteor Lake Foveros複合體是在BGA基板面上組裝的。這種複合體兼容現有的封裝組裝工具和工藝，只需進行少許優化。
第五、測試和完成：英特爾HDMx和系統測試保障質量，包括壓力和老化測試、類測試和系統級平台測試。
寫在最後
更強性能、更高能效、更出色的AI…採用全新設計的Meteor Lake與以往的處理器可以說是「兩個物種」，正因如此筆者才會認為Meteor Lake將是「未來PC的拐點」。
儘管搭載Meteor Lake處理器的筆記本電腦預計在明年一季度上市，但是通過一系列領先特性可以預見，在基礎功能、常用功能的體驗上，Meteor Lake將更高效也更節能，保證體驗的同時為筆記本提供更長時間的續航，這也是全新SoC模塊最重要的作用之一。對於應用場景更加複雜多元化的PC而言，這項特性可以更好地兼顧生產力和續航。
與此同時，集成NPU也讓我們對英特爾在終端側AI的布局多了幾分期待。特別是隨著AI融入更多應用，以及生成式AI的火熱，包括PC在內的終端側AI或將是接下來PC最重要的創新之一。憑藉英特爾強大的生態影響力，與更多開發者、OEM夥伴緊密合作，讓終端側AI應用更加成熟，成為先進生產力之一。
總而言之，2024年的PC市場，將會有更多驚喜到來。至少，我們期待的更智能的PC，已經在路上了!
