看了英特尔第12代Alder Lake处理器,真正的王朝更迭不再挤牙膏。

等到花儿都快谢了的Intel第12代处理器终于来了,不得不说,这一代处理器在许多方面都相当具有历史意义,毕竟这可是Intel睽违7年后的再一次制程升级,从一用再用的14nm+++…换成了Intel 7(原本的10nm)制程,同时还在处理器中导入了大核心+小核心的双重架构设计,以及首个支持DDR5、PCIe 5.0通道等新一代通道功能的处理器系列,真的是把各种压箱底都拿了出来。

当百花齐放的第12代英特尔处理器终于到来时,不得不说这一代处理器在很多方面都具有历史意义。毕竟,这是英特尔违规7年后的又一次工艺升级,从可重复使用的14纳米工艺升级到英特尔7(原10纳米)工艺。同时,处理器引入了大核小核的双架构设计,首款支持DDR5、PCIe 5.0通道等新一代通道功能的处理器。

一文读懂Intel第12代 Alder  Lake  处理器,真正的改朝换代不再挤牙膏

全新的大核心+小核设计

第12代处理器与前代处理器最大的区别是采用了大核小核的双核架构设计。两核均采用英特尔7核工艺,大核主要负责繁琐的计算工作,官方命名为性能核,简称“p核”。小核负责更轻的计算内容,专注于更高的指令吞吐效率,因此被称为效率核“E-Core”。

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需要注意的是,这一次Alder Lake不仅会推出桌面CPU,在未来低功耗的移动版本中也会使用Alder Lake处理器,而不是像以往一样使用不同架构的产品,只会处理不同定位级别的产品,大小核的配置也会略有不同。比如台式机平台上的P核数量最多可以达到8个,而笔记本平台上的P核数量最多只有6个。

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掌管复杂运算的大核心,P-Core

erlake处理器的P-Core采用代号为Golden Cove的核心设计架构,以更低的延迟和更高的创造性运算频率为目标,是高性能运算的主力军。因此,P-Core的整体芯片面积会比E-Core大很多,可以支持多线程、AVX512指令集等功能。

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但是高性能的代价是需要的功耗和发热量会大大增加,这也是为什么不同档次的处理器产品配置的P核数量会有所不同,其中台式机上的P核数量达到8核/16线程,笔记本上是6核/12线程,移动终端上只有2核/4线程。

在细节设计上,P-Core拥有更大的芯片面积和更高精度的Intel 7工艺,使得每个核心中的处理单元数量得到了增加和深化,例如4K指令缓冲区(4K iTLB)从128个增加到256个,目标缓存的分支数量从5000个急剧增加到12000个,其他负责指令解码的Decode核心从4个增加到6个,L2。

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调度的无序引擎扩展到6组调度通道和12组执行接口。更大的512条目重排序缓冲器和调度器调度缓冲器空间可以允许更多指令处于重命名/分配阶段。

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P-Core有五组ALU整数逻辑单元。

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核心加入了FADD单元提供有效率、延迟更低的运算;FMA单元能够支持FP16文件格式和AVX-512指令集。

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一级缓存通道从2组变为3组,容量也有所增加。

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二级缓存的容量大幅加大,高达2MB。

除此之外,考虑到深度学习、深度运算等功能已经从研究开发逐渐进入日常生活应用,比如Adobe Photoshop加入智能运算功能进行物体选取、去背,甚至是分辨率提升等,为此P-Core还加入全新的Advanced Matrix Extensions(AMX)技术,其功能主要用以应对电脑的深度学习功能所打造,通过内置AI加速器的形式,提升矩阵乘法运算速度,理论上能够让我们在使用到有牵涉到深度学习运算的应用时,能够更快的完成运算,减少我们在屏幕前枯燥的等待时间。

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AMX技术能够加速深度运算学习,强法矩阵乘法运算速度。

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P-Core的整体IPC性能将比上一代Rocket Lake高出19%。

