2023年9月19日23点35分，英特尔正式解禁Meteor Lake处置器各项技术消息，其中包括架构、制程、封装以及AI运行等关键特性。

Meteor Lake处置器并非14代酷睿，而是英特尔第一代酷睿Ultra处置器， 也就是首个驳回Intel 4制程工艺的处置器平台。首批Meteor Lake处置器只蕴含面向笔记本电脑的移动级平台芯片，相关产品估量将于2024年第一季度问世。而英特尔14代酷睿桌面级处置器估量将于10月中上旬颁布。

因此本篇解析内容只触及Meteor Lake平台的技术消息，不触及详细的芯片型号以及新品消息，也不触及14代酷睿桌面级处置器的相关消息。

在帕特·基辛格回归之后，英特尔在制程方面从新驶入慢车道。4年5个制程节点推进是英特尔向业界立下的“军令状”。与此同时，英特尔愈加器重PC综合体验的全方位优化，力图在配件、软件、衔接性、拓展性方面成功新的打破。

因此，随同Meteor Lake而来的不只仅有全新的处置器平台，同时还包括Wi-Fi 7、Thunderbolt 5、AI等新技术、新特性。

Meteor Lake是一款打破性的产品，从PC端到边缘，旨在大规模地提供高能效AI。因此它驳回了英特尔首个用用于AI减速的神经网络处置单元NPU，在PC上成功高能效本地推理，这也象征着PC正式成为AI遍及的关键平台。

接上去让咱们经过本篇文章，一同走进Intel 4制程时代。

·初次驳回分别式模块化架构设计

首先，咱们来看看Meteor Lake的架构。

Meteor Lake驳回了全新的分别式模块设计，使整个平台愈加灵敏，并能够同时顺应高性能计算和低功耗长续航需求。

Meteor Lake蕴含了GPU图形模块、SOC模块、CPU计算模块以及I/O模块，架构图如下：

位于最上方的是GPU图形模块，它驳回了基于Xe LPG架构打造的Intel ARC锐炫核显，性能较此前锐矩Xe核显优化2倍，并且允许DX12 Ultimate。Meteor Lake的GPU优化了缓存互连，领有8个GPU外围，128个Vector Engines（矢量引擎），几何图形渲染管线大幅优化，并且新增了8个配件光追单元，新增了乱序采样配置，进一步参与准确率和性能。

位于两边的是SOC模块，其中蕴含了全新的低功率计算岛E-core，内置NPU AI减速引擎，允许Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7控制器，允许8K HDR和AV1格局编码的媒体引擎，允许原生HDMI2.1和DP2.1规范的显示单元，并且集成了内存控制器。

位于右下角的是计算模块，也就是咱们相熟的P-core和E-core，这次的性能核与能效核均驳回全新的Intel 4制程工艺打造，并且优化了电源治理和总线带宽。

位于左下角的是I/O模块，这里关键集成了Thunderbolt4和PCIe5.0控制器，提供出色的衔接性。

在拆分红四大模块之后，图形、计算和I/O模块其实都是大家比拟相熟的，但SOC模块可以说是Meteor Lake最为异乎寻常的中央。

以往，Wi-Fi控制器、媒体引擎、显示控制器以及内存控制器等都散布于不同IP之中。如媒体引擎以往是在GPU图形单元之中。而Meteor Lake在基于性能与能效比的考量上，将这些控制器一致集成到了SOC模块中。其在架构设计上遵照了四个准则：

第一，对计算的密集型IP启动了从新划分，以成功其功率的优化。力图在不影响性能的状况下，大幅提高能效比。

第二，对I/O启动了裁减，使SOC外部一切关键IP都能享遭到带宽允许，所以提供了十分大的系统内存相婚配的带宽。

第三，在SOC的外围当中引入了超低能耗外围。

第四，重组了电源治理算法。

还是以媒体引擎为例。以往，媒体引擎集成在GPU单元中，所以只需媒体引擎在上班，实践上就是整个GPU单元在上班。而GPU在上班的同时，又须要访问内存，因此还要把环形总线关上，这样就会使能耗变高。

而Meteor Lake将媒体引擎与图形单元拆分，并集成到低功耗SOC中之后，用户在经常使用媒体引擎相关运行时，如看视频的时刻，GPU模块就不须要被关上了。同时，内存控制器也放到了SOC总线上，此时即使须要访问内存，其它几个模块也不须要关上，这样就可以节俭功耗，延伸电脑的续航才干。此外像I/O模块也是雷同的原理。

