2020年對(duì)Intel而言實(shí)在不是友好的一年。雖然Intel的財(cái)報(bào)仍未表現(xiàn)出大問(wèn)題，但I(xiàn)ntel在很多領(lǐng)域的前景是不樂(lè)觀的。在《2021年十大熱點(diǎn)應(yīng)用趨勢(shì)展望》中，我們提到了在PC處理器領(lǐng)域，“AMD將吃下‘半壁江山’”，這源自AMD Zen架構(gòu)處理器的強(qiáng)勢(shì)；蘋(píng)果M1的問(wèn)世則為這個(gè)趨勢(shì)火上澆了一勺油；與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)顯現(xiàn)出的市場(chǎng)趨勢(shì)是，CPU逐漸被邊緣化，英偉達(dá)DPU在這方面顯現(xiàn)出的野心是相當(dāng)顯著的。

　　PassMark的CPU市場(chǎng)份額數(shù)據(jù)雖然有幸存者偏差，但在截至今年1月12日的數(shù)據(jù)更新中，AMD的桌面CPU市場(chǎng)份額已經(jīng)達(dá)成自2006年以來(lái)，首次對(duì)Intel的超越——當(dāng)然兩者的筆記本市場(chǎng)份額仍然相差較大，畢竟OEM客戶(hù)是Intel的基本盤(pán)。在整個(gè)x86 CPU市場(chǎng)，AMD的份額總體剛剛突破了40%（PassMark）。

　　來(lái)源：PassMark，注意這組數(shù)據(jù)帶有明顯的幸存者偏差，僅供參考[1]

　　Intel十多年來(lái)，在PC處理器技術(shù)上的碾壓級(jí)優(yōu)勢(shì)，似乎在這短短2年內(nèi)便徹底喪失——不僅是Skylake這種年邁架構(gòu)表現(xiàn)的弊端，而且在10nm工藝遲遲無(wú)法大規(guī)模量產(chǎn)的情況下，7nm又雙叒叕延后了半年。

　　AMD Zen架構(gòu)進(jìn)步在我以往的不少文章里，都有比較詳細(xì)的闡述，Zen 3已經(jīng)事實(shí)上在單核和多核性能上實(shí)現(xiàn)了對(duì)Intel處理器的全面趕超——雖然Intel的marketing仍然相當(dāng)頑強(qiáng)。而蘋(píng)果Mac系列在拋棄Intel處理器之后，自研的M1芯片則可以說(shuō)幾乎讓整個(gè)x86陣營(yíng)汗顏，僅3.2GHz的主頻、低很多的功耗，就能將Intel最高端的Core i9踩在腳下，并徹底無(wú)視Intel最新的Tiger Lake（十一代酷睿）。

　　所以美國(guó)西部時(shí)間1月13日，英特爾宣布新任CEO Pat Gelsinger的即將上任，換下Bob Swan。事實(shí)上在此之前，Intel首席工程官Dr. Venkata （Murthy）的離職就能夠從公司管理層面，顯現(xiàn)Intel對(duì)現(xiàn)狀的反思。

　　本文篇幅較長(zhǎng)，這里給出導(dǎo)讀，讀者可根據(jù)自己的興趣，做選擇性閱讀。

　　● x86處理器做大小核設(shè)計(jì)的背景

　　● 大小核設(shè)計(jì)的意義

　　● Intel的初代大小核處理器Lakefield實(shí)際表現(xiàn)

　　● Lakefield的小核心Tremont（可選讀）

　　● Lakefield的封裝技術(shù)（可選讀）

　　● Intel大小核處理器面臨的問(wèn)題和展望

　　x86陣營(yíng)也開(kāi)始做大小核

　　有關(guān)M1芯片為何能達(dá)到這個(gè)程度，我會(huì)另外撰文詳述。M1的逆天表現(xiàn)雖然不是本文要談的重點(diǎn)，不過(guò)M1的出現(xiàn)卻已經(jīng)向市場(chǎng)證明，Arm在PC高性能領(lǐng)域是大有可為的，與此同時(shí)還能兼顧低功耗。從極客灣測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)看，日常工作中，M1版MacBook Pro的功耗之低，與整個(gè)x86陣營(yíng)都是有量級(jí)差距的：B站看個(gè)視頻，M1功耗在0.5-0.7W，而Intel Tiger Lake需要4-4.5W;待機(jī)功耗，M1達(dá)到了震驚PC處理器市場(chǎng)的0.02W，而Tiger Lake是1.1W。MacBook如今的續(xù)航因此可以達(dá)到20小時(shí)甚至更高。

