芯东西（公众号：aichip001）
作者 | 云鹏
编辑 | 李水青
芯东西9月20日消息，近日英特尔与智东西在内的少数业内媒体进行了深入交流，针对最新Meteor Lake处理器在工艺、架构、封装、AI等方面的技术新特性进行了深入解构分析。
新一代Meteor Lake处理器采用了Intel 4制程工艺，Intel 4利用了用极紫外光刻技术（EUV），重点在于优化能效；架构层面其首次增加了“低功耗岛能效核”；Foveros封装技术的应用成为了架构改革的基础；同时英特尔在AI方面首次将神经网络处理器（NPU）集成到了客户端芯片中。
一、重点押宝EUV，简化工艺提升良率，能效比成Intel 4关键优势
具体来看，在工艺制程方面，根据英特尔IDM 2.0战略，英特尔计划在四年里实现五个制程节点的迭代，并在2025年走到领先的位置。目前台积电和三星两大芯片代工巨头也在先进制程方面投入较大，英特尔实现这一目标面临着不小的压力。
Intel 4这一代工艺利用EUV技术改善了芯片良率，同时缩小了晶片面积，以实现更高的能效。在交流中英特尔提到，Intel 4这代工艺对他们来说十分重要，对后续几个制程节点的推进十分关键。
与Intel 7相比，Intel 4的面积微缩在2倍左右，逻辑库性能更高，对EUV光刻技术的工艺进行了简化，同时其专门针对高性能计算应用进行了优化，相比上代，iso功率性能提升了20%。基于Intel 4工艺的高密度MIM电容器，其供电性能相比上代也有一定提升。
据称英特尔在EUV光刻技术方面进行了大量投资，目标是简化、改进互连架构设计。
根据公开数据，一台典型EUV光刻机的价格为1.8亿英镑，重量为180吨，需要四架波音747和35辆卡车运输，目前EUV光刻机的独家供应商为荷兰ASML。
EUV光刻技术可以显著简化互连架构的制程工艺，同时支持微缩，可以让Intel 4工艺中的掩码减少20%，工艺步骤减少5%。
值得一提的是，Intel 4兼容EMIB和Foveros等先进封装技术。
二、先进封装成新架构实现基础，让“芯片DIY”更自由
提到先进封装技术，英特尔从Meteor Lake开始，将Foveros技术引入到客户端产品中。
Foveros能做什么？
实际上目前英特尔大部分客户端处理器的单片式晶片中都包含CPU、GPU、PCH等众多功能模块，随着这些功能日益多样化且变得越来越复杂，设计和制造这些单片式系统级芯片的难度越来越大，成本也越来越高。
Foveros封装技术可以利用高密度、高带宽、低功耗互连等特性，把采用多种制程工艺制造的这些模块组合成“大型分离式模块架构”，从而组成晶片复合体。
具体来看，Meteor Lake主要包含三个大的模块，包括图形模块、使用Foveros 36X间距晶片间互连的SoC模块以及采用Intel 4制程工艺制造的计算模块。
在技术指标方面，Foveros封装技术可以实现36u的凸点间距，迹线宽度在1微米以内，凸点密度提高了近8倍，迹线长度在2毫米以内。同时Foveros封装技术可以实现160GB/s/mm的带宽，功耗小于0.3Pj/位。
比较直观的来看，相比12代的Raptor Lake，Foveros封装减少了低功耗晶片互连的分区开销，更小的区块提高了晶圆良率，英特尔甚至可以为每个区块选择更适合的硅工艺，同时，这一封装对于SKU创建的简化也有利于英特尔提升定制服务能力。
据英特尔介绍，他们正在大力投资晶圆级组装的Meteor Lake以及未来的新项目，这些新产线可以为Foveros Direction 9微米等项目提供产能。
三、40年来重大架构转变，能效依然是提升重点
