封裝與製程技術

Intel Meteor Lake — Meteor Lake 具有 4 種晶片塊

Meteor Lake 架構是 Intel 歷來能源最高效率的筆電處理器，它包含 Compute Tile、SoC Tile、IO Tile、Graphics Tile 共 4 塊功能甚至連製程都不同的晶片塊，透過 Foveros 3D 封裝技術，以高密度、高能源效率、低延遲的方式集結起來，成為完整的 Meteor Lake 處理器。

Intel Meteor Lake

目前只有 Compute Tile 是使用 Intel 4 製程，同時結合 EUV 極紫外光微影技術，Intel 透露 Graphics Tile 使用著台積電 N5（5nm）製程，SoC Tile 使用台積電 N6（6nm）製程。

Intel 4 製程相較現行 Intel 7 製程，每單位面積 Library 密度可提升至接近 2 倍，同時減少 20% 遮罩與 5% 製程處理步驟，提升良率之餘，還可讓處理器以更低的電壓運行更高時脈，提高電源效率。

運算架構

Meteor Lake 的 Compute Tile 最多可容納 6 顆 P-core（效能核心），以及 2 組共 8 顆 E-core（效率核心），這 2 種核心分別使用全新的 Redwood Cove 微架構與 Crestmont 微架構。

相較於現行 Raptor Lake 平台 P-core 使用的 Raptor Cove ，Redwood Cove 微架構強化了能源效率與效能監控單元，並提高了每個核心的頻寬。

Crestmont 微架構則是相較 Raptor Lake 平台 E-core 使用的 Gracemont，提高了 IPC（每時脈週期指令數量）與運算的分支預測，並強化向量神經網路指令（Vector Neural Network Instructions, VNNI）與指令集架構（Instruction Set Architecture, ISA）等 AI 加速功能。

為了達成高效率這個宗旨，Intel 大幅度修改 Uncore（CPU 核心外）的運算原則。

首先，Intel 在 Meteor Lake 的 SoC Tile 裡頭塞進 2 顆 Crestmont 微架構的低功耗 E-core，連同 Compute Tile 的 P-core 和 E-core 構成 3D performance hybrid 架構。

以往 Raptor Lake 的 Thread Director 分配運算資源的順序是從高效能的 P-core 開始，在 Meteor Lake 的 Thread Director 則改成先分配到低功耗 E-core，如果偵測到較高壓力的運算需求，或是環境電力充足，便會依序往 E-core 和 P-core 分配。

從工作負載示意圖可以看到，Meteor Lake 低功耗 E-core 的使用幅度遠高於 E-core 和 P-core，這意味著動用到耗能較多的 Compute Tile 幅度降低了，也就可以提高能源效率。

Intel Meteor Lake

再來，以往呼叫記憶體、內顯資源都必須透過 CPU 運算核心內的 Ring Fabric，這不僅提高整體的功耗，也讓 Ring Fabric 的頻寬相當擁擠。

Meteor Lake 的創舉就是把低功耗 E-core、記憶體控制器、人工智慧運算專用 NPU、媒體引擎、視訊引擎、影像引擎以及 IO 控制器都整合在 SoC Tile 內，並透過頻寬高達 128 GB/s 且可變動分配的 Scalable Fabric 連通，針對不同的運算負載，分區啟動其他晶片塊。

舉例來說，如果只是影片播放這種使用內顯解碼的超低負載運算，SoC Tile 接到指令後，可從 IO 控制器抓取影片資料到記憶體，低功耗 E-core 和媒體引擎簡單處理後，透過 Scalable Fabric 發送給 Graphics Tile 解碼，再回傳給 SoC Tile，便交由視訊引擎輸出，整個過程不需要動用 Compute Tile 的資源。

厲害之處在於，SoC Tile 設有 P unit 功耗處理單元，以及包括它自己與 Compute Tile、IO Tile、Graphics Tile 都各自擁有 PM controller 功耗控制器，Meteor Lake 可以針對運算需求進行調動，在不需要動用該晶片塊資源的情況下可將其關閉，以達成省電高效率目的。

X^e LPG 內顯

Intel Meteor Lake

相較 Alder Lake / Raptor Lake 使用的 X^e LP 內顯，Meteor Lake 透過先進架構、邏輯設計、電路設計以及製程調整，將其升級為 X^e LPG 內顯，可在同樣的電壓環境下運行更高的時脈，或是相同的時脈設定下以更低的電壓運作。

Meteor Lake 的 Graphics Tile 容納了規模相當於 Arc A380 獨立 GPU 的 X^e HPG 微架構核心，內含 2 塊 Render Slice 共 8 組 X^e-core，包含 8 個光線追蹤單元。Intel 表示，這塊 X^e LPG 內顯能夠提供近似 Arc A380 的效能，也支援 X^eSS 人工智慧超級採樣功能，卻只需要它一半的功耗。

有意思的是，Graphics Tile 並非一塊完整的 Arc A380 GPU，像是媒體引擎、視訊引擎等區塊已被分配到 SoC Tile，顯示埠實體層（Display PHY）被分配到 IO Tile。其中視訊引擎支援到最新的 DisplayPort 2.1 20G 和 HDMI 2.1，這些是 Arc A380 並未擁有的功能。

AI 人工智慧運算

雖然 SoC Tile 內部有人工智慧運算專用的 NPU，但並非所有都只交給它執行。Intel 認為，需要低延遲的運算適合 CPU，需要大量平行運算的適合 GPU，而簡單卻需要持續處理的運算（如視訊處理和音訊降噪）才適合低功耗的 NPU。

Meteor Lake 就是強在它能夠按照需求，使用不同的單元同時處理整筆龐大的人工智慧算。

舉例來說，Stable Diffusion 這種圖像生成應該是近期大家熟知最需要大量資源的運算。

在一套設定好的處理流程中，如果全部交由 CPU 處理會費時 43.3 秒和 40W 能源，效率頗低；全部將由 GPU 處理則會費時 14.5 秒和 37W 能源，速度快但耗能不少，全部將由 NPU 處理則費時 20.7 秒和 10W 能源，速度沒那麼快但耗能最低。

若是分別將其中一半運算交給 GPU 和 NPU，只費時 11.3 秒和 30W 能源，雖然耗能稍高但處理速度最快。這意味著使用者可針對不同的處理速率需求或電力環境，安排最合適的運算方式。

總結

Meteor-Lake-Overview-43

透過以上種種技術的堆疊，不難看出 Meteor Lake 的設計主軸一直圍繞在能源效率上，Intel 甚至表示 Meteor Lake 是該公司歷來能源效率最高的筆電處理器。至於實際產品表現如何，就靜待首款 Core Ultra 處理器 12 月 14 日上市後見分曉囉。

Tags: #Intel #MeteorLake #CoreUltra #Intel4 #Foveros #RedwoodCove #Crestmont #CPU

科技硬體