　　這其實(shí)并不讓人意外，畢竟Arm平臺(tái)的大小核（big.LITTLE）設(shè)計(jì)早已是Arm芯片參與者做慣了的事。Arm過(guò)去始終在移動(dòng)平臺(tái)活躍，而手機(jī)之類(lèi)移動(dòng)設(shè)備對(duì)功耗是非常敏感的，所以處理器采用大小核心搭配是必須的。

　　而x86陣營(yíng)的參與者，如Intel就是自PC處理器起家的，PC對(duì)功耗更不敏感（尤其是桌面PC）。所以PC處理器也更傾向于通過(guò)提升頻率（而不是增加更多專(zhuān)用單元）來(lái)提升性能，自然也不存在“小核”設(shè)計(jì)。兩者功耗上的差距顯得相當(dāng)順理成章。

　　但在持續(xù)提頻的道路上，移動(dòng)辦公逐漸風(fēng)行的當(dāng)下，Intel也一早就意識(shí)到了功耗需要有越來(lái)越高的優(yōu)先級(jí)。這兩天在美國(guó)進(jìn)行的CES大會(huì)上，Intel再度提到了規(guī)劃中的“混合x(chóng)86產(chǎn)品”Alder Lake，也就是x86版的大小核設(shè)計(jì)。去年Intel的Architecture Day 2020上，Intel正式宣布Alder Lake路線(xiàn)圖：未來(lái)的Alder Lake處理器，會(huì)將高性能計(jì)算核心（Golden Cove）與“高效率”核心（Gracemont）放到一起。

　　將其比作Intel版的M1芯片并不合理，畢竟Intel要做此類(lèi)處理器的意愿也不是M1出現(xiàn)后才有的，不過(guò)兩者大方向總算是趨同的。Alder Lake會(huì)面向桌面和移動(dòng)兩個(gè)平臺(tái)推出（這里的移動(dòng)主要只是筆記本或同類(lèi)設(shè)備），這顆規(guī)劃中的芯片也事實(shí)上成為x86陣營(yíng)針對(duì)Arm大小核設(shè)計(jì)思路的反擊（主要是驍龍8cx和蘋(píng)果M1這類(lèi)芯片）。不過(guò)在規(guī)劃上，Alder Lake需要等到今年下半年。而且Intel在這種大小核設(shè)計(jì)方案上，也還處在試探期。

　　在Alder Lake之前，Intel在Architecture Day 2018上展示了其初代“混合x(chóng)86處理器”產(chǎn)品：Lakefield，也是將Core（酷睿）和Atom（靈動(dòng)）架構(gòu)處理器核心放到一起，作為Intel版本的大小核。

　　如今Alder Lake相關(guān)消息仍然很少，本文嘗試以Lakefield為依據(jù)，從技術(shù)角度談?wù)剎86陣營(yíng)推行這種混合處理器，能否在Intel最艱難的歷史時(shí)期，幫助Intel重回PC處理器市場(chǎng)巔峰——以及這種“混合”“大小核”設(shè)計(jì)究竟有多大價(jià)值。

　　另一方面，Lakefield處理器雖然目前的出貨還非常少，而且由于規(guī)格定義并不面向高端PC（與筆記本）市場(chǎng)，但它幾乎可以認(rèn)為濃縮了Intel當(dāng)下最先進(jìn)的一批技術(shù)。所以對(duì)Lakefield剖析，也能更全面地了解Intel如今在PC處理器市場(chǎng)的處境和底牌。

　　而且Lakefield不僅標(biāo)志著Intel PC處理器的未來(lái)規(guī)劃，也預(yù)示了PC處理器整個(gè)市場(chǎng)的未來(lái)，即便它本身只是x86指令處理器的試水之作。（要知道AMD這邊到現(xiàn)在其實(shí)都還沒(méi)有自家的“小”核心設(shè)計(jì)，雖然早期架構(gòu)的改款還是可以考慮）