在架构方面，英特尔称基于Intel 4制程工艺的Meteor Lake是英特尔迄今为止能效最高的客户端处理器，并且可以提供多种AI功能。
英特尔甚至将Meteor Lake称为“40年来重大的架构转变，为未来PC创新奠定基础”，可见其对于此次架构升级的重视。
Meteor Lake的“分离式模块架构”由四个模块组成，通过英特尔的Foveros 3D封装技术进行连接。
其中计算模块（Compute Tile）同样是“能效核+性能核”的微架构，在功能方面有所增强，采用了Intel 4制程工艺，在能耗比方面提升比较明显。
SoC模块（SoC Tile）集成了神经网络处理器（NPU），可以提升PC运行AI应用时的能效表现，同时兼容OpenVINO等标准化程序接口，便于AI的开发和应用普及。
比较值得注意的是，英特尔此次在直连到SoC结构的SoC模块上添加了新的低功耗岛能效核，这一变化适合应对新的低功耗工作负载，优化了节能和性能间的平衡。
在英特尔看来，新增的低功耗岛能效核是混合架构的第一个重大进展，该架构的首次引入是在12代Alder Lake上。新的3D混合架构和计算模块上的能效核、性能核进行协同，进一步提升了整个处理器的能效比表现。
Meteor Lake架构中的SoC模块支持Wi-Fi 6E、支持8K HDR和AVI编解码器以及HDMI 2.1和Display Port 2.1标准。
在图形模块（GPU Tile），新架构集成了英特尔独立显卡中的“同款”图形架构，性能相比传统集显有比较明显的提升，性能是上一代的2倍。此外，IO模块（IO Tile）集成了Thunderbolt 4和PCle Gen 5.0。
四、NPU与处理器内部各模块协同，拆解NPU内部两大“秘密武器”
AI是今天每家芯片公司都绕不过去的一个重要方向。
此次英特尔第一次在客户端平台中集成了NPU，同时该模块与处理器内所有计算引擎的内置AI功能结合，从而实现更高能效的AI计算。
比如GPU的高性能并行性和高吞吐量适合在媒体、3D应用程序和渲染管线中引入AI功能，而NPU则是专用低功耗AI引擎，更适合用于维持AI运行和AI卸载，CPU则具有更快的响应能力，适合轻量级、单推理、低延迟的AI任务。
Meteor Lake中的这个NPU采用了多引擎架构，配备了两个神经计算引擎，可以共同处理单一负载也可以各自处理不同的负载。
对神经计算引擎进一步拆分，其两个重要的计算组件包括推理管道和SHAVE DSP。推理管道由一个乘积累加运算（MAC）阵列、一个激活功能块和一个数据转换块组成，通过减少数据移动并利用固定功能运作来处理常见的大计算量任务，实现更高能效。
SHAVE DSP是专门为AI设计的超长指令字/数字信号处理器，其流式混合架构向量引擎（SHAVE）可以与推理管道、直接内存访问（DMA）引擎一起协同，在NPU上进行并行异构计算，提高性能。
英特尔相关高管在英特尔马来西亚科技巡展上提到，AI正在融入我们生活的方方面面，云端AI存在其局限性，AI正逐渐走向边缘，在行业的关键转折时期，英特尔选择将AI引入PC端。
Meteor Lake的AI计算与连接无关，成本更低，同时可以更好地保护隐私。
结语：能效和AI成英特尔新架构突出特点
纵观此次Meteor Lake的一系列工艺、架构、封装、AI能力升级，我们可以鲜明地看到能效比提升以及AI能力的下放是其两大核心特点。
如今能效比几乎是所有先进芯片竞争焦点中的焦点，而消费电子终端产品AI能力的提升，也已经成为行业大势所趋，边缘侧的AI落地，离不开芯片厂商们的推动。
面向未来五年，英特尔能否按照自己的节奏稳步迭代工艺，面向竞争激烈的芯片市场，英特尔还有怎样的大招要放出，我们拭目以待。