既省电也要兼容性能的小核心,E-Core

E-Core采用代号为Grace mount,本身主要负责轻度运算,让电脑能够用更少的功耗去负责一些日常比如待机、逛网页等琐碎的轻度工作,因此核心本身不具备多线程功能,也无法支持高难度的AVX-512指令集,同时不论是桌面电脑还是低功耗笔记本的处理器,E-Core的核心数量都是8核显/8线程。

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E-Core核心的分区规划。

E-Core在设计的首要目标是尽可能接收和消化更多的操作指令,好让P-Core能够专注于完成难度较高的内容,因此E-Core虽然核心面积较小,缓存的容量却很大,例如单颗核心的二级缓存的容量就达到了4 MB,比P-Core大核心高出一倍!

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Intel把E-Core前端区域的指令缓存加大到64KB,并让目标缓存的分支数量达到5,000个,配合指令预测功能,提高指令的准确度。

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Core-E拥有2组3通道指令解码区块,让核心可以一次处理6道指令。

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E-Core有5条分派通道、8条引退通道、256个条目乱序视窗、8条执行接口。

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E-Core各项处理单元的配置。

此外为了防止软件分配错误的工作比重,造成小核出事、大核围观的局面,小核心导入Intel Resource Director技术,能够让不同程序去直接管理核心的调用,达到公平分配工作量的效果。

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E-Core个别配置了2组Load AGU和Store AGU,搭配大容量的4MB 二级缓存,提供更好的处理效率,还可以利用Intel Resource Director技术让软件直接管理线程,达到更公平的资源分配。

以性能来说,E-Core对比2015年的Skylake架构处理器在1核心/1线程的模式下,在同功耗下有着40%的性能提升,反之在相同性能的前提下则能省电40%。而在相同线程数量的比较模式下,4核心4线程的E-Core则不论是性能还是省电上都比2核心/4线程的Skylake好上80%,也就是4颗E-Core加起来不仅比两颗Skylake省电,性能还更强。

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在都是1核心/1线程的情况下,E-Core比Skylake要有40%的性能/省电的效率。

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假如将标准改为都是4线程的情况下,E-Core即使是4核心/4线程,在省电和性能更是完胜2核心/4线程的Skylake处理器80%之多。

Alder Lake大核+小核齐作工

看完了大核心P-Core和小核心E-Core后,接着就要让这两种核心组装在一起,才变成一整颗的Alder Lake处理器了。这一次Intel整颗处理器加入了过去自己都瞧不起上“Fabric”线路桥接技术(俗称胶水拼接),利用各种内部线路来连接处理器的不同核心其区块,例如串联P-Core和E-Core的就有着1000 GB/s频宽的“Compute Fabric”,还有204 GB/s频宽的Memory Fabric来连接内存控制区块、64 GB/s的I/O Fabric则负责各项扩展设备的资料传输等。

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处理器的内部使用有着1000 GB/s频宽的“Compute Fabric”来连接P-Core和E-Core。

通过这样的设计,除了能够在保证区块间的资料传输效率外,也因为每个区块可以分开生产后再进行合并,实现了模组化的功能,整体生产难度可以降低,也能够轻松的修改不同等级之间的处理器规格配置,缺点就是这些线路会占用更多的处理器空间,使处理器的尺寸加大,这也就是为什么Alder Lake处理器从之前的正方形变成了长方形,也使得这一代处理器不光换脚位,还要连同散热器的扣具都一起更换。

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如果不使用相符的安装工具,散热器的贴合就会像图中右边的两组范例一样,出现不均匀的情况。

然而搞定大核+小核心的连接只是第一步,精准的控制每颗核心之间的资源调度才是让处理器发挥完整的关键,于是Intel与微软合作(反正和Apple之间已经…),在Windows 11平台加入了名为“Thread Director Technology”的核心调度功能。

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Intel为Alder Lake处理器的核心资源调度加入了“Thread Director Technology”功能。