　　大小核有意義嗎？

　　從蘋(píng)果開(kāi)始為MacBook采用M1芯片，以及微軟積極擁抱Arm推類(lèi)似Surface Pro X這樣的Arm筆記本設(shè)備（和Window on Arm）就不難發(fā)現(xiàn)，x86在筆記本這樣注重移動(dòng)性的設(shè)備上顯得不夠高效。拋開(kāi)兼容性問(wèn)題不談，Surface Pro X在采用高通處理器以后，續(xù)航就遠(yuǎn)高于x86版本的Surface;新版MacBook就更不用說(shuō)了。

　　如前文所述，Arm的低功耗與其很早就推big.LITTLE（以及DynamiQ靈活搭配）設(shè)計(jì)是有很大關(guān)系的（更多原因我將在M1架構(gòu)分析中闡述）。這種大小核設(shè)計(jì)，在面對(duì)輕度工作負(fù)載時(shí)選擇小核心，而在需求高性能時(shí)則用大核心去跑任務(wù)。這種方案基于一個(gè)事實(shí)：兩種核心在不同的性能區(qū)間，其功耗表現(xiàn)是大不一樣的。

　　Lakefield“大小核”的整體設(shè)計(jì)大致上可以反映這個(gè)思路。Lakefield搭配的大小核分別是Sunny Cove（十代酷睿上的核心）和Tremont（最新的Atom核心），具體是1顆Sunny Cove搭配4顆Tremont。Arm陣營(yíng)如今頗為常見(jiàn)的搭配方法是4+4，或者1+3+4/2+2+4，越來(lái)越多的手機(jī)芯片傾向于大中小三簇核心的搭配方法。

　　用一張圖大致能夠說(shuō)明，大小核設(shè)計(jì)帶來(lái)效率提升的價(jià)值：

　　這張圖是Intel官方提供解釋Lakefield兩種核心，在不同性能下的功耗情況的：橫軸代表相對(duì)性能，縱軸代表相對(duì)功耗，隨性能提升，功耗也在提升。

　　左邊這張展示的是單線(xiàn)程下，兩種核心的性能與功耗關(guān)系（橙色代表Sunny Cove-SNC，藍(lán)色代表Tremont-TNT）；右邊這張圖標(biāo)識(shí)的則是多線(xiàn)程性能與功耗關(guān)系。比較顯然的一個(gè)結(jié)論是，僅看單線(xiàn)程情況，在較低性能狀態(tài)下，小核心能夠達(dá)成更低的功耗；但到了高性能區(qū)間，小核心的功耗反而會(huì)崩，此時(shí)大核心的效率會(huì)更好。

　　更具體地說(shuō)，在相對(duì)性能低于58%時(shí)，Tremont核心效率高很多，而在性能高于58%時(shí)，Sunny Cove顯然是更好的選擇。當(dāng)然多線(xiàn)程性能又是不同的，畢竟Sunny Cove核心在Lakefield中就只有一個(gè)。Intel提供的數(shù)字是，Tremont在能效上打敗Sunny Cove時(shí)，最高可以達(dá)成Sunny Cove 70%的性能；性能水平介于Sandy Bridge（2-3代酷睿）和Haswell（4代酷睿，2013-2014年）之間——整數(shù)性能與Haswell相近，同時(shí)效率會(huì)高很多。

　　事實(shí)上，Lakefield并不通過(guò)任務(wù)負(fù)載性能需求高低來(lái)決定用哪種核心工作。在Intel的定義中，Sunny Cove針對(duì)需要快速響應(yīng)，以及與用戶(hù)體驗(yàn)切身相關(guān)的線(xiàn)程；而Tremont則針對(duì)要求多線(xiàn)程性能的相關(guān)任務(wù)，以及需要在較高效模式下跑的非用戶(hù)相關(guān)后臺(tái)任務(wù)。比如視頻編碼工作，通?？紤]用四個(gè)Tremont核心來(lái)跑，Windows后臺(tái)任務(wù)也交由Tremont完成；類(lèi)似用戶(hù)點(diǎn)擊開(kāi)始菜單、滾動(dòng)網(wǎng)頁(yè)這種操作，要求快速響應(yīng)，則交給Sunny Cove。

　　x86初代大小核處理器的性能怎么樣？

　　Lakefield（酷睿i5-L16G7）的其他參數(shù)還包括CPU基頻1.4GHz，大核心的最高睿頻3.0GHz（全核最高1.8GHz），不支持超線(xiàn)程，TDP 7W;核顯為Gen11（GT2 64EU，500MHz，頻率遠(yuǎn)低于Ice Lake）；堆疊了8GB LPDDR4-4267內(nèi)存；計(jì)算die部分的工藝為10nm。

