英特尔10纳米SuperFin Tiger Lake揭秘

前阵子，英特尔为我们带来了代号为Tiger Lake的第11代酷睿低压处理器。与前几代酷睿处理器的参数升级相比，第十一代酷睿移动处理器的生产工艺与底层架构均得到了大幅改善。下面让我们一起走进十一代酷睿处理器的世界，看看它能为我们带来怎样的惊喜。

CPU:新工艺+新架构

要想知道CPU性能是如何提升的，首先来说明影响CPU性能的几个因素。根据CPU性能公式“程序的 CPU 执行时间= 指令数×CPI(执行每条指令所需的时钟周期平均值)/时钟频率(主频)”可以看出,想要使CPU获得更快的速度，必须要从指令数、时钟频率以及CPI入手，下面让我们一起来看看十一代酷睿移动处理器到底有哪些特性?

首先是CPU的运行频率，CPU的运行频率代表着晶体管状态由0到1或由1到0的切换速度。所以频率越高，CPU的运算速度也就越快。所以说，要想从根本上提升CPU频率，首先要做的便是提升0/1的切换频率。虽然加压可以加快晶体管的充放电速度，使得CPU获得更高的频率。但一味的加压终究不是解决办法，如果CPU的频率提的太高，快到晶体管无法完成一次完整的充放电，那么就无法完成0和1的切换，从而导致死机或蓝屏等问题。除此之外，加压还会导致功耗的大幅上升。所以目前业界主流做法都是改善工艺+降压，但这也带来了不得不面对的严重问题。

由于目前占统治地位的集成电路技术是CMOS(互补型金属氧化半导体)，它的主要能耗来源是动态能耗，也就是晶体管状态翻转时消耗的能量。动态能耗则取决于每个晶体管的负载电容和工作电压，具体可以用这个公式来表示：能耗∝ 负载电容* 电压^2。而每个晶体管需要的功耗就是一个翻转需要的能耗和开关频率的乘积。

由于功耗是电压平方的函数，所以可以通过降低电压来大幅减少功耗。所以每次工艺的更新换代都会伴随着电压的降低。但电压继续下降就会使晶体管的泄露电流过大，从而导致无法收拾的状况。

需要注意的是，虽然动态能耗是CMOS能耗的主要来源，但静态能耗也是存在的。因为晶体管即使在关闭状态下，依然会出现电流泄露的情况，而且增加晶体管的数量也会使漏电功耗变大。这也是工艺越先进,漏电就越严重的根本原因之一。

说到这里，不得不提的便是全新的“10纳米SuperFin”技术了。众所周知，晶体管技术是CPU性能提升的关键因素之一，除了频率的提升之外，更高的集成度也增加了处理器的任务处理速度(类似于单位时间内增加水管可以输送更多水)。而SuperFin技术，则是有史以来，在单节点上最大的性能增强，甚至达到了可以与全节点转换相媲程度。所谓SuperFin其实就是“英特尔增强型FinFET晶体管与Super MIM电容器”这两种技术的合体。其中，FinFET晶体管技术可以降低电阻，减少漏电，增加电迁移效率;SuperFin晶体管则可以让晶体管的信号更加清晰。

简单来说，10纳米SuperFin技术的核心就是在增加晶体管密度，提高频率的情况下，减少漏电，并且让晶体管的信号变得更加清晰。

结合上文CPU性能提升的原理来看，它可为处理器带来更短的程序执行时间(也就是更快的速度)，并减少CMOS的静态能耗，从而达到性能与能效双提升的目的。

除此之外，IPC(每时钟周期执行的指令数)也是影响处理器性能的重要因素。这一点从CPU性能公式“程序的 CPU 执行时间 = 指令数×CPI(执行每条指令所需的时钟周期平均值)/时钟频率(主频)”可以看出。从数据上来看，IPC即是CPI的倒数，IPC越大，CPU的程序执行时间就越短。