SOC模块除了集成以往的Wi-Fi控制器、媒体引擎、显示控制器以及内存控制器之外，NPU和低功率岛E-core可以说是两个全新的单元。

是英特尔首款低功耗推理公用的人工智能引擎，在CPU与GPU之外，英特尔宿愿经过领有更好能效比的NPU去成功对人工智能的不同维度的减速才干。它可以看作是PC遍及人工智能的一个标志。在Meteor Lake平台上，如背景虚化、人体追踪、眼角度改过等基于AI的特性将被放到功耗更低的NPU上去口头，这样可以极大水平降低CPU与GPU的经常使用，从而让笔记本具有更好的续航才干。NPU允许规范化程序界面，允许商业以及开源API，从而为人工智能运行开发提供了十分友好的开发界面。

详细到架构层面，NPU关键集成了两个神经计算引擎，它由推理管道和可编程数字信号处置器导致，具有高效灵敏的矩阵乘法和卷积，允许激活函数以及数据转换。其内置两个MAC阵列，专门担任矩阵乘法和卷积，允许最佳数据重用，以降低功耗，允许INT8和FP16数据类型。同时领有独自的激活函数和数据转换模块。此外，它还集成了DMA引擎和暂用内存，可将数据引入软件治理的SRAM，图形编译器会优化调度DMA义务，并允许先进的数据从新规划。

此外，借助OpenVINO等工具，以及关于AI运行、大模型库的允许，NPU在AI相关运行，如Stable Diffusion等方面，都能提供十分出色的性能允许。NPU使得Meteor Lake全体能效优化多达8倍，它推进了生态系统翻新的规范化编程接口，Meteor Lake处置器全系列均允许NPU。

低功耗岛， 望文生义，它的诉求就是在谋求极致性能的前提下去降低能耗，延伸电池经常使用期间，让系统变得更冷更宁静。将低上班负载运行间接运转在SOC模块的低功耗E-core上，如Wi-Fi、NPU AI推理、流媒体播放等，可以成功让用户在运转低负载义务时只须要SOC去上班就可以了。此时，计算模块、图形模块都可以挂起睡眠，甚至间接封锁。而当一些重负载义务运转是，如游戏等，其它模块才会按需关上，这样就可以力争做到不糜费每一分动力。

此外，在成功分别式模块化设计之后，还须要思考不同模块间的协同上班优化。此时咱们须要引入一个概念——Uncore（可以了解为以前的北桥）。

Meteor Lake在Uncore上启动了电源治理的从新设计，不同模块都有分立的电源治理控制器集成在外部。比如上图所示，在SOC下面，PUNIT单元可以对整个SOC启动电源治理，它经过跟不同模块上的分电源治理器启动沟通，提供一个实时的可裁减的电源治理架构。这个架构为Meteor Lake提供了很多新的电源治理配置，为未来的芯片设计上的电源治理奠定了十分好的基础。

·为什么要做分别式的模块化设计？

看到这里大家或许会有一个不懂，Meteor Lake为什么要做模块化设计？

其实归根结底，模块化能够让芯片设计愈加灵敏，甚至可以成功配置模块的定制。同时英特尔在把握2.5D EMIB和Foveros 3D封装技术后，也更容易成功模块化设计。

比如想要参与NPU的配置，想要更新显示模块去允许8K显示等等，分别式模块化设计会更好成功。由于只须要把特定配置的模块设计进去，再将其与其它模块封装到一同即可，不须要去齐全从新设计整个芯片架构。

·如何在不同模块间成功调度？

其实从高性能异构混合架构开局，线程调度就成为英特尔酷睿处置器的关键起因。Meteor Lake全新的3D高性能混合架构带来的模块化设计，愈加须要对此启动调优。因此，英特尔进一步优化了英特尔配件线程调度器。

Meteor Lake增强了英特尔配件线程调度器对操作系统的反应。在其它IP占用功耗的时刻，外围功耗会被灵活分配。因此，新的配件线程调度器会实时更新外围才干，以便愈加精准地向操作系统报告整个外围和每个外围的外部能耗比的评价和判别，以提供愈加准确的表格给到操作系统。同时在软件层面和系统层面，与英特尔DDT软件联合起来对外围分配做更优的控制。