　　從這些配置來(lái)看，就知Lakefield在性能表現(xiàn)上可能并不怎么樣，定位的就是低功耗便攜式或者一些二合一設(shè)備。尤其多線(xiàn)程工作基本全部交給Tremont去完成——這讓Lakefield在很多情況下變身Atom處理器——對(duì)不起酷睿的名頭。

　　即便有一顆Sunny Cove大核，也不支持超線(xiàn)程。另外比較重要的一點(diǎn)是，原本Sunny Cove是支持AVX-512指令的，但因?yàn)門(mén)remont小核不支持，所以為了達(dá)成“混合CPU”的這種大小核設(shè)計(jì)，唯有令兩者對(duì)支持的指令完全達(dá)成一致，所以Sunny Cove也就閹割了對(duì)AVX-512指令的支持，另外閹割的還包括了AVX、AVX2，以及Tremont小核心的GFNI、ENCLV、CLDEMOTE等指令。

　　像這樣異構(gòu)核心方案，在指令方面需要滿(mǎn)足木桶最低板的原則（或者跨所有核心的ISA兼容性），在Arm世界也同樣適用。否則線(xiàn)程在大小核之間遷移時(shí)就會(huì)出問(wèn)題。所以Cortex-A55作為Arm處理器的小核心被用了這么多年不動(dòng)搖，也是這個(gè)道理。

　　來(lái)源：AnandTech[2]，四顆Tremont核心簇的面積和一顆Sunny Cove相差無(wú)幾

　　無(wú)論AnandTech還是WikiChip，都認(rèn)為從Lakefield的die shot來(lái)看，Sunny Cove核心部分的AVX-512相關(guān)的單元并未被實(shí)際移除，雖然Intel宣稱(chēng)是“移除”了的。

　　Intel宣傳的數(shù)字是，相比Amber Lake i7-8500Y（Intel的超低壓處理器，TDP 5W），Lakefield的多線(xiàn)程性能高24%，單線(xiàn)程則快12%，圖形性能提升70%——這些變化實(shí)則都在預(yù)期內(nèi)。以及有大核心的加持，web性能高出33%，效率提升17%——這一點(diǎn)對(duì)比的顯然就是單純的四核Atom了?？深A(yù)期的是看B站會(huì)比以前省電……

　　另外比較重要的是每瓦性能提升24%（相比Amber Lake），待機(jī)功耗“大幅降低”，達(dá)到2.5mW左右——這就和前文列出M1的待機(jī)功耗數(shù)字差不多了。達(dá)成最高的效率原本就是這種設(shè)計(jì)的重要目的。蘋(píng)果在發(fā)布會(huì)上最?lèi)?ài)談的就是每瓦性能以表現(xiàn)芯片的高效率。在Architecture Day 2020上，Intel就宣稱(chēng)Alder Lake將能夠達(dá)成Intel有史以來(lái)最高每瓦性能——當(dāng)然這是Lakefield后續(xù)產(chǎn)品了，也是Intel的預(yù)期。

　　當(dāng)前針對(duì)Lakefield尚無(wú)十分系統(tǒng)的性能測(cè)試。已經(jīng)上市的Lakefield產(chǎn)品主要包括了聯(lián)想ThinkPad X1 Fold、三星Galaxy Book S以及微軟Surface Book Neo。NotebookCheck的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是，Lakefield（i5-L16G7）綜合性能（也包括了核顯性能）弱于超低壓的酷睿i5-8210Y和四代酷睿42 85U。

　　來(lái)源：NotebookCheck[3]