这项技术除了能够判断程序的负载需求来决定工作应该由P-Core还是E-Core来执行外,还能动态调整每个任务所使用的核心种类,Alder Lake会自动检测任务的复杂程度,当有更耗资源的线程进入时,就会即刻重新评估各个程序在每个指令步骤下所需的性能,将不需高性能的命令从P-Core转移到E-Core中的,以此来尽可能的让P-Core去负责绝大多数的高强度运算,发挥大+小核的完整执行效率。

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高负载的程序会被派遣到高性能的P-Core中。

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一般待机、基础低负载的任务则是来到省电的E-Core中。

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如果在P-Core核心满载的状态下,又有更复杂的命令来到时,Alder Lake会通知系统准备进行资源调配。

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处理器开始分析,将不需要P-Core高性能核心责的任务转移到E-Core中,让P-Core的资源能够腾出给更复杂的任务。

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每个核心的资源分配都能不断的互相调度,达到更具效率的运算处理。 每个核心的资源分配都能不断的互相调度

最后在新增的功能方面,Alder Lake将重点放在上一代被侮辱的连接能力上,能够原生支持DDR5-4800和LPDDR5-5200,成为首个能够支持DDR5内存的处理器系列。

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与此同时,CPU本身更能够支持频宽比PCIe 4.0高出一倍的PCIe 5.0通道,而且一口气就能支持16条,换算下来的频宽约是64 GB/s!然而毕竟目前几乎没有任何PCIe 5.0的设备可以使用,所以PCIe 5.0本身能够向下兼容历代的PCIe版本通道,且CPU本身也还是备有4条PCIe 4.0通道用来安装M.2 SSD。

先不要急着吐槽4条PCIe 4.0通道的实用性未免也太低,别忘了处理器还会在搭配一颗南桥芯片组,与之对应的Z690芯片组在连接能力同样有获得大幅度提升,可以支持最高16组的PCIe 3.0通道和12组的PCIe 4.0通道,考虑到CPU的PCIe 5.0通道在主板上可能都优先提供给了显卡,所以Z690芯片组的12条PCIe 4.0通道将有很大的机率将会通通提供给M.2插槽,加上CPU的4组,整个主板最高将可以安装高达4颗的PCIe 4.0 M.2 SSD!这下Intel玩家终于不必再抱怨M.2插槽的通道速度不够了!

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Alder Lake能够支持PCIe 5.0x16,64GB/s的通道频宽是PCIe 4.0的两倍,另外PCIe 3.0和多数的PCIe 4.0通道则是移到的南侨芯片上。

第12代处理器Alder Lake 本体抢先看

最后,让我们来看看这颗等待已久的Intel第12代Alder Lake处理器吧!整体来说,新的处理器对比上一代处理器,长度变得更长,厚度也增加了一点点,此外也可以发现处理器也依然保有防呆凹槽的设计,只是位置从原本位在处理器左右两侧的防呆凹槽移到上下两边。

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小杨这次拿到的是12代处理器中最高端的Core i9-12900K。

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处理器制程、外型全都换新,处理器的脚位改为LGA 1700。

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让12代处理器与上一代产品比较,外型之间的差异变得更为明显了。

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厚度上12代处理器也稍微增加了一些。

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两代处理器的背面,可以看到12代处理器的防呆凹槽数量从2个变为4个,位置也从左右两边变成上下两边。

11月4日见证新一代的性能威力

第12代Alder Lake处理器对于Intel而言可以说是一款意义重大的产品,不光是因为他是第一款用上Intel 7制程的桌面处理器,同时也与AMD和Apple相对抗的重任,能否挽回这段日子流失的市场占有率从谷底翻身,可就全部得看处理器在性能方面的表现了。只是很可惜,因为官方的要求,本次只能向大家介绍第12代处理器的基本规格以及外型,真正的性能实测解禁需要等到11月4号才能够向大家分享,所以只好请各位再忍耐一下,千万记得持续关注“组装电脑网”,才能在第一时间见到12代处理器的相关产品与实测报道!

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