Hot Chips 2023》英特爾 Meteor Lake 沒有想像簡單

英特爾 2022 年 HotChips 34 公布不少新一代行動處理器「Meteor Lake」技術細節，最大亮點莫過於堪稱英特爾先進封裝技術集大成，透過 3D 封裝技術 Foveros，Base Tile（Intel 16 製程，22 奈米）整合 Compute Tile（Intel 4 製程，7 奈米）、GPU Tile（台積電 N5）、SoC Tile（台積電 N6）和 I/O Tile（台積電 N6）。

▲ Meteor Lake 是英特爾個人電腦領域最大封裝技術突破，但實情卻沒有看起來簡單。

最近英特爾又更進一步，再藉 2.5D 封裝 EMIB，將 Meteor Lake 連接兩顆三星 LPDDR5X-7500 記憶體顆粒（K3KL3L30CM-BGCT），組成一顆有 16GB 記憶體的系統單晶片，120GB/s 記憶體理論頻寬，給人蘋果 M1、M2 即視感，或讓人不得不產生「英特爾也會從競爭對手找靈感」的念頭。

▲ 滿好奇這封裝 16GB LPDDR5X-7500 記憶體的特規 Meteor Lake 是否真有客戶下單。

但英特爾 Hot Chips 2023（第 35 屆）提出名稱有點隱晦、一看就知道要 Meteor Lake 的 Intel Energy Efficiency Architecture 議程，說了一些有趣觀點。結合不易查覺的蛛絲馬跡，筆者稍微列出幾點 Meteor Lake 的不簡單之處。

利用 AI 電源管理演算法

英特爾 2008 年迅馳（Centrino）平台，使用口號描述電源管理理念：HUGI（Hurry Up, Get Idle），中文翻譯是「跑快點，然後閒下來」，意思是低功耗處理器要先以更高功率、更快速度完成工作，然後再盡快轉換成低功耗狀態，突然有效能需求再切回去，這也是我們熟知的 DVFS（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）和從 Skylake 開始導入的 Speed Shift。

英特爾宣稱 Meteor Lake 應用人工智慧演算法作電源管理及切換高效能模式和低功耗狀態，能「自學」使用者行為，掌握更詳細行為模式，預測使用者下一步，所以 AI 將帶來英特爾的「Centrino Moment」（意指像當年的迅馳一樣，出現節能領域的重大突破）。

英特爾表示這可提高 35% 系統反應速度，不影響使用者體驗同時，比以前節省 10%~20% 功耗。這會否動用 Meteor Lake 的 VPU，值得觀察。

▲ 不只 CPU 要跑 AI，現在連 CPU 電源管理也要 AI 化了。

英特爾更提出「應該頗具爭議」看法：過去節能關鍵指標的「每瓦性能」不再重要，多數筆電每天只有 4 分鐘處於高功率狀態，桌機則約 100 分鐘。

乍看英特爾似乎想訴諸「做完這些工作的總能量」（邏輯近似 Turbo Boost 2.0 這種「預算能量」內允許超出標準設計功耗的超頻方式）而不是「多少瓦數換取多少效能」。或許英特爾會在 19 日 Intel Innovation Day 透露更多細節，至於引發多少質疑就很有趣了。

▲ 那句 Performance AND Watts both important – not at the same time 令人玩味，難道英特爾打算放棄治療？

追求低功耗甚於效能的多晶片連結

英特爾打造 Meteor Lake 的首要之務不外乎「盡快看到蘋果車尾燈」，充分反應在重視降低功耗的多晶片連結架構。相較十年前 Haswell，Meteor Lake 聯結 Chiplet 的界面是更省電的 FDI（Foveros Die Interconnect），但事情卻沒這麼單純──關鍵在通訊協定。

▲ Meteor Lake 的 DFI 比 OPIO 資料傳輸率沒有較高，但 I/O 密度、延遲、功耗和最大晶片數量明顯勝出。

Meteor Lake 的 CPU（Compute Tile）和 SoC Tile 之間是源自 Nehalem 的 IDI（In-Die Interface）協定，最初用途是連接核心（Core）、非核心區域（UnCore）、透過環狀匯流排存取的 L3 快取記憶體區塊，採 MESIF 快取記憶體資料一致性協定，意味快取狀態是「已修改」（Modified）、「獨占」（Exclusive）、「共享」（Shared）、「無效」（Invalid）和「轉發」（Forward），還要負責封包排序等，總之功能非常複雜。

Meteor Lake 之前的英特爾內顯也是用 IDI，故有讓繪圖功能用到 L3 快取記憶體的能力，像 Haswell 內顯就仰賴 IDI 配置 eDRAM 快取。

但 Meteor Lake 放棄 IDI、改用基於 PCI Express 的 iCXL（不用 PHY CXL），將 GPU Tile 放在遠離 CPU 的位置，搞成很像獨立顯卡，這當然也有理由：省電。後面會講原因和英特爾目的。

▲ 同樣是 FDI 實體連結，但不同 Tile 是跑不同通訊協定和訊號。

GPU 可能不再共享 L3 快取

Meteor Lake 讓 GPU 和 CPU / L3 快取脫勾，代價是 GPU 很可能無法共享位於 CPU 的 L3 快取，但也可縮短 CPU 延遲，利於提升 CPU 時脈和 L3 快取性能，並 GPU 活動狀態時，將 CPU Tile 設置成低功耗延長電池壽命（SoC Tile 有獨立 E-Core）。「分而治之，盡其所能關掉不需要的功能單元」堪稱 Meteor Lake 的中心思想。

另外，內顯快取記憶體其實命中率不高，AMD 評估過，容量起碼要 64MB 以上才看得到明顯效果。與其內顯使用天高皇帝遠的 L3 快取，還不如直接搭配內顯更大的專用快取。

英特爾較新款 Xe 繪圖核心有比 AMD Vega 和 RDNA 2 內顯更大的區域快取，減少內顯依賴 L3 快取。其實 AMD APU 也是類似方法。