英特尔Lakefield处理器芯片图：一个内核（Sunny Cove）和四个原子（Tremont）内核



十年前，ARM推出了针对大型，具有不同内核的 LITTLE多核处理器的异构体系结构：有些是高性能的，有些是节能的。当应用程序在后台运行时（即几乎始终），该混合系统大大降低了CPU功耗。结果是增加了设备的工作时间。



在2019年，英特尔终于在x86处理器中首次使用了异构架构。AnandTech写道，到2020年，具有1 + 4配置的两个Lakefield处理器（一个核心和四个Atom核心）将进入市场。

Lakefield处理器

CPU

基准测试

处理器本身尚未出现在公共领域，因此仅关注英特尔的基准测试。该公司仅作了两个比较：与Amber Lake-Y（即5W i7-8500Y）和i5-L16G7（分别处于1 + 4和0 + 4模式）进行比较（实际上是与四核Atom设计进行比较）。



在与Amber Lake-Y相比的第一点上：

• + 12％SPEC2006单线程性能（Lakefield为3.0 GHz，Amber Lake-Y为4.2 GHz）
• + 70％3DMark11图形性能与HD615（24 EU，Gen 9.5 @ 1.05 GHz，2x4 GB LPDDR3-1866）和HD（64 EU，Gen11 @ 500 MHz，2x4 GB LPDDR4X-4267）
• 在WebXPRT 3上+每瓦能源效率提高24％
• + 100％图形上的AI负载，OpenVINO上的ResNet50 128软件包

与0 + 4相比，模式1 + 4可使卷筒纸性能提高33％，能源效率提高17％。基本上，对于大多数任务，Lakefield将像四核Atom一样运行。





经过英特尔®Lakefield处理器耐用性的出厂测试。照片：AnandTech



为什么处理器需要“大”内核？当需要提供最小延迟时，需要处理最高优先级的中断：按下屏幕，在键盘上键入等等。即使在其他四个内核的最大负载时刻，这也保证了设备的响应能力。

异构CPU如何工作

Lakefield在一个芯片上结合了一个大型Core和四个小型Atom内核。通常，这些x86处理器可以称为“五核”，通常写为1 + 4。





处理器尺寸为12 * 12毫米



英特尔的目标是将高能效的Atom内核的优势与功耗更高但功耗更高的Core内核相结合。结果是“ all Atom” 0 + 4和“ all Core” 4 + 0设计之间的中间处理器。



比较Lakefield的最简单方法是使用较旧的四核Atom处理器，该处理器增加了大核。四个较小的Atom内核组成的集群负责处理大量并发工作负载，而大型内核则在用户加载应用程序或点击屏幕或在浏览器中滚动时做出响应。



混合体系结构已经在ARM处理器中使用，甚至在Windows操作系统（如Lenovo Yoga（4 + 4设计）的笔记本电脑中的Qualcomm Snapdragon处理器）中也已使用。高通公司与Microsoft进行了很多合作，以开发合适的调度程序，该调度程序可以管理不同处理器核心设计之间的工作负载。





不同异构CPU体系结构的设计可视化（无规模）



高通和英特尔之间的主要区别在于软件支持：高通处理器执行ARM指令，而英特尔处理器执行x86指令。大多数Windows程序都是针对x86指令构建的，这限制了高通在传统笔记本电脑市场中的性能。高通公司的设计实际上允许“ x86流”，但是范围有限，并且会降低性能。但是，这个方向的工作仍在继续。

Foveros 3D布局

整个微电路放置在12 * 12 mm ^2的外壳中，因此真正的硅的尺寸要小得多：下部微电路的面积为92 mm ²，上部微电路的面积为82 mm ^2.



上图显示了具有Foveros三维布局的CPU的总体设计。如您所见，主计算微电路位于顶部，而基础微电路则位于下方。







上面的13层是使用10 nm工艺技术制造的，下面的10层是使用22 FFL工艺技术制造的。

计算微电路

如表中所示，微电路彼此不同，并且使用不同的工艺技术制造。







第11代图形占据了37％的面积，其配置与Ice Lake处理器相同。就像冰湖一样，上面是Sunny Cove的核心。英特尔工程师表示，尽管从照片中可以看到它们，但他们实际上从芯片上删除了AVX-512寄存器。



下面是四个Tremont Atom内核，大约相当于一个Sunny Cove内核的大小。



计算芯片内容：

• 1个带512KiB L2缓存的Sunny Cove内核
• 4个Tremont Atom内核，1536 KiB L2全部缓存
• 4 MB的最后一级缓存
• 非核心和环形互连
• Gen11图形的64个计算单元
• 图形引擎Gen11、2个DP 1.4、2个DPHY 1.2，
• Gen11媒体核心支持60 fps的4K视频和30 fps的8K
• 图像处理单元（IPU）v5.5，最多支持6个16MP摄像机
• JTAG，调试，SVID，P-Unit等
• LPDDR4X-4267内存控制器

电源和信号点TSV的设计（通过硅通孔）

基础芯片

底部基础芯片



的照片基础芯片要简单得多，它是使用22FFL工艺技术制造的，该技术是14纳米工艺技术的优化版本，没有那么严格的限制，因此Intel可以生产这些芯片而没有任何数量的问题，几乎没有废料。主要困难是两个微电路之间的芯片间连接。





Forevos芯片对芯片互连（FDI） 基本芯片







内容：

• 音频编解码器
• USB 2.0，USB 3.2 Gen x
• UFS 3.x
• PCIe Gen 3.0
• 触控式集线器，可始终在线
• I3C，SDIO，CSE，SPI / I2C

首批笔记本电脑和平板电脑

许多Lakefield笔记本电脑和平板电脑已经投入生产。在早期的设备中...



Galaxy Book S（也可在具有类似规格的Qualcomm Snapdragon 8cx处理器上使用）将于2020年7月推出，







联想ThinkPad X1 Fold可折叠平板电脑笔记本电脑对于1TB版本







和平板电脑的价格高达2499美元微软Surface Book Neo，即将在冬季推出。

莱克菲尔德的未来

即使此版本的Lakefield在基准测试中表现不佳，这对英特尔来说也是一大进步。英特尔的发展路线图包括混合设计和基板之间的多层粘合。这完全取决于英特尔愿意进行多少试验，以及它能否很好地实施工程思想。有讨论认为，英特尔将来可能会考虑采用8 + 8混合处理器设计。对此一无所知，但是肯定会在2021年底预定具有多层支撑的老桥。





Lakefield主板尺寸（30 * 123mm）与前几代主板相比



也许某些创新的英特尔处理器将不会针对台式机发布，而是针对汽车或5G网络发布。Lakefield本质上是一种性能相对较低的CPU，将像Atom处理器一样安装在笔记本电脑和平板电脑中。可以预先说，要在这一领域竞争并不容易，尤其是与AMD移动处理器和Snapdragon等ARM处理器竞争时。但是竞争越激烈，买家越好。