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两年前推出的AlderLake处理惩罚器可以说是英特尔的一次庞大的技能革新，这是肴杂架构x86处理惩罚器初次大规模推向斲丧市场，它和它的后继者RaptorLake可以说是相称乐成的产物，也为后续产物打下底子。年末推出的MeteorLake架构酷睿Ultra是英特尔本年最重磅的产物，它采取分离式模块架构，由四个独立的模块构成，并通过Foveros3D封装技能毗连，其盘算模块初次采取Intel4制程工艺打造，使MeteorLake成为英特尔史上能效最高的客户端平台。

同时MeteorLake是英特尔首款内置神经网络处理惩罚单位NPU的CPU，新一代处理惩罚器主打的就是AI人工智能，让PC进入AI期间，全新的处理惩罚器通过践行XPU战略，为高能效AIPC做出了进一步创新。

接下来我们来快速的看下构成MeteorLake的四个模块：

盘算模块采取最新的Intel4制程工艺，包罗6个P-Core与8个E-Core，性能核架构升级至RedwoodCove，能效核升级至Crestmont架构，依然利用环形总线。

SOC模块内里包罗了全新的低功耗岛E-Core，用与新型低功耗负载，进一步优化节能与性能间的均衡。NPU也整合在SOC模块内，尚有包罗一些通例的毗连模块，Wi-Fi6E和蓝牙模块是整合在SOC模块内的，假如想用Wi-Fi7则必要外接，以往整合在核显内里的媒体处理惩罚盘算单位如今也整合到了SOC模块内，还包罗表现输出单位和内存控制器，支持8KHDR和AV1格式的视频编解码，支持HDMI2.1与DP2.1的视频输出，这个SOC模块就相称于一个迷你的小CPU。

图形模块采取了Intel最新的ARC图形架构，MeteorLake可以或许提供上一代两倍的图形性能，可以或许在核显中提供独显级别的性能，支持光线追踪，有更全面的DX12功能集。

IO模块就如它的名字那样是用来提供IO扩展的，内部整合了Thunderbolt4和PCIe5.0控制器，尚有视频输出的物理层也在IO模块内里，为IO扩展提供了非常好的机动性。

酷睿Ultra处理惩罚器最多拥有6P+8E+2LPE，共22线程，最高睿频5.1GHz，支持LPDDR5/5x-7467和DDR5-5600内存，前者最大容量64GB，后者则能到96GB。处理惩罚器提供8条PCIe5.0和20条PCIe4.0，当中IO模块提供了8条PCIe5.0和8条PCIe4.0，SOC模块则提供了12条PCIe4.0。接口方面，支持DP2.1和HDMI2.1视频输出，提供多达4个Thunderbolt4接口，2个USB3和10个USB2，尚有两个SATA3.0口，接口相称丰富。

来看具体产物，首款酷睿Ultra处理惩罚器包罗H和U后缀的产物各四款，此中H系列的最多6P+8E+2LPE，最顶级的型号是酷睿Ultra7165H，最大睿频5.0GHz，配备IntelArcGPU，拥有8组完备的Xe核心，而酷睿Ultra5的少两个P-Core，只有4P+8E+2LPE，核显也只有7组Xe核心。

值得留意的是如今酷睿Ultra7/5的H系列处理惩罚器底子功耗是28W，它的定位着实更靠近上代的P系列，重要是针对浮滑本的，最大睿频功耗有64W和115W两档，具体看OEM厂家怎么计划产物，假如厂商是按28W底子功耗去计划产物的话，最大睿频功耗就是64W，假如按38W或40W去计划产物的话，最大睿频功耗则是115W。

U系列的处理惩罚器应该是换了盘算和图形模块，最多只有2P+8E+2LPE，GPU也只有4组Xe核心，四款产物全部都只有频率上的差别，最顶级型号是酷睿Ultra165U，最大睿频4.9GHz，底子功耗15W，最大睿频功耗57W，必要指出的是，U系列不支持PCIe5.0，但PCIe通道数量和H系列一样。

2024年第一季度还会推出顶级的酷睿Ultra9185H，最大睿频提拔至5.1GHz，为了提供更好的性能它的底子功耗直接被设置为45W，最大睿频功耗115W。别的尚有两款U系列的产物，它们的末了一位数字从5变成了4，最大区别在内存支持上面，它们只支持LPDDR5/5x-6400内存，最大内存容量64GB。

