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    Intel 架構日 2021: Alder Lake 完整規格公開

    Yeung Chun Fat
    曾經在香港各間主要電腦雜誌工作,隨後轉行到電腦公司任職產品經理,最近重回媒體工作。個人出版的作品包括替香港工業總會轄下香港電子業總會(HKEIC)撰寫《香港電子業穩步向前- 回顧與前瞻》紀念書刊。

    在每年一度的架構日中,Intel 預先公佈全線產品線的更新,包括 12 代 Core Alder Lake 微架構。眾所周知, Alder Lake 將採用混合效能核心及效率核心,在吸取 Lakefield 不成功的經驗後, Intel 痛下決心採用全新架構,引入 Intel Thread Director 技術,讓效能核心、效率核心能夠和作業系統無縫接軌工作,令人期待。

    Alder Lake 會有台式機及筆電用版本,最大的分別在於 P-Core 效能核心數目。
    在封裝方面,不同平台也有不同的封裝及尺寸大小。
    高效能的 Alder Lake 將有 8+8 核心設計,最多 24 線程及 30MB LL Cache 。

    效率核心比 SkyLake 快 40%

    為了解決 CPU 功耗表現不如 Apple M1 的問題,所以 Intel 的重點也放在效率核心上,即代號為 Gracemont 的全新效率核心微架構。 Gracemont 也是傳統被視為效能不佳的 Atom 處理器,所以 Intel 對其效能作出多項針對性工作,以提升每週期指令數量( IPC )直接強化效能,包含:

    1. 提供 5,000 條分支目標 Cache ,以增加分支預測的準確性。
    2. L1 指令 Cache 增至 64KB 。
    3. 追加 Intel AVX 指令集,以及支援整數人工智慧( AI )運算的新延伸指令集。

    通過以後多項加強工作, Intel 表示 Gracemont 較目前最成功的 Skylake CPU 核心高 40% 效能,或是降低 40% 功耗並提供相同效能表現。若以 4 核心(不支援Hyper-Threading )的 Gracemont 與 2 核心 4 線程的 Skylake 比較,可提供多出 80% 效能並降低功耗,或是減少 80% 功耗並維持相同的效能,十分可觀。

    Gracemont 核心效能被大大加強了,表現更勝 Skylake 效能核心。

    快 19% 的效能核心

    全新效能核心微架構代號稱為 Golden Cove ,將具備更寬、更深、更聰明的架構,包括從 x86 解碼器方面入手,從原來的 4 個解碼器擴充至 6 個,微指令( µop )Cache 每週期從 6 條增至輸出 8 條輸出,同時執行埠從 10 個增至 12 個等等。另外是改善分支預測精準度、降低有效 L1 Cache Latency、 L2 全 Cache 寫入預測及頻寬最佳化等等,使效能較第 11 代 Intel Core 架構( Cypress Cove )有 19% 提升。另外,原來好壞參半的 AVX-512 指令集,則進化至 Intel Advanced Matrix Extensions (簡稱 AMX )。 AMX 主要針對 AI 應用,在 FP32 及 INT8 測試效能是 Intel AVX-512 的 8 倍,十分可觀。

    筆者認為 Golden Cove 效能核心的改動不算大
    在不同的測試中, Golden Cove 較 11 代 Intel Core 架構( Cypress Cove )有 19% 提升。
    可支援 DDR5-4800 或 DDR4-3200 ,保留對已有 7 年歷史 DDR4 的兼容性能。
    支援最新 PCI-E 5.0 ,在 x16 下提供高達 64GB/s 可用頻寬。

    Intel Thread Director

    如何讓兩種不同設計的 CPU 核心有效協同工作,這才是最大的難題。套用 Intel 講者的說法,如果把工作轉到另一架構 CPU 核心處理,只得重新複製資料,費時失事。 Intel Thread Director 是一款直接內建於硬體之中的改良版排程器,提供核心狀態的低階遙測資訊,以及執行緒的指令混合比例,讓作業系統有能力在對的時間,將對的執行緒放在對的核心。然而 Intel 並不能控制作業系統的操作及優化,目前測試顯示 Intel Thread Director 在 Windows 11 下有最佳效能。另外, Intel Thread Director 還應用全新 EcoQoS 分級,讓排程器能夠得知適合該執行緒的電源效率(例如將執行緒排程移至效率核心)。

    Intel Thread Director 的工作方式

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