其实这里咱们须要明白一下英特尔配件线程调度器的上班原理。它并不是间接控制进程的，或许说它不是去分配进程到某一个详细外围上。而是介于处置器和Windows操作系统之间的一个“评分系统”。

它可以向Windows系统实时提供P-Core、E-Core、LP E-Core的配件才干，而后反应给操作系统线程调度器，最终由系统依据每个外围的评分，依照负载将义务分配到特定外围上去口头。

如下图所示，英特尔与微软做了一张这样的“评分”表格，其中蕴含四种色彩，对应不同分类等级。它依据P-Core、E-Core以及LP E-Core的IPC，就是每个时钟能口头多少条指令的才干来启动分类。

比如Class0代表的是P-Core、E-Core在口头这种指令，每时钟口头的指令数量基本上分歧，就归为Class0。

左边的Class1代表P-Core在每一个时钟外口头的指令数量大于由E-Core来口头，则会被归为Class1，比如一些浮点运算的指令就会落在Class1的范畴内。

Class2代表P-Core在每个时钟外口头的指令数量远远大于由E-Core口头，比如一些AI计算，理论会归到Class2当中。

最左边的Class3是极少局部指令会落在这一等级上，这里标明Class3的指令中，E-Core每个时钟周期口头的指令数反而会高于P-Core。

表格会对每一个外围打两个分数（EE和Perf分），分数最高的就代表着英特尔配件线程调度器对Windows的介绍优先级最高。之后Windows会依据介绍将义务负载放到分数最高的外围过去口头。

因此，Meteor Lake的能效设计，包括配件线程调度器等等，其实与Windows系统有着密无法分的相关。实践上英特尔、微软独特设计成功了线程调度器这种反应和控制的机制，而后去做处置器的功耗治理优化，并且去成功功率和性能的最大限制的提高。

因此，Meteor Lake分别式模块化设计最终是否真正统筹高性能与低功耗，配件线程调度器与Windows系统是极端关键的过程。

·Intel 4制程工艺简化制作流程，良率清楚优化

在4年5个制程节点中，Intel 4关于英特尔而言极为关键。由于Intel 4取得成功，就象征着从技术层面英特尔可以十分好境地进到接上去的Intel 3、Intel 20A和Intel 18A三个制程节点。

Intel 4的关键特性包括：

其一，宽泛驳回EUV光刻技术，在满足DIE变小的同时，大幅度简化了制作流程。

其二，CPU高性能逻辑库面积相比Intel 7缩减约2倍。

其三，相比Intel 7，带来了20%的性能和能效比优化，

其四，成功了更好的频率和电压平衡，

其五，进一步放大了MIM密度，以提供更高效的底层供电。

接上去咱们对这五项特性逐个作出剖析。

Intel 4制程工艺宽泛经常使用了EVU光刻技术，降低3-倍的处置步骤。从下图可以看到，在经常使用EUV技术的状况下，掩膜总数和工艺步骤总数区分比未经常使用EUV的Intel 7制程降低20%和5%。而在微缩工艺方面的优化也带来了晶体管密度的全体优化。

Intel 4制程带来了整个DIE的集成度变动。下图可以看到，Intel 7驳回408库高度，而Intel 4切换到了240库高度。约2倍缩减区分来自于接触式栅极间距缩减0.83、鳍片间距缩减0.88、M0间距缩减0.75以及高性能库高度缩减0.59。

针对CPU，对比Intel 7以及Intel 4带有6VT和带有8VT的功率与频率状况，Intel 4成功了更低功率状况下更好的频率体现，相比Intel 7有20%的能效优化。

同时，Meteor Lake衔接层针对高性能计算运前启动优化的18层金属堆栈上也驳回了新技术，宽泛借助EUV，经过四重智能成像工艺，成功了十分好的层数和密度优化，为布线层也提供了十分好的技术允许。

除了降低间距之外，如何降低电阻优化导电性的同时，确保更长的电迁徙寿命也是新制程工艺的一项关键技术目的。在Intel 7制程节点，英特尔驳回了不同的不凡金属层去处置这一疑问。而Intel 4则是驳回了增强型的铜金属（钽/钴与纯铜）工艺，成功电阻降低并延伸电迁徙寿命。

