终进10nm时代 解析英特尔第十代移动酷睿处理器

李实

在多年前的产品路线图中，英特尔曾计划到2017年左右便不再使用14nm工艺，转而采用10nm。不过由于英特尔对自家10nm工艺的技术要求偏高，同时低估了10nm工艺的开发难度，因此迟迟未能推出可供大规模量产的成熟新工艺，导致相关处理器的更新一拖再拖。时间来到2019年8月，英特尔终于在“架构日”活动中宣布自家10nm工艺已经完成，即将开始商业化生产。那么，英特尔10nm工艺的首批产品都有哪些型号呢？除了10nm之外，英特尔还有哪些新品和新技术发布呢？

在刚刚过去不久的8月，对英特尔来说可谓新闻不断。先是在8月1日，英特尔宣布采用全新10nm工艺的第十代酷睿移动处理器正式上市，随后英特尔通过各种渠道分享10nm新品的详尽信息。不过英特尔10nm工艺在目前看来依旧有产能不足的问题，因此在8月21日英特尔又发布了基于14nm工艺的全新处理器产品，并将其纳入第十代酷睿移动处理器的产品矩阵。

全新第十代酷睿移动处理器来袭

在正式发布前，英特尔第十代酷睿移动处理器经历了多次曝光。远的包括数次介绍Sunny Coye架构和10nm工艺研发情况，近的则是今年5月份ComputeX上对Ice Lake和第十代酷睿处理器的发布。不过都是嘴上說，而没有具体产品可看。直到8月1日，英特尔宣布第十代酷睿移动处理器全面上市，并给出产品的大量信息。

10nm产品的命名和规格

英特尔首发的10nm工艺第十代酷睿移动处理器一共有11款，都属于低功耗产品，并分为U和Y两个不同的系列。需要注意的是，10nm工艺的产品研发代号为Ice Lake，其CPU架构采用了最新的Sunny Cove。具体来看，低功耗U系列有6款，超低功耗y系列有5款。包括3款酷睿i7系列，5款酷睿i5系列和3款酷睿i3系列。基本覆盖了从高端到入门级的所有型号。不仅如此，由于第十代酷睿移动处理器的命名发生了改变，英特尔还特别给出了命名说明。

新的命名方法采用了数字、字母结合的方式，其中首部分是英特尔的商品名和品牌名，不用多说。第二个部分则是大家非常熟悉的产品型号名，有i3、i5、i7和i9（可能有）四种。第三个部分是此次变化的重点，四位数字中前两位都是“10”，表示第十代产品，但并不表示10nm工艺。第三位和第四位数字则是产品型号，其中第四位数字还和功耗挂钩，“8”表示28W TDP设计，“5”是标准15W或25W TDP，“0”则是9W或12W TDP的产品。比较独特的是，本次英特尔在型号数字外还加了一个“G7”的双位字符，主要用于指代核芯显卡情况。因为此次英特尔在核芯显卡上进一步改进，加强了图形和AI效果，因此特别用代号指代核芯显卡类型。其中“G7”最强，有64个EU执行单元，“G4”有48个EU，这两者都属于高端的Iris Plus系列。剩下的G1则是属于英特尔核芯显卡UHD系列，只有32个EU。

14nm产品的命名和规格

除了10nm工艺的产品之外，英特尔在8月21日又发布了14nm工艺、Comet Lake家族的产品将加入第十代酷睿移动处理器家族。相比全新的Ice Lake，Comet Lake产品实际上是之前第八代酷睿产品Whiskey Lake和Amber Lake的升级版本，处理器架构基本没有太大变化，依旧沿用了传统架构。本次新品的亮点在于新的处理器在热设计功耗基本没变的情况下，核心数量最多提升到6核心12线程，内存也升级至LPDDR4X，整体性能上了一个台阶。

由于10nm产品和14nm产品存在于同一个家族中，英特尔为此也采用了不同的命名方式进行区别。Comet Lake的命名方式和之前10nm的Ice Lake有很大相似性，但也有明显不同。其中的主要差异在于Comet Lake型号命名中采用了5位数字的方式，而之前Ice Lake则采用的是4位数字。以Comet Lake的Core i7-10710U为例，数字中的“10710”前两位代表第十代酷睿移动处理器，710则是具体型号，其中“7”是指6核心12线程，“5”“3”和“2”是指4核心8线程产品，“1”是指2核心4线程。另外由于整体架构并未采用全新设计，因此集成的核芯显卡等都和上代产品一致，本文就不多介绍了。

在规格方面和10nm产品类似的是，14nm产品也分为U和Y两个系列。其中低功耗U系列有4款产品，包括2款i7家族、1款i5家族和2款i3家族，热设计功耗分别是标准15W，可配置25W。Y系列也发布74款，包括1款i7、2款i5和1款i3，热设计功耗分别是最低4.5W～5.5W，标准7W，和可配置最高9W。值得一提的是，虽然Comet Lake采用的是14nm工艺，但是这并不意味着处理器的发热量大、频率低。

