英特尔10nm Ice Lake解析：六大技术支柱推动指数级创新

今年的台北电脑展上，英特尔公司推出了十代酷睿处理器，也就是10nm工艺的Ice Lake处理器，今年6月份出货，量产时间比预期提前了半年。10nm Ice Lake是首发10nm的处理器，也是基于六大技术支柱的创新、可实现指数级性能增长。

现在已经是以数据为中心的时代了，云服务、大数据、5G、AI、物联网带来的数据量是指数级增长，2018年仅仅是中国就产生了7.6ZB的数据，2025年预计会大幅增加到48.6ZB，全球数据量高达175ZB，这样的增长已经超过了单一处理器性能增长的极限。

不仅仅是数据量的爆发，还有数据形态的多样化，都对数据的处理提出了更复杂的需求。未来我们连接的设备也不再是数亿级的PC，或者是10亿级的智能手机，随着5G及物联网的发展，未来的时代是万物互联，2025年中国就有800亿智能设备，全球则是1500亿智能设备，纵横交错下对数据的处理、存储、连接都提出了更高要求。

应对这样的时代，英特尔公司也转变了战略，从以往的以晶体管为中心变成了以数据为中心，转向了六大技术支柱并行的创新，这六大支柱就是制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全、软件。英特尔的目标是借助这六大技术支柱，实现指数级的增长。

在Ice Lake处理器上，先进工艺是10nm，架构是全新的Sunny Cove及Gen11核显，内存上DDR4+傲腾也带来了性能、容量的双重升级，集成雷电3、WiFi 6也扩展了Ice Lake的连接性，安全及软件优化更是重中之重。

制程工艺：先进的2.7倍微缩

六大技术支柱之中，先进的制造工艺至关重要，是打造领先产品的关键基础，而Ice Lake带来高性能的前提就是10nm工艺的超高晶体管密度。

从14nm节点，英特尔工艺的升级幅度明显超过了前面几代，22nm到14nm是2.5倍密度，而从14nm再到10nm更是提升到了2.7倍，晶体管密度达到了1MTr/mm2，也就是说一平方毫米空间里就有1亿个晶体管。

除了晶体管密度上继续符合摩尔定律之外，英特尔的10nm工艺在材料、工艺上还有不少创新之处。之前Techinsights拆解过英特尔10nm芯片，提到英特尔10nm工艺在后端制程BEOL中首次联合使用金属铜及钌，并且使用了自对齐曝光工艺，在新技术上做了很多探索性改进，技术难度要比之前的工艺高得多。

值得一提的是，英特尔去年推出了名为Foveros的3D封装技术，该技术提供了极大的灵活性，因为设计人员可在新的产品形态中“混搭”不同的技术专利模块与各种存储芯片和I/O配置。

Foveros封装技术也是六大技术支柱中的重要一环，虽然10nm Ice Lake处理器目前并没有使用Foveros封装技术，不过今年会有Lakefield处理器率先垂范Foveros封装，未来还有更多处理器用上这一技术，芯片从二维走向三维之后也能带来更高的指数级增长。

架构创新：全新Sunny Cove核心，18% IPC性能提升

除了工艺上的升级之外，Ice Lake处理器上另外一个带来指数级性能增长的创新就是全新架构的应用。英特尔认为，未来十年，架构创新会是他们创新的主要驱动力，继续带来指数级的扩展效应。

就Ice Lake来说，这次主要的架构升级就是CPU、GPU，其中CPU核心升级到了Sunny Cove，GPU升级到了Gen 11代。

在CPU核心上，Sunny Cove主要改进可以说是三点——更深、更宽、更智能，具体来说就是：

- 更深：内部单元增强，L1缓存增加了50%，L2缓存翻倍。

- 更宽：寻址单元从4个增加到5个，执行单元接口从8个增加到10个等，提高了微架构的并行性能。

- 更智能：英特尔在Sunny Cove核心上使用了更好的算法，提高了分支预测精度，降低了延迟。

Sunny Cove核心还提升了某些特定应用的性能，通过增加新的AES、SHA-NI指令提高了加密解密性能，还有解压缩算法，此前英特尔展示的7-ZIP性能提升了高达75%。

总的来说，在CPU性能上，Sunny Cove内核带来的改变是巨大的，与目前的六代到九代酷睿使用的基于Skylake改进的架构相比，Sunny Cove内核在不同应用中性能提升10-40%不等，平均下来IPC(每指令周期性能)提升了18%之多，这是近年来CPU性能提升最大的一次了。

除了CPU核心，10nm工艺的Ice Lake处理器在核显GPU上也来了一次飞跃，升级到了Gen 11架构核显。与目前主流CPU使用24个EU执行单元的Gen 9/10核显不同，Gen 11核显的EU单元暴增到64个，频率1.1 GHz，浮点性能高达1.12 TFLOPS，FP16半精度更是高达2.25 TFOPS，是目前核显的2-3倍。

Ice Lake的GPU规模增长带来的好处就是游戏性能提升了80%以上。据Computex上的信息，48/64单元的Iris Plus核显可以保证多数游戏大作的平均帧率超过30 FPS，部分还能突破60 FPS。

此外，Gen 11核显在解码、视频输出、垂直同步技术上也有革命性升级，双解码单元支持HEVC、VP9硬解，最高支持4K60、8K30，还支持DP 1.4、HDMI 2.0b，支持三屏独立输出，最高可输出5K60、4K120 10-bit。

最后，Gen 11核显终于支持了VESA标准的Adaptive Sync自适应垂直同步技术，这是目前游戏显示器光为支持的新一代垂直同步技术，玩游戏时可以避免画面撕裂或者卡顿等问题。

内存升级：DDR4提频 傲腾内存加速

内存和存储的重要性往往被人忽视。事实上，随着海量数据时代的到来，内存和存储的重要性日趋提升。

不论是内存还是存储，英特尔认为需要内存层级结构上各层级的指数级提升，以满足当前的计算需求。而傲腾技术的推出，便是英特尔正在重塑内存和存储层级结构，填补层级空白，指数级提升内存性能。

首先，Ice Lake处理器的内存频率大幅提升，支持LPDDR4-3733MHz内存以及DDR4-3200内存，前者主要用于移动版产品，后者主要是桌面版产品。相比以往较低的内存频率，Ice Lake处理器提升到DDR4-3200内存平均下来会提升30%的内存性能，对游戏及专业应用来说大有裨益。

（编辑：辽源站长网）

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