Intel4和Foveros封装

根据IDM2.0战略，英特尔筹划在四年内实现五个制程节点，而Intel4处于筹划中的第二个节点，Intel4将采取了EUV（极紫外）光刻技能，可利用超短波长的光，改善良品率和面积微缩，从而实现高能效，而且可应用EMIB和Foveros封装技能，相比Intel7可提供翻倍的晶体管密度，也为接下来的Intel3奠定底子。如今正在开辟过程中的Intel3将带来密度更高的计划库，增长驱动电流的晶体管并低落通孔电阻，其将更多地利用EUV光刻技能。

与Intel7相比，Intel4实现了两倍的面积微缩，带来了高性能逻辑库，并引入了多个创新，包罗引入EUV光刻技能，大幅简化了互连架构的制程工艺，同时还支持微缩，使得Intel4中的掩码镌汰了20%，工艺步调镌汰了5%；针对高性能盘算应用举行了优化，可支持低电压（＜0.65V）和高电压（高于1.1V）运行，相比Intel7，Intel4的ios功率性能进步了20%以上；别的高密度（金属-绝缘体-金属）电容器实现了杰出的供电性能。

MeteorLake的各独立模块将通过Foveros先辈封装技能毗连，利用高密度、高带宽、低功耗互连，可以或许把多种制程工艺制造的诸多模块组合成大型分离式模块架构构成的晶片复合体。

Foveros先辈封装具有诸多上风，包罗36u凸点间距，迹线宽度小于1微米；凸点密度进步近8倍；迹线长度小于2毫米；160GB/s/mm带宽；功耗小于0.3pJ/位。相比于RaptorLake，MeteorLake通过Foveros先辈封装使得低功耗晶片互连最大限度地镌汰分区开销，同时小区块进步了晶圆良率，初制晶圆更少，而且可以或许为每个区块选择抱负的硅工艺。

盘算模块

盘算模块采取了最新的Intel4工艺制造，采取了EUV（极紫外）光刻技能，可利用超短波长的光，改善良品率和面积微缩，从而实现高能效，而且可应用EMIB和Foveros封装技能，相比Intel7可提供翻倍的晶体管密度，也为接下来的Intel3奠定底子。

与Intel7相比，Intel4实现了两倍的面积微缩，带来了高性能逻辑库，并引入了多个创新，包罗引入EUV光刻技能，大幅简化了互连架构的制程工艺，同时还支持微缩，使得Intel4中的掩码镌汰了20%，工艺步调镌汰了5%；针对高性能盘算应用举行了优化，可支持低电压（＜0.65V）和高电压（高于1.1V）运行，相比Intel7，Intel4的ios功率性能进步了20%以上；别的高密度（金属-绝缘体-金属）电容器实现了杰出的供电性能。

而MeteorLake的独立模块将通过Foveros先辈封装技能毗连，利用高密度、高带宽、低功耗互连，可以或许把多种制程工艺制造的诸多模块组合成大型分离式模块架构构成的晶片复合体。

Foveros先辈封装具有诸多上风，包罗36u凸点间距，迹线宽度小于1微米；凸点密度进步近8倍；迹线长度小于2毫米；160GB/s/mm带宽；功耗小于0.3pJ/位。相比于RaptorLake，MeteorLake通过Foveros先辈封装使得低功耗晶片互连最大限度地镌汰分区开销，同时小区块进步了晶圆良率，初制晶圆更少，而且可以或许为每个区块选择抱负的硅工艺。

P-Core架构从前一代的GoldenCove升级成了RedwoodCove，在进一步提拔性能的条件下，英特尔很洪流平上提拔了它的能效比，对分支猜测举行了强化，并增长了每个核心的带宽，L1指令缓存从32KB翻倍到64KB。

E-Core架构Cracemont升级到了Crestmont，新架构IPC性能有所提拔，和P-Core一样改善了分支猜测，让指令实行变得更有服从，提拔了E-Core的吞吐本领，宽度分配从5组增长到6组，实行单位的矢量/浮点模块的指令集有所升级，提拔了VNNI指令实行本领，为AI加快做预备。

性能方面，官方做了酷睿Ultra7165H在差别功耗下的性能测试，在同20W以上它的多线程性能表现就要优于上代的酷睿i7-1370P，同时还对比了高通骁龙8Gen3、苹果M3和AMD锐龙77840U，酷睿Ultra7165H在同功耗的环境下性能都要优于它们。

