芯東西（公眾號(hào)：aichip001）
作者 |? 云鵬
編輯 |? 李水青
芯東西9月20日消息，近日英特爾與智東西在內(nèi)的少數(shù)業(yè)內(nèi)媒體進(jìn)行了深入交流，針對(duì)最新Meteor Lake處理器在工藝、架構(gòu)、封裝、AI等方面的技術(shù)新特性進(jìn)行了深入解構(gòu)分析。
新一代Meteor Lake處理器采用了Intel 4制程工藝，Intel 4利用了用極紫外光刻技術(shù)（EUV），重點(diǎn)在于優(yōu)化能效；架構(gòu)層面其首次增加了“低功耗島能效核”；Foveros封裝技術(shù)的應(yīng)用成為了架構(gòu)改革的基礎(chǔ)；同時(shí)英特爾在AI方面首次將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）集成到了客戶端芯片中。
一、重點(diǎn)押寶EUV，簡(jiǎn)化工藝提升良率，能效比成Intel 4關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)
具體來看，在工藝制程方面，根據(jù)英特爾IDM 2.0戰(zhàn)略，英特爾計(jì)劃在四年里實(shí)現(xiàn)五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)的迭代，并在2025年走到領(lǐng)先的位置。目前臺(tái)積電和三星兩大芯片代工巨頭也在先進(jìn)制程方面投入較大，英特爾實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)面臨著不小的壓力。
Intel 4這一代工藝?yán)肊UV技術(shù)改善了芯片良率，同時(shí)縮小了晶片面積，以實(shí)現(xiàn)更高的能效。在交流中英特爾提到，Intel 4這代工藝對(duì)他們來說十分重要，對(duì)后續(xù)幾個(gè)制程節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)十分關(guān)鍵。
與Intel 7相比，Intel 4的面積微縮在2倍左右，邏輯庫性能更高，對(duì)EUV光刻技術(shù)的工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)化，同時(shí)其專門針對(duì)高性能計(jì)算應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，相比上代，iso功率性能提升了20%。基于Intel 4工藝的高密度MIM電容器，其供電性能相比上代也有一定提升。
據(jù)稱英特爾在EUV光刻技術(shù)方面進(jìn)行了大量投資，目標(biāo)是簡(jiǎn)化、改進(jìn)互連架構(gòu)設(shè)計(jì)。
根據(jù)公開數(shù)據(jù)，一臺(tái)典型EUV光刻機(jī)的價(jià)格為1.8億英鎊，重量為180噸，需要四架波音747和35輛卡車運(yùn)輸，目前EUV光刻機(jī)的獨(dú)家供應(yīng)商為荷蘭ASML。
EUV光刻技術(shù)可以顯著簡(jiǎn)化互連架構(gòu)的制程工藝，同時(shí)支持微縮，可以讓Intel 4工藝中的掩碼減少20%，工藝步驟減少5%。
值得一提的是，Intel 4兼容EMIB和Foveros等先進(jìn)封裝技術(shù)。
二、先進(jìn)封裝成新架構(gòu)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，讓“芯片DIY”更自由
提到先進(jìn)封裝技術(shù)，英特爾從Meteor Lake開始，將Foveros技術(shù)引入到客戶端產(chǎn)品中。
Foveros能做什么？
實(shí)際上目前英特爾大部分客戶端處理器的單片式晶片中都包含CPU、GPU、PCH等眾多功能模塊，隨著這些功能日益多樣化且變得越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)和制造這些單片式系統(tǒng)級(jí)芯片的難度越來越大，成本也越來越高。
Foveros封裝技術(shù)可以利用高密度、高帶寬、低功耗互連等特性，把采用多種制程工藝制造的這些模塊組合成“大型分離式模塊架構(gòu)”，從而組成晶片復(fù)合體。
具體來看，Meteor Lake主要包含三個(gè)大的模塊，包括圖形模塊、使用Foveros 36X間距晶片間互連的SoC模塊以及采用Intel 4制程工藝制造的計(jì)算模塊。
在技術(shù)指標(biāo)方面，F(xiàn)overos封裝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)36u的凸點(diǎn)間距，跡線寬度在1微米以內(nèi)，凸點(diǎn)密度提高了近8倍，跡線長(zhǎng)度在2毫米以內(nèi)。同時(shí)Foveros封裝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)160GB/s/mm的帶寬，功耗小于0.3Pj/位。
比較直觀的來看，相比12代的Raptor Lake，F(xiàn)overos封裝減少了低功耗晶片互連的分區(qū)開銷，更小的區(qū)塊提高了晶圓良率，英特爾甚至可以為每個(gè)區(qū)塊選擇更適合的硅工藝，同時(shí)，這一封裝對(duì)于SKU創(chuàng)建的簡(jiǎn)化也有利于英特爾提升定制服務(wù)能力。
據(jù)英特爾介紹，他們正在大力投資晶圓級(jí)組裝的Meteor Lake以及未來的新項(xiàng)目，這些新產(chǎn)線可以為Foveros Direction 9微米等項(xiàng)目提供產(chǎn)能。