此外，EUV技术使得Intel 4在衔接结构下面变的愈加规范化。如下图所示，对比Intel 7和Intel 4，会发如今Intel 7金属层有很多非规范、非繁多的衔接形式，而EUV技术使得Intel 4做的愈加一致。这件事的意义在于可以使规划、单元摆放、时钟数一致以及布线等方面成功高效的智能化设计。

MIM电容器可提供出色的供电才干，相关于Intel 7制程工艺，Intel 4的MIM cap密度提高了约2倍，到达了376fF/um2。

基于愈加细腻的微缩工艺、愈加简化的制作步骤、愈加规范化的衔接形式以及电迁徙寿命延伸和愈加肥壮的电磁牢靠性，Intel 4制程工艺取得了极高的良率，总体超越了优化后的14nm和10nm制程水准线。这也是为什么Intel 4的成功，关于未来极速过渡到Intel3、Intel 20A和Intel 18A就越顺畅。

·Foveros 3D封装让模块化设计成功更好的衔接

架构与制程之后，咱们再来聊聊Meteor Lake的封装技术。

前面咱们提到，Meteor Lake驳回了全新的分别式模块化设计，而要让每个模块之间成功更好的衔接，成功愈加高效的协异性能，就须要经过愈加先进的封装工艺来成功。而Meteor Lake所经常使用的，就是经过多年验证的Foveros 3D封装技术，同时也在不同模块上经常使用了2.5D EMIB封装技术。

此前，Foveros 3D封装技术关键被运行在至强处置器、高密度计算GPU以及FPGA上，而Meteor Lake是英特尔初次大规模将Foveros 3D封装技术运行在生产级市场的产品上。

经过2.5D和3D的混合封装，可以成功更高密度的DIE与DIE的封装，提供不同节点更复杂的衔接，同时可以具有更好的低功耗以及高性能的衔接。

那么详细到Meteor Lake，是如何成功模块化封装的呢？

首先，晶圆厂制作好晶圆之后，会将其运输到封装测试工厂启动宰割和测试。宰割晶片成功测试之后，确保只要经过认证的良好晶片最终进入到Foveros组装流程中。

切割好的晶片

接上去，封装厂会将顶部晶片与基础晶圆经过高温启动贴合，创立出晶片复合体，之后再将贴合后的晶圆二次宰割成封装所须要的各个模块，并经过环氧树脂贴合到基板上，最后封上金属散热器，即可大量量成功Meteor Lake处置器的封装制作。之后再经过系统级的测实验证，将没有任何疑问的成品交付到OEM手中启动最终的产品组装。

基底晶片（左侧）与晶圆（右侧）

封装成功的Meteor Lake处置器

细心看CPU DIE的话可以看到不同模块是有很清楚的形态区分的

在封装层面，Foveros3D封装技术，带来更好的叠加性以及更高密度。由于在芯片内就曾经成功了极低功耗和高密度晶片衔接，最小化了分区开支，所以能够为处置器芯片的每个区块选用现实的芯片工艺，且每块晶圆可取得10%以上的芯片数量优化，从而降低老本、提高性能、优化晶圆良率。

2.5D EMIB技术则关键被用于GPU封装。其底层经过2.5D成功计算单元模组的DIE与DIE互连，密度更高，间距更小。同时混合经常使用3D封装技术，将下层DIE与基础层的DIE衔接到一同，进一步优化密度的同时，可以在芯片层级降低功耗。

其实从前面的架构示用意可以看到，Meteor Lake大体分为4个模块，但其实每个模块中又蕴含了配置不同的小模块，这些大大小小的模块，其实就是经过2.5D和3D封装技术集成到一同的。这就像盖房子，一砖一瓦的横向与纵向重叠，最终导致一整个修建主体。

·结语

总体来说，英特尔Meteor Lake是第一个基于Intel 4制程工艺打造的处置器平台，它在架构层面驳回了翻新的分别式模块化设计，并初次将Foveros 3D封装工艺带到生产级产品过去。它改良了英特尔配件线程调度器，优化了模块间的电源治理，借助低功耗的SOC模块可以让低负载义务运转在其上的同时，睡眠甚至封锁GPU和CPU模块，以到达降低全体功耗，优化续航才干的需求。

Meteor Lake所对应的产品是第一代酷睿Ultra移动级处置器，并不是第14代酷睿处置器，估量出售档期在2024年第一季度。