另外再来说点题外话，是有关14nm工艺和10nm工艺的对比。从规格来看，Cornet Lake在14nm工艺、低功耗情况下，最大Turb0频率甚至可达4.9GHz，即使是6核心的Core i7-10710U也可以达到4.7GHz，令人惊讶。反观10nm处理器，其频率最高仅为4.1GHz，还需要提高TDP至28W，标准的15W/25W的产品普遍被限制在4GHz以内。大部分都在3.6GHz～3.7GHz。这说明英特尔在10nm工艺上虽然可以做到量产，但是其频率和功耗情况依旧不容乐观，相比成熟、延续了数代不断加强的14nm工艺，依旧有较大的改进空间。可以说目前英特尔的14nm工艺“已臻化境”，毕竟用了这么多年，无论是频率还是功耗控制都已经得心应手，甚至有可能的话，用14nm工艺试产全新架构或许会带来一些不一样的体验。

六大特性：面向未来，加强计算

在发布新品的同时，英特尔还特别提及全新产品拥有的六大特性，包括新工艺、新架构、支持AI计算加速以及新的互联技术。其中大部分技术本刊已经介绍过，本文选择部分重点内容进行解析。

10nm工艺：更密集、更高效

英特尔的10nm工艺已经提及太多次了。从2017年甚至更早开始，10nm工艺就是一个绕不开的话题。第十代酷睿移动处理器的发布，是10nm工艺首次以大规模商用的方式面世。需要注意的是，这并不是英特尔首发的10nm处理器产品，在2018年英特尔试产10nm工艺时，曾经发布了一款型号为Core i3-8121U的处理器，不过当时英特尔相当低调，这一产品在当时并未引起太多注意。之后有部分媒体拿到这款产品并进行了测试，显示早期的10nm工艺相比14nm工艺并未在频率、功耗上体现出明显优势。

另外，目前的10nm工艺只是英特尔第一代10nm工艺，依旧存在很多潜力可挖。前文提到的功耗和频率就有很大的上升空间。接下来，英特尔还将推出新的第二代10nm工艺，配合名为Tiger Lake的架构，继续提高处理器的性能和性能功耗比。

Sunny Cove上阵

在第十代酷睿移动处理器发布后，英特尔再次提及了10nm工艺的相关参数。比如10nm工艺的晶体管密度提升到了接近1MTr/mm²，也就是1mm²中包合了100万个晶体管，更高的晶体管密度有助于生产更小的芯片，这样可以帮助厂商降低成本。另外，英特尔还在新工艺中改善了晶体管形态，在Fin形态、晶体管高度、金属材料应用上都进行了很多改进。英特尔10nm工艺还首次使用了金属铜和钌，提高了电流并降低了寄生电容，同时改善了发热情况。和竞争对手的7nm工艺相比，英特尔的10nm工艺密度更高，整体表驰要更出色一些。

sunny Cove是英特尔本次在Ice Lake处理器中使用的全新CPU架构。相比之前的Haswell、Skylake等架构而言，Sunny Cove的优势在于整体架构更宽、更深并且更为智能。本刊在之前的文章中已经详细解析过Sunny Cove架构，因此本文仅简单介绍一下。

Sunny Cove架构同时提升了通用性能和特殊性能，包括增加缓存容量、使得核心更宽、增加了L1带宽等。缓存方面，Sunny Cove核心后端具有48KB L1数据缓存，比通常的32KB缓存增大了50%，理论上L1数据缓存未命中会降低22%。不仅如此，micro-op也就是uOp部分的缓存也较之前的2048-entry有所增加，第二级TLB缓存大小也增加了，增大TLB有助于降低地址数据由于容量不足被删除后重新查找并降低效率的概率，也可以降低延迟并提高性能。

在架构设计方面，Sunny Cove执行端口从8增加到了10，允许—次从调度指令中获得更多的指令并提交给执行端口，端口连接到循环数据存储后，带宽加倍同时AGU也翻倍，更大的一级指令缓存也能起到一部分作用。执行端口方面，英特尔为Sunny Cove的整数部分配备了更多的LEA（有效地址载入）单元以帮助进行内存寻址计算，还增加了新的整数除法单元。浮点方面，Sunny Cove增加了重排序资源，带来了AVX-512单元的设计，加入了512位的FMA单元等。

指令集方面，Sunny Cove带来了新的AES、SHA-NI指令集，在加密解密性能上有非常大的提升。英特尔的数据显示，Sunny Cove的7-ZIP性能提升高达75%以上。