三、40年來重大架構(gòu)轉(zhuǎn)變，能效依然是提升重點(diǎn)
在架構(gòu)方面，英特爾稱基于Intel 4制程工藝的Meteor Lake是英特爾迄今為止能效最高的客戶端處理器，并且可以提供多種AI功能。
英特爾甚至將Meteor Lake稱為“40年來重大的架構(gòu)轉(zhuǎn)變，為未來PC創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)”，可見其對(duì)于此次架構(gòu)升級(jí)的重視。
Meteor Lake的“分離式模塊架構(gòu)”由四個(gè)模塊組成，通過英特爾的Foveros 3D封裝技術(shù)進(jìn)行連接。
其中計(jì)算模塊（Compute Tile）同樣是“能效核+性能核”的微架構(gòu)，在功能方面有所增強(qiáng)，采用了Intel 4制程工藝，在能耗比方面提升比較明顯。
SoC模塊（SoC Tile）集成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU），可以提升PC運(yùn)行AI應(yīng)用時(shí)的能效表現(xiàn)，同時(shí)兼容OpenVINO等標(biāo)準(zhǔn)化程序接口，便于AI的開發(fā)和應(yīng)用普及。
比較值得注意的是，英特爾此次在直連到SoC結(jié)構(gòu)的SoC模塊上添加了新的低功耗島能效核，這一變化適合應(yīng)對(duì)新的低功耗工作負(fù)載，優(yōu)化了節(jié)能和性能間的平衡。
在英特爾看來，新增的低功耗島能效核是混合架構(gòu)的第一個(gè)重大進(jìn)展，該架構(gòu)的首次引入是在12代Alder Lake上。新的3D混合架構(gòu)和計(jì)算模塊上的能效核、性能核進(jìn)行協(xié)同，進(jìn)一步提升了整個(gè)處理器的能效比表現(xiàn)。
Meteor Lake架構(gòu)中的SoC模塊支持Wi-Fi 6E、支持8K HDR和AVI編解碼器以及HDMI 2.1和Display Port 2.1標(biāo)準(zhǔn)。
在圖形模塊（GPU Tile），新架構(gòu)集成了英特爾獨(dú)立顯卡中的“同款”圖形架構(gòu)，性能相比傳統(tǒng)集顯有比較明顯的提升，性能是上一代的2倍。此外，IO模塊（IO Tile）集成了Thunderbolt 4和PCle Gen 5.0。
四、NPU與處理器內(nèi)部各模塊協(xié)同，拆解NPU內(nèi)部?jī)纱蟆懊孛芪淦鳌?/h2>
AI是今天每家芯片公司都繞不過去的一個(gè)重要方向。
此次英特爾第一次在客戶端平臺(tái)中集成了NPU，同時(shí)該模塊與處理器內(nèi)所有計(jì)算引擎的內(nèi)置AI功能結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)更高能效的AI計(jì)算。
比如GPU的高性能并行性和高吞吐量適合在媒體、3D應(yīng)用程序和渲染管線中引入AI功能，而NPU則是專用低功耗AI引擎，更適合用于維持AI運(yùn)行和AI卸載，CPU則具有更快的響應(yīng)能力，適合輕量級(jí)、單推理、低延遲的AI任務(wù)。
Meteor Lake中的這個(gè)NPU采用了多引擎架構(gòu)，配備了兩個(gè)神經(jīng)計(jì)算引擎，可以共同處理單一負(fù)載也可以各自處理不同的負(fù)載。
對(duì)神經(jīng)計(jì)算引擎進(jìn)一步拆分，其兩個(gè)重要的計(jì)算組件包括推理管道和SHAVE DSP。推理管道由一個(gè)乘積累加運(yùn)算（MAC）陣列、一個(gè)激活功能塊和一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換塊組成，通過減少數(shù)據(jù)移動(dòng)并利用固定功能運(yùn)作來處理常見的大計(jì)算量任務(wù)，實(shí)現(xiàn)更高能效。
SHAVE DSP是專門為AI設(shè)計(jì)的超長(zhǎng)指令字/數(shù)字信號(hào)處理器，其流式混合架構(gòu)向量引擎（SHAVE）可以與推理管道、直接內(nèi)存訪問（DMA）引擎一起協(xié)同，在NPU上進(jìn)行并行異構(gòu)計(jì)算，提高性能。
英特爾相關(guān)高管在英特爾馬來西亞科技巡展上提到，AI正在融入我們生活的方方面面，云端AI存在其局限性，AI正逐漸走向邊緣，在行業(yè)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時(shí)期，英特爾選擇將AI引入PC端。
Meteor Lake的AI計(jì)算與連接無關(guān)，成本更低，同時(shí)可以更好地保護(hù)隱私。
結(jié)語：能效和AI成英特爾新架構(gòu)突出特點(diǎn)
縱觀此次Meteor Lake的一系列工藝、架構(gòu)、封裝、AI能力升級(jí)，我們可以鮮明地看到能效比提升以及AI能力的下放是其兩大核心特點(diǎn)。
如今能效比幾乎是所有先進(jìn)芯片競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)中的焦點(diǎn)，而消費(fèi)電子終端產(chǎn)品AI能力的提升，也已經(jīng)成為行業(yè)大勢(shì)所趨，邊緣側(cè)的AI落地，離不開芯片廠商們的推動(dòng)。
面向未來五年，英特爾能否按照自己的節(jié)奏穩(wěn)步迭代工藝，面向競(jìng)爭(zhēng)激烈的芯片市場(chǎng)，英特爾還有怎樣的大招要放出，我們拭目以待。