同功耗环境下，酷睿Ultra7165H的多线程性能比上代酷睿i7-1370P提拔了8%，比锐龙77840U高出11%。

单线程性能则比锐龙77840U高12%，但由于酷睿Ultra7165H的最大睿频只有5.0GHz，而酷睿i7-1370P是能到5.2GHz的，以是单线程性能反而没上代高，个人推测这是Intel4工艺还处于较早期阶段导致的，实际上最高端的酷睿Ultra9185H最大睿频也只有5.1GHz，和采取Intel7的RaptorLake相比确实差点意思，着实新工艺早期阶段频率比不外多次改进后的成熟工艺也很正常，Intel首批10nm处理惩罚器频率就没当时的14nm处理惩罚器高，但新节点工艺的能耗比是肯定比成熟工艺好的以是先推向浮滑本市场。

由于LPE-Core的参加，酷睿Ultra在节能方面是要比对手良好得多的，酷睿Ultra7165H在播放本地视频或观看Netflix流媒体视频时功耗比锐龙77840U低了44~48%，桌面空载待机更是低了79%之多，假如有背景活动的话降幅就没那么大，但也有36%。

第三代硬件线程调治器

MeteorLake内里有三种差别的核心，它们在差别的功耗下性能表现是不一样的，在低于某功率的时间P-Core性能是低于E-Core的，E-Core在低于某功率时性能也不如LPE-Core，怎样精确的调治是个困难，以是英特尔把硬件线程调治器升级到第三代。

新的硬件线程调治器加强了对OS的反馈，在其他IP占勤奋耗的时间，核心的功耗会被动态分配，把这个条件也思量在内，更加精准的陈诉整个核心和每个Core的本领。MeteorLake可以或许更正确的去做内部能耗比的评估和判定，提供更加正确的表格给到OS，不管任何的盘算任务都可以在E-Core、P-Core和LPE-Core上做及时转换，必要性能必要相应速率的时间往P-Core上移，必要低落功耗的时间，就往E-Core乃至是LPE-Core上移。

至于具体到底怎么做，英特尔和微软相助对不通的线程负载举行了分类，这是根据线程在P-Core、E-Core以及LPE-Core上运行的IPC来区分的，有Class0到3四个品级。

Class0代表P-Core、E-Core在实行这类指令时，每始终周期实行的指令数量根本同等；Class1代表P-Core实行服从高于E-Core，比如大部分浮点运算，会优先分配给P-Core，假如P-Core不有效也可以分一些给E-Core；Class2表现P-Core实行服从远高于E-Core，比如AI运算，这类会肯定分给P-Core；Class3则代表E-Core的实行服从高于P-Core，这类是比力少见的特定程序。

在确定程序的范例后，硬件线程调治器会连合核心当前处理惩罚本领对每个核心打两个分数，一个是高性能(Perf)，另一个则是高能效(EE)，然后报告给OS，分数最高的就是对体系保举的核心，以上图为例，这是一个Class0线程，假如线程寻求性能的话就利用P-CoreN，假如线程寻求能效的话就利用E-CoreN，终极OS就会连合其他的自身条件终极确定把线程分配到哪一个核心上。

下面举两个简单的例子：

1.一个应用要求高性能，它有四个进程被分配到P-Core上了，下一个时间两个相对轻载的进程配分频到E-Core上，随着时间的推移四个P-Core上的进程被实行完了，两个小进程还在E-Core上，接下来的硬件线程调治器就会发起OS把两个进程转移到LPE-Core上，如许整个盘算模块就可以关掉了。

2.两个进程在LPE-Core上运行，然后忽然进来了四个要求高性能的进程，这时盘算模块开启，这四个进程被分配给P-Core，这时硬件线程调治器就会发起OS把这两个轻的进程转移到盘算模块的E-Core上，如许就可以更快的实行，同时还可以关闭SOC模块的内部总线和LPE-Core。

神经网络处理惩罚器NPU

着实如今处理惩罚器内里的CPU和GPU都能实现AI运算，然而AI任务也分很多种，而MeteorLake新引入的NPU则是为了更好的分担差别的AI任务，让差别的处理惩罚器单位在多种AI任务中实现性能核功耗的均衡：