　　這個(gè)數(shù)據(jù)可能并不是很合理，一方面在于NotebookCheck用于跑分測(cè)試的Cinebench版本（R15與R20）在多線(xiàn)程性能測(cè)試中甚至都無(wú)法用上Lakefield的Sunny Cove大核（但卻的確能反映其實(shí)際使用情況，因?yàn)槿缜拔乃?，Lakefield中的Sunny Cove并不像很多人理解的那樣，是簡(jiǎn)單用于“高負(fù)載”任務(wù)），另一方面和OEM廠商的具體實(shí)施方案有關(guān)。

　　Cinebench R23似乎是目前唯一能夠?qū)崿F(xiàn)5核全開(kāi)的測(cè)試，但網(wǎng)上找不到R23的Lakefield跑分?？傊甃akefield大致上也就用來(lái)做word或者ppt文檔以及看看網(wǎng)頁(yè)和愛(ài)奇藝了。

　　有關(guān)Tremont小核心（選讀）

　　很多同學(xué)抱怨我文章寫(xiě)太長(zhǎng)，所以更全面的微架構(gòu)分析文章，后續(xù)我會(huì)發(fā)到我的面包板專(zhuān)欄，感興趣的同學(xué)可以前往關(guān)注。本文我只簡(jiǎn)單聊聊Lakefield中的小核心Tremont，畢竟大核心的Sunny Cove其實(shí)算是非常知名了，Intel十代酷睿的Ice Lake用的就是這個(gè)核心。而且Lakefield也實(shí)在談不上“高性能”，它本身更重在“低功耗”上。

　　Tremont相比前代（Goldmont Plus，2017年）主要是提升單線(xiàn)程性能，IPC有超過(guò)30%的提升。作為Atom處理器中的一款產(chǎn)品，它重在考量每核功耗與每核面積。所以前文給出的die shot就能看出，Lakefield中的Tremont四核心簇整體尺寸才相當(dāng)于一個(gè)Sunny Cove。

　　來(lái)源：WikiChip[4]

　　從“小”核心的角度來(lái)說(shuō)，Tremont與知名的Arm Cortex-A55小核心并不是一個(gè)量級(jí)。Tremont首先是個(gè)亂序核心，前端解碼寬度6-wide（雖然是分兩組），這就決定了它比A55這樣的選手還是壯實(shí)多了。這一點(diǎn)和蘋(píng)果的思路就很像（2019年蘋(píng)果A12的Tempest小核心，在性能上幾乎達(dá)到了Cortex-A72的程度）。

　　其余具體的微架構(gòu)可參見(jiàn)上圖，包括allocation 4-wide，re-order buffer增加至208條（+119%），后端有10個(gè)執(zhí)行端口，雙load/store管線(xiàn)；L2 cache最高可配置4.5MB，L1-D cache增加33%，L2 TLB（頁(yè)表緩存）增加到1024-entry;另外還有新指令引入——不過(guò)對(duì)Lakefield而言，這一點(diǎn)就不存在了，前文已經(jīng)提到。感覺(jué)整體看起來(lái)，這都不像是個(gè)“小”核心。

　　其最大的變化在前端，包括分支預(yù)測(cè)單元升級(jí)——接近于“大”核心級(jí)別的精度（兩級(jí)結(jié)構(gòu)）；以及最重要的解碼寬度變化。不過(guò)這個(gè)所謂的“6-wide”寬度并不是類(lèi)似酷睿5-wide那類(lèi)方案（1個(gè)復(fù)雜decoder，4個(gè)簡(jiǎn)單decoder，再加μop cache），實(shí)際上是兩組3-way對(duì)稱(chēng)解碼。每一組都有自己的指令流。配合分支預(yù)測(cè)器，預(yù)測(cè)指令流可以進(jìn)第二組（上圖的Cluster 1），不打斷第一組（Cluster 0）的工作，兩組并行預(yù)測(cè)、讀取、解碼。