总的来看，相比Skylake架构，Sunny Cove架构在各方面的提升在10%～40%不等，平均下来IPC提升大约为18%。这是英特尔多年“挤牙膏”以来提升最大的一次。一些未经证实的测试数据显示，Sunny Cove架构的Core i7-1065G7在Passmark中能够获得2625单核心、10316多核心的总分，比同为15W的AMD Ryzen 5 3500U的1818单核心、8042多核心总分高出不少。

核芯显卡：规模暴增

英特尔的核芯显卡一直以性能孱弱、功能还行而著称。在新的10nm第十代酷睿移动处理器上，英特尔希望改变这样的情况。

第十代酷睿移动处理器产品采用的是第十一代核芯显卡架构。英特尔表示，新核芯显卡的EU计算单元的FPU接口经过重新设计，每个EU像之前一样支持7个线程。GT2规格的64个EU单元的GPU就拥有512个并发管道。面对如此大的规模，英特尔还重新设计了内存接口，并且将GPU的L3增大到了3MB，比Gen 9.5增加了4倍。

在渲染技术方面，第十一代核芯显卡支持基于片块的渲染技术、支持多速率着色。英特尔宣称这个功能可以带来大约30%的游戏帧率提升（需要游戏支持）。此外，新的HEVC编码器也加入GPU中，可以带来更好的视频处理能力。其他功能方面，自适应帧同步、新的HDR技术以及USB Type-C都已经加入支持列表中。

具体到产品来看，目前10nm工艺的新处理器在核芯显卡规模上大幅度提升。G7产品64个EU单元的设计相比之前24个EU单元的方案，整体性能提升了80%以上，大部分游戏大作在设置得当的情况下都能以可玩的状态呈现给玩家，而不是像之前那样无论如何调节，要么画质无法接受，要么只能看幻灯片。这种进步值得期待，毕竟从“难用”到“可用”，是非常大的飞跃。

更快的存储、更强的互联

在内存方面，无论是10nm还是14nm产品，都加入了对更高频率DDR4内存规格的支持。其中Ice Lake架构的10n m产品加入了最高LPDDR4-3733以及DDR4-3200内存的支持。14nm Comet Lake产品对内存的支持也提升到了LPDDR4-2933或者DDR4-2666。更快速的内存有助于提升整体性能表现，尤其是更大规模的核芯显卡需要更高的存储带宽，这一点是非常重要的。

在互联方面，Ice Lake处理器实现了雷电3接口的原生支持。雷电3接口最高传输速度为40Gbps，是目前USB 3.0的4倍左右。未来USB 4规范也将原生兼容雷电3，并且会统一使用USB Type-C接口。这意味着业内多年来对接口规范的梳理和兼容性的支持，终于在雷电3和USB 4这一代彻底完成。目前英特尔已经开放了雷电3的相关授权，业内厂商可以根据需要自主选择相关技术并应用到产品上。可以期待的是，随着Ice Lake处理器的上市，雷电3接口的设备将迎来一次大爆发。

互联方面的另一个亮点是，第十代酷睿移动处理器通过搭配400系列芯片组，实现了对Wi-Fi 6，也就是之前所说的802.11ax技术的支持。相比目前主流的802.11ac，Wi-Fi 6传输速度更快，还大幅度增强了网络可靠性，尤其是在密集环境中的网络性能。在互联设备都支持Wi-Fi 6之后，之前Wi-Fi应用中常见的设备打架、干扰等情况将大大缓解。

全生态AI场景

AI技术是目前业内发展的亮点，之前的处理器都很少提到对AI技术的优化。在第十代酷睿移动处理器上，英特尔通过为处理器加入新的AI指令和使用新的、更大规模的GPU，使得第十代酷睿移动处理器处理器在AI计算方面相比傳统的处理器提升了2～2.5倍。未来英特尔可能还将在处理器中继续加强AI相关的指令集技术，使得处理器能够进一步提高AI计算的效率。

在安全性方面，英特尔的处理器之前在幽灵、熔断两个漏洞面前几乎毫无招架之力。本次10nm工艺的第十代酷睿移动处理器处理器则宣布通过重新设计，避免了漏洞和攻击的问题。至少在没有新发现漏洞之前，10nm工艺的第十代酷睿移动处理器是目前数代英特尔处理器中安全性最好的产品。

总结：10nm来袭，移动市场换代开始

通过对第十代酷睿移动处理器的相关介绍，不难看出英特尔此次拿出的是一个整体解决方案。这其中不仅包括传统的移动计算、图形处理、视频播放、数据解压缩，还带来了AI、互联方面的全面进步。可以预见的是，第十代酷睿移动处理器的登场，将带来一波移动市场的换代热潮。厂商的配合度也能看出这种苗头，目前已经有数十家厂商推出了基于第十代酷睿移动处理器的笔记本电脑新品，并且大多以轻薄、移动、长续航作为主打特色。接下来，英特尔还可能发布性能更强、更值得游戏和性能玩家关注的高性能版本移动产品，MC也将持续关注，敬请期待。