GPU具有性能并行性和高吞吐量，非常得当在媒体、3D应用程序和渲染管道中引入AI功能。

NPU是一种专用的低功耗AI引擎，用于连续AI运行和AI卸载。

CPU具有快速相应本领，非常得当轻量级、单推理、低耽误的AI任务。

CPU、GPU、NPU都是很符合的AI引擎，有各自差别的特性，NPU是个专属的AI低功耗的引擎，得当那些连续性的AI任务，比如举行电话时开启的AI摄像头结果就相称得当NPU。

NPU由一个多引擎架构构成，该架构配备两个神经盘算引擎，可以共同处理惩罚单一工作负载或各自处理惩罚差别的工作负载。在神经盘算引擎中，有两个重要的盘算组件：

推理管道：这是高能效盘算的核心驱动因素，通过最大限度地镌汰数据移动并利用固定功能运作来处理惩罚常见的大盘算量任务，可以在神经网络实行中实现高效节能。绝大多数盘算发生在推理管道上，这个固定功能管道硬件支持标准的神经网络运作。该管道由一个乘积聚加运算（MAC）阵列、一个激活功能块和一个数据转换块构成。

SHAVEDSP：这是一款专为AI计划的高度优化的VLIWDSP（超长指令字数字信号处理惩罚器）。流式肴杂架构向量引擎（SHAVE）可以与推理管道和直接内存访问（DMA）引擎一起举行管道化，实如今NPU上并行举行的真正异构盘算，从而最大限度地进步性能。

DMA引擎：该引擎可以或许优化编排数据移动，实现最高的能效和性能。

NPU的驱动是符合微软新出的MCDM驱动框架的，以是可以或许在任务管理器内里就可以或许看到NPU，它就像CPU、GPU一样可以或许在任务管理器表现它的工作负载，这点和友商是不一样的。

MeteorLake的GPU、NPU、CPU都可以承载AI算力，而且可以相互协同工作，以StableDiffusion负载为例，假如把Unet、VAE都跑在CPU上的时间，在中心Unet上跑20步，花了43秒，功耗是40W。假如全部跑在GPU上，耗时14.5秒，功耗是37W。假如以把正负Unet中心的部分跑在NPU上，其他的用CPU来跑，时间收缩到20.7秒，功耗降至10W。假如把正向提示词的Unet跑在GPU上面，负向提示词的Unet跑在NPU上，用时收缩到11.3秒，由于有GPU的参加，以是功耗为30W。

可见在NPU的参与下，AI负载的功耗大幅降落，团体性能也要优于纯CPU或纯GPU负载，团体能耗比大幅提拔。

随着NPU的引入，再加上原来的CPU和GPU，酷睿Ultra处理惩罚器里就有三个差别的单位可以实行各种AI运算，加起来一共可提供34TeraOPS的算力，而CPU、GPU和NPU的特性各不雷同，可以各自分担差别的AI任务，也可以协同工作，具体看程序怎么调治。

上面是内容创作者利用较多的AI程序负载，酷睿Ultra7165H交上代的酷睿i7-1370P和对手的锐龙77840U都有非常显着的性能上风，最高可达锐龙77840U的5.4倍。

MeteorLake的CPU、GPU和NPU都有精良的Int8和FP16运算本领，而竞品则不是全部模块都拥有完备的AI运算本领，而且MeteorLake在差别数据范例下算力都相称良好，这是基于ULProcyon的AI测试以及SPECrate2017的测试结果。

SOC模块

MeteorLake为了告竣高性能盘算和低功耗做了庞大的架构更改，上图是AlderLake和RaptorLake的框架图，根本上全部东西都挂在环形总线上，CPU核心、GPU大概媒体引擎要访问内存的时间都要穿过环形总线，对于内存访问来说是一个非常高效的方案。

但在节能方面就不怎么好了，环形总线上的任何区块去访问内存的时间，会把一些在该应用场景下不必要的盘算单位激活，就会产生较高功耗，比如在流媒体播放时，GPU是不必要被打开的，但是由于如许的一个布局，使得媒体引起要对内存访问的时间，必须要把Ring整个打开。

在MeteorLake上为了办理这一题目，Intel把媒体引擎从GPU中剥离，如今GPU在独立的图形模块上，媒体引擎整合在SOC模块内里，Ring总线如今只用在盘算模块中，SOC模块有本身的总线，如许他们之中此中一个要访问内存时，都不必要把别的其他模块供电激活了。