　　這種實(shí)際上的3-wide設(shè)計(jì)，相比真正的6-wide解碼要節(jié)省面積和功耗，沒(méi)有μop cache。Intel宣稱(chēng)這種設(shè)計(jì)能夠平衡資源。Tremont也支持僅開(kāi)其中一組的模式，預(yù)期實(shí)現(xiàn)更低的每核峰值功耗。更多包括re-order buffer加深、執(zhí)行引擎和存儲(chǔ)子系統(tǒng)拓寬等，本文皆不再贅述。還有一些額外的特性，比如RDT技術(shù)支持，可實(shí)現(xiàn)帶寬分配、QoS、優(yōu)先級(jí)之類(lèi)的操作（服務(wù)器芯片中常見(jiàn)）；Speed Shift技術(shù)；信任安全啟動(dòng)；內(nèi)存加密等。

　　當(dāng)大小核遇上3D封裝（選讀）

　　拋開(kāi)更微觀的層面不談，Lakefield整體看來(lái)還是比較草率的，包括1+4的這種組合方式，及其表現(xiàn)出的實(shí)際性能。Lakefield之所以沒(méi)有加入更多的Sunny Cove大核心，很大程度應(yīng)該也是受限于Sunny Cove核心的體積和功耗。以Lakefield如今計(jì)算die占據(jù)的82mm?來(lái)看，及其預(yù)定義的尺寸，它很難再塞入更多CPU核心，何況Sunny Cove的功耗也實(shí)在不算低。

　　所以我們才說(shuō)，Lakefield很像Intel針對(duì)“混合”或者大小核設(shè)計(jì)的一個(gè)試水，和打怪升級(jí)的必經(jīng)之路。而作為一款實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的作品，Lakefield不僅有Intel最新的大小核，而且在封裝上也算是集Intel芯片制造廠的大成了。它用上了傳說(shuō)中的Foveros 3D芯片堆疊技術(shù)，也是Intel首款采用這種封裝方案的芯片。

　　前面談的這些CPU大小核、GPU等都是Lakefield的計(jì)算die（計(jì)算die上另外還包括了圖像處理單元IPU、LPDDR4X內(nèi)存控制器、Gen11 Display engines等），采用的是Intel的10nm工藝（與Ice Lake一致，理論上屬于Intel的二代10nm工藝）；有關(guān)Intel 10nm工藝本文不再詳述，詳情參見(jiàn)我的面包板專(zhuān)欄文章。

　　而在計(jì)算die之下，還有個(gè)base die。下面的這片base die主要是處理器外設(shè)的active interposer（主動(dòng)中介層）。Active interposer相比傳統(tǒng)passive interposer，不只是用于連接的中介層，本身也發(fā)揮功能邏輯的作用，其上包含各種PCIe 3.0、各種I/O控制、音頻codec、安全等。Base die所用的制造工藝是22FFL——22FFL并不是早期的22nm工藝，而是14nm的功耗優(yōu)化版（更稀疏的版本），針對(duì)的就是更高效的IO。22FFL則必然又在成本上顯著低于10nm了，這也屬于典型的chiplet設(shè)計(jì)和制造思路。

　　計(jì)算die和base die之間采用50μm間距bump的die-to-die互聯(lián)（Foveros Die to Die Interface），承載信號(hào)（數(shù)據(jù)）和供電的連接。這種互聯(lián)應(yīng)該是3D堆疊方案上的絕對(duì)難點(diǎn)。Intel宣稱(chēng)其最大傳輸速率是500MT/s（mega-transfers per second），而且每bit數(shù)據(jù)傳輸耗能0.2pJ（皮焦）。0.2pJ在die間數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮哪芰考?jí)上可以認(rèn)為是非常小的，這應(yīng)該也是實(shí)現(xiàn)低功耗的一部分。

　　值得一提的是，IO部分Lakefield僅給到了PCIe 3.0六條通道支持，這就決定了其IO連接會(huì)相當(dāng)捉襟見(jiàn)肘。ThinkPad X1 Fold為L(zhǎng)akefield配套的SSD，僅拿到PCIe 3.0 x2的通道，帶寬因此大受限制；配獨(dú)立GPU什么的，那也是想都不用想的了。[5]從這樣的小細(xì)節(jié)也能看出Lakefield試水的本質(zhì)。

　　最后在Lakefield整個(gè)封裝的最上層是內(nèi)存（Package on Package），有4GB和8GB兩種規(guī)格可選，應(yīng)該是來(lái)自其他內(nèi)存制造商的定制方案。值得一提的是，內(nèi)存與中間的計(jì)算die之間并沒(méi)有采用什么黑科技連接方式，與CPU的通訊是需要經(jīng)由最底層的package轉(zhuǎn)道再經(jīng)過(guò)base die之后，再到compute die的。它也沒(méi)有M1芯片那樣的Unified Memory Architecture特性。