而11代酷睿则采用了全新的Willow Cove微内核，IPC性能平均提升了18%。与上代产品所采用的Sunny Cove相比，Willow Cove拥有重新设计的缓存架构，它的二级缓存提升到了每核心1.25MB，各核心共享12MB三级缓存，整体提升了50%到125%。而且它还搭载了英特尔控制流强制技术，可以在带来更高性能的同时有效保护数据安全。

GPU：新架构+AI专用指令集

显卡方面，十一代酷睿搭载了全新的Xe-Lp低功耗架构，与现役的锐炬Plus核显相比，它的执行单元数量提升了50%，频率提升了84%，进步相当明显。而对高频内存的支持，也为它带来了显存带宽的提升。

而在驱动及编译器效率上，英特尔锐炬Xe也重新设计了显卡架构，降低了DX11中的驱动API开销，减少了API延迟，并支持AI优化指令。此外，锐炬Xe显卡还支持VRS可变帧率渲染，可以根据渲染场景的不同来选择性降低非重要内容的渲染精细度，把空出的性能留给玩家注视的对象，从而为玩家带来更为流畅的游戏体验。

映射到用户体验方面，那就要看具体的游戏表现了。据英特尔官方数据显示，全新的锐炬Xe集成显卡不光可以畅玩LOL与《CS:GO》等主流网游，还可以在1080P下流畅运行《无主之地3》、《巫师三》以及《中土世界：战争之影》等高画质3A大作。而且英特尔还联合游戏厂商对锐炬Xe显卡进行了优化。目前，锐炬Xe显卡已经得到了《英雄萨姆4》、《战争机器》、《无限法则》等大作的优化，预计未来还将有更多大作加入对它的支持。

而且英特尔还为我们提供了包含截屏、直播、锐化等游戏辅助功能的IGCC控制面板，也算是补全了英特尔没有自家游戏辅助平台的短板。

除此之外，异步计算、视图实例化、采样器反馈、带有AV1的更新版媒体引擎以及更新版显示引擎等特性也为它带来了更强的生产力属性。

与此同时，十一代酷睿在AI方面也有了不小的提升，它支持英特尔 Gaussian 和神经加速器 2.0与DP4a神经网络推理指令集，既可以在视频会议时实现背景模糊与噪音抑制，又能通过专用的AI指令大幅提升照片的处理速度，对追求生产力与移动办公体验的上班族十分友好。

IO：原生支持Thunderbolt 4和USB4接口

IO方面，十一代酷睿原生加入了对Thunderbolt 4和USB4接口协议的支持，支持具有多达4个Thunderbolt 4接口的坞站与双4K/单8K输出。与此同时，它还支持CPU直连PCIe 4.0通道。在此之前，外接PCIe设备都是走PCH通道的，这会受到OPI总线带宽的限制，在多设备连接的情况下，较小的带宽就无法满足多设备的需求，在这种情况下就会出现卡顿或较高的性能损耗。而凭借直连PCIe4.0通道带来的高带宽，用户就可以获得更高的硬盘速度和更小的显卡性能损耗(外接显卡状态下)，这使得整个平台的综合实力得到大幅度提升，有效提升了轻薄本的的娱乐与生产力属性。

结合上文对锐炬Xe显卡的介绍来看，高速接口的加入与显卡性能的增强在一定程度上对应了逐渐普及的超清&多屏影音需求。有了这样的硬件支持，搭载十一代酷睿的笔记本最高可外接单8K/双4K显示器，可以满足大部分用户的工作&娱乐需求。

总结

通过制程工艺与内核的创新，十一代酷睿的CPU获得了20%的性能提升与更为出色的能效比。可以在同等性能下消耗更少的电量，这对强调续航能力的轻薄本而言，具有十分重大的意义。而Xe-Lp低功耗显卡的推出则让轻薄本在很大程度上减少了对独立显卡的依赖。这既可以减少GPU与CPU“抢电”的问题，又可以为笔电带来更长的续航。除此之外，少了独立显卡的包袱，轻薄本也可以拥有更多的散热&主板空间，从而为厂商们留出更大的设计余地，使消费者能够见到更多个性化的笔电产品。

关键词： 10纳米SuperFin