比如在播放流媒体视频时，只必要激活内存控制器、媒体引擎以及表现模块，理论上无需激活GPU与盘算单位，以此实现节能的目标。

SOC模块内里尚有两个LPE-Core，它们的工作频率非常低，但能效比很高，可以负担一些对CPU需求较低的负载，比如流媒体播放，如许就不必要激活盘算模块了。

电源管理也重新举行计划，差别模块内里都有分立的PMC电源管理控制器在内部，在SOC模块上面有一个重要的PMC单位，它对整个CPU举行电源管理，通过跟差别模块上的分电源管理器举行沟通，没负载时可以关闭对应的模块来节省电力，这个架构为MeteorLake提供了很多新的电源管理功能，为将来的芯片计划上的电源管理奠定了非常好的底子。

上图是MeteorLake架构SOC模块的方块图，可以看到内里有两个总线，上面的是的Scalablefabric，也称为NOC，它的带宽高达128GB/s，相应速率也很快，够让挂在上面的全部的装备去快速、低功耗的访问整个内存。

可以看到外部的盘算模块和图形模块也挂在NOC上面，在SOC内部，包罗LPE-Core，内存控制器、多媒体引擎、表现模块、NPU、IPU都挂在NOC总线上。

下面谁人总线是IOfabric，外部的IO模块接在这总线上，SOC内部的PCI-E、SATA、USB、Wi-Fi、以太网、音频、传感器以及两个负责安全的区块也毗连在这总线上，IOfabric与NOC总线之间由IOC单位举行交互，这两条总线毗连了整个SOC模块，乃至说它们毗连了MeteorLake全部的关键部件。

别的我们可以看到IO模块和SOC模块都是有PCIe控制器的，当中IO模块可以提供8条PCIe5.0和8条PCIe4.0，别的尚有额外的4个Thunderbolt4接口，而SOC模块则可提供12条PCIe4.0。

利用先行的Foveros封装技能，模块间通讯带宽根本就是内存级的带宽，速率相称之快，耽误也很低，是一个非常低功耗、高性能的一个互连布局。

由于SOC模块引入了两个LPE-Core，如今一个完备的MeteorLake是由6个P-Core，8个E-Core和2个LPE-Core所构成，上图是三种核心的能耗表现，横坐标是功耗，纵坐标是性能，当功耗低于肯定程度的时间P-Core的性能表现就不如E-Core，同理在某个功耗点上LPE-Core的性能表现会优于E-Core，以是硬件线程调治器必要更新。

图形模块与媒体单位

MeteorLake的GPU被移动到独立的表现模块上，用的是Xe-LPG架构，它是在现有Xe-LP核显架构上发展而来的，并引入了ArcA系列独显的一些技能。

除了表现模块的GPU外，MeteorLake的多媒体引擎与表现引擎都移到了SOC模块内里，IO模块上也有表现的物理层负责视频信号的输出。

与上一代的核显相比，MeteorLake的GPU拥有更高的主频，电压也更低，Xe核心从6个增长到8个，共128个矢量引擎，增长了33%，多少图形渲染管线数量翻倍，有更高的像素与采样本领，而且参加了8个光追单位，如今Intel的核显也支持光线追踪了。

各种改进让核显性能较上代番了一倍

上图是酷睿Ultra7165H和酷睿i7-1370P同在28W下的实际游戏表现，最佳环境卑鄙戏帧坦白接翻倍，最低也会提拔9%，酷睿Ultra配备的新核心确实能提供更好的游戏性能。

而这个则是MeteorLake处理惩罚器和锐龙7040处理惩罚器的游戏性能对比，测试了18款游戏在1080p中等画质下的表现，酷睿Ultra7165H的游戏性能是要比锐龙77840U要好5%的，而酷睿Ultra7155H则与对手持平。

多媒体引擎也有升级，如今最高支持8K60Hz10bit的HDR视频解码以及8K30Hz10bit的HDR视频编码，支持包罗VP9、AVC、HEVC、AV1以及其他的传统格式。

表现方面，MeteorLake支持HDMI2.1、DP2.1以及完备的eDP1.4的输出规范，分辨率最高支持一个8K60HDR，大概4个4K60HDR，大概是更高革新率的1080p大概1440p360Hz。

总而言之MeteorLake的改进非常多，新增的LPE-Core是Intel高性能肴杂架构的首个庞大盼望，模块化计划代表着Intel40年来庞大的架构变化，NPU的引入代表Intel会将AI广泛引入PC，让PC进入AI期间，巨大的x86生态体系将提供广泛的软件模子和工具。

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