　　這樣的堆疊方案下，散熱會(huì)成為一個(gè)大問(wèn)題，Intel為此似乎還是頗費(fèi)了一番功夫的，不過(guò)現(xiàn)階段主要在不同IP模塊的設(shè)計(jì)上做到減少局部的高溫聚集點(diǎn)、互聯(lián)金屬層厚度控制等，所以散熱在設(shè)計(jì)上有更高的優(yōu)先級(jí)；另外Intel還探討過(guò)在兩個(gè)die之間采用“流體通道（fluidic channes）”的可行性——這就屬于未來(lái)的方向了。有關(guān)Lakefield封裝細(xì)節(jié)，AnandTech的文章中有比較詳細(xì)的闡述[2]，我也會(huì)在面包板專(zhuān)欄再行刊文。

　　經(jīng)過(guò)這種Foveros 3D堆疊后，Lakefield芯片整體達(dá)成了12x12x1mm的三圍尺寸。板級(jí)設(shè)計(jì)也就可以更為緊湊，相比之前的低功耗CPU實(shí)施方案，主板可以減少60%的尺寸。加上LTE modem的話(huà)，整體主板尺寸總算是可以和高通的設(shè)計(jì)比一比了。

　　Lakefield真的能成嗎？

　　最后來(lái)稍稍總結(jié)一下Intel在Lakefield處理器上現(xiàn)存的問(wèn)題。首先Lakefield基本上是很難獲得市場(chǎng)大范圍的肯定的，即便它塞入了Intel這么多最尖端的研究成果。不過(guò)Lakefield作為Intel首款涉足大小核設(shè)計(jì)的處理器產(chǎn)品，其積累經(jīng)驗(yàn)的作用也明顯大于市場(chǎng)本身。下一代的Alder Lake才是值得觀察的關(guān)鍵。

　　所以這個(gè)問(wèn)題應(yīng)當(dāng)換成Intel的大小核設(shè)計(jì)能成嗎？

　　事實(shí)上Intel在這種非其傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)的處理器產(chǎn)品中，遭遇的問(wèn)題可能是形形色色的。從具體到抽象總結(jié)這種處理器“能成嗎”的關(guān)鍵：

　　其一是scheduler（調(diào)度）。Intel此前并沒(méi)有設(shè)計(jì)大小核處理器的經(jīng)驗(yàn)，Windows也始終不曾有不同類(lèi)型的核心間做線(xiàn)程（進(jìn)程）遷移的scheduler（微軟和高通勾搭上之后，必然有密切合作在不同CPU設(shè)計(jì)間管理負(fù)載的scheduler，但至少x86是沒(méi)有的；不過(guò)從Wikichip的介紹來(lái)看，Intel似乎也提交過(guò)非一致指令集的異構(gòu)核心一起工作，針對(duì)操作系統(tǒng)的算法和加強(qiáng)[6][7]）。要知道Android和Arm在這方面可是有著比較長(zhǎng)期的演進(jìn)的，包括線(xiàn)程遷移對(duì)實(shí)際體驗(yàn)造成的影響；蘋(píng)果就更不用說(shuō)了。

　　Cinebench更早版本在做Lakefield多核性能測(cè)試時(shí)，并不會(huì)啟用Sunny Cove大核可能就能說(shuō)明一些問(wèn)題（但AnandTech猜測(cè)這可能是功耗或者熱聚集考量所致）。

　　傳言未來(lái)的Alder Lake預(yù)計(jì)會(huì)包含8+8的設(shè)計(jì)，這其中的線(xiàn)程調(diào)度就不只是Intel如今列出、如上圖這樣Lakefield簡(jiǎn)單的網(wǎng)頁(yè)瀏覽場(chǎng)景了。那將更考驗(yàn)Intel的功力。

　　第二是處理器本身的性能。Lakefield宣傳中似乎的確有著不錯(cuò)的功耗表現(xiàn)，但性能實(shí)在是不大夠看。這應(yīng)該并不是什么大問(wèn)題，一方面在于Lakefield本身就不定位在高性能，另一方面則是這款產(chǎn)品試水和積累經(jīng)驗(yàn)的成分居多。在Architecture Day 2020之上，Raja Koduri表示Intel從Lakefield身上學(xué)到了很多東西，Alder Lake未來(lái)會(huì)聚焦到性能上。

　　終極問(wèn)題大概是，在性能和效率上Intel能否做到蘋(píng)果M1那樣的程度。M1芯片表現(xiàn)出的性能和效率，我個(gè)人看來(lái)是基于三個(gè)要素共同構(gòu)成的：其一是超寬的處理器架構(gòu)，其二是有針對(duì)性地添加一些專(zhuān)用單元，其三則是對(duì)自家封閉生態(tài)超乎尋常的掌控力（令其能夠很隨意地做出同一內(nèi)存架構(gòu)這樣的東西）。

　　這將在未來(lái)M1的文章中做詳述。這三要素可認(rèn)為是僅有蘋(píng)果這種掌控從芯片設(shè)計(jì)到開(kāi)發(fā)生態(tài)，到消費(fèi)終端產(chǎn)品銷(xiāo)售全環(huán)節(jié)的企業(yè)才有的資源。比如前兩者，超寬處理器架構(gòu)和專(zhuān)用單元是需要以die面積（即成本）為代價(jià)的，蘋(píng)果可以這么玩是基于其終端產(chǎn)品的高利潤(rùn)與高銷(xiāo)量；對(duì)于Intel、高通這種單純賺取處理器利潤(rùn)的廠商，這種玩法非常不經(jīng)濟(jì)（x86還存在變長(zhǎng)指令不利于解碼寬度拓寬這樣的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題）。要達(dá)到M1的性能水平不難，但效率就沒(méi)那么簡(jiǎn)單了。

　　還有其他的一些妥協(xié)，比如說(shuō)前文提到的為實(shí)現(xiàn)指令的對(duì)稱(chēng)性，Lakefield不支持AVX指令——這原本可是Sunny Cove主打的升級(jí)特性；再比如3D堆疊的兩層die分別用了兩個(gè)PMIC（電源管理IC）。這些其實(shí)都表明Lakefield的不成熟，不過(guò)這些問(wèn)題未來(lái)都有解決的辦法。

　　最后更抽象的是，是Intel的速度問(wèn)題。這里的速度是指Intel行事與決策的響應(yīng)速度。不說(shuō)Skylake縫縫補(bǔ)補(bǔ)新三年舊三年，最典型的是芯片制造工藝已經(jīng)落后于臺(tái)積電，且可預(yù)期的未來(lái)，行進(jìn)速度還將非常緩慢。比如下半年大小核處理器Alder Lake要用上10nm Enhanced SuperFin（應(yīng)該是第四代10nm工藝），這還是預(yù)期中的。屆時(shí)的市場(chǎng)格局或許都不好說(shuō)了，以及7nm工藝遙遙無(wú)期（最早一批7nm要等到2022年下半年或2023年上半年）。

　　若以多年前Intel在PC處理器市場(chǎng)的地位，這些問(wèn)題或許都不足多慮。AMD推土機(jī)推了那么多年，蘋(píng)果也還偏安在iPhone上，Intel有的是時(shí)間；但在如今這般光景下，情況就相當(dāng)不樂(lè)觀了。

　　好在2021年下半年也還不算遙遠(yuǎn)。Intel即將上任的CEO Pat Gelsinger也有多年技術(shù)背景，這預(yù)計(jì)也會(huì)加快Intel技術(shù)推進(jìn)速度，這正是目前Intel最需要的。Intel在去年的ISA Extensions Reference手冊(cè)上確認(rèn)，Alder Lake還將加入新指令支持[8]，包括LBR、HLAT、SERIALIZE，其中LBR可用于分支提速，對(duì)性能還有價(jià)值。從多方面來(lái)看，傳說(shuō)中擁有最高每瓦性能表現(xiàn)的Alder Lake都成為Intel規(guī)劃的產(chǎn)品線(xiàn)中讓人最為期待的處理器，并且真正讓我們看到Intel在大小核設(shè)計(jì)上的實(shí)力。