全面反攻？英特爾正式公開第12代酷睿相關特性
在近日舉辦的2021年英特爾架構日活動中，英特爾對外宣布了眾多技術創新，包括兩個全新設計的x86內核微架構，并推出代號為AlderLake的性能混合架構處理器，以及面向數據中心領域的下一代至強可擴展處理器SapphireRapids；GPU架構部分，英特爾也詳細介紹采用XeHPG微架構的Alchemist游戲顯卡，以及XeHPC架構的PonteVecchio等;當然英特爾也介紹了其在推動開放、規范、跨架構和跨廠商的統一軟件棧oneAPI工具包方面的具體進展。
本次架構日所講的內容可以稱得上是干貨滿滿，尤其是關于AlderLake處理器的介紹更是占了極大的篇幅，作為英特爾面向于客戶端計算市場的下一代酷睿處理器家族，AlderLake耗時多年打造，結合了眾多最新、最前沿的技術，被英特爾寄予厚望，很多喜歡嘗鮮的DIY發燒友也對AlderLake新平臺有極高的期待。
AlderLake基本特性速覽
總的來說，AlderLake將隸屬于英特爾第12代酷睿處理器家族，基于最新的Intel7制程工藝打造（此前稱之為10nmEnhancedSuperFin），采用Hybrid性能混合架構設計，集成了兩種重新設計的內核微架構——PerformanceCore性能核GoldenCove以及EfficientCore能效核Gracemont，二者結合并通過ITD硬件調度器進行合理調度，致力于在所有類型的工作負載中均帶來顯著性能提升與能耗改進。
AlderLake系列的TDP功耗范圍從9W到125W，將覆蓋超便攜輕薄本、高性能游戲本、發燒級DIY臺式機等所有類型的客戶端PC設備產品線，此前IceLake和TigerLake無法做到這一點。具體來說AlderLake將提供三類產品設計形態：采用LGA1700接口代號為AlderLake-S的臺式機處理器；移動端處理器代號為AlderLake-P和AlderLake-M，均為BGA封裝。
具體規格方面，桌面版AlderLake-S將提供8個PerformanceCore性能核與8個EfficientCore能效核，共有24線程（EfficientCore能效核不支持超線程），以及30MB容量的非包含式三級緩存，并集成32EUXeLP架構核顯。
面向于高性能游戲本的AlderLake-P采用BGAType3封裝，最多能提供6個PerformanceCore性能核與8個EfficientCore能效核，XeLP核顯規模則上升至96EU；并加入獨立的圖像控制單元，也延續了對Thunderbolt4控制器的集成。
至于面向輕薄、低功耗的輕薄本，英特爾則提供了更緊湊的高密度封裝，最高可提供2個PerformanceCore性能核與8個EfficientCore能效核。
除了采用Hybrid性能混合架構設計之外，AlderLake還帶來了其他新特性，例如支持最新內存和強大的I/O拓展。AlderLake采用了全新的內存控制器，除了支持傳統的DDR4-3200和LPDDR4x-4266之外，也支持新一代DDR5-4800與LPDDR5-5200標準；除此之外，英特爾還表示AlderLake平臺還會支持內存的動態電壓頻率縮放，并增強對內存超頻的支持，此外考慮到JEDEC標準的DDR5普條參數方面并不好看，玩家也期待著更高頻率、更低時序XMP3.0DDR5內存能夠在年底隨AlderLake同步發售。
I/O方面AlderLake同樣做到了領先時代，CPU支持直連16條PCIe5.0＋4條PCIe4.0，以及PCH部分引出的12條PCIe4.0＋16條PCIe3.0。其中PCIe5.0相比PCIe4.0進一步拓展了帶寬，16條PCIe5.0可達64GB/s。
由于AlderLake整體是一個非常復雜的芯片，為了應對這一可擴展架構的挑戰，英特爾還設計了三種獨立的內部總線，具體分為ComputeFabric計算內部總線，這類似于此前的RingBus環形總線，通過最后一級緩存將內核和顯卡連接到內存，AlderLake可支持高達1000GB/s；此外I/OFabric總線速度最高可達64GB/s（對應PCIe5.0x16），MemoryFabric總線速度為204GB/s。
超出預期的能效核Gracemont，這個“小”核要比想象中要強大得多......
PPA是Performance(性能)、Power(功耗)、Area(尺寸)三者的縮寫，而對于芯片架構設計來說，PPA是無法繞開的話題，是在設計架構時必須要考量的因素。在獲得性能提升的同時，也對芯片面積和功耗做到合理控制，這也是很多架構師的目標。
AlderLake采用的EfficientCore能效核代號為Gracemont，英特爾表示Gracemont旨在面對當今多任務場景做到充分優化，提高了吞吐量效率并提供可擴展的多線程性能；在有限的硅片空間內實現強大的多核任務負載，并具備寬泛的頻率范圍。英特爾在架構日演講中透露，Gracemont的設計目標是IPC趕上并超越此前的14nmSkylake內核，并實現能耗比的飛躍式提升。
為了實現這一宏大的目標，Gracemont在微架構層面做到了全面改進。Gracemont前端延續了Tremont的3＋3設計，解碼每個周期多達六個指令，同時保持能效。
而為了實現更準確的分支預測能力，Gracemont擁有5000個條目的分支目標緩存區；還將指令緩存提高到64KB，在不耗費內存子系統功率的情況下保存可用指令，做到進一步節省電力。
ROB亂序重排緩沖區部分，Gracemont從Tremont的208隊列進一步提升到256隊列，已經超越了Skylake和AMDZen2的224隊列，與AMDZen3相持平。
Gracemont的后端做到了大幅升級，具備5組寬度分配、8組寬度引退、共有17個執行端口，具體來看提供4個整數ALU、2個載入AGU、2個存儲AGU、2個跳轉端口、2個整數存儲數據、2個浮點/矢量存儲、2個浮點/矢量堆棧、以及第3個矢量ALU等，并可以支持AVX指令集和VNNI人工智能加速。
內存子系統部分部分，Gracemont使用了雙載入、雙存儲單元的配置，并且每4個Gracemont核心為一個集群，共享4MB二級緩存。
至于具體的性能與能耗表現，英特爾使用Gracemont對比Skylake，并放出了兩組能耗曲線數據。首先是單線程性能，測試SPECrate2017int，在相同功耗時Gracemont有超過40％性能優勢，或達到相同性能時只使用40％不到的功耗。
多線程對比則更為夸張，同樣測試SPECrate2017int，4核心4線程的Gracemont對比2核心4線程的Skylake，能夠在功耗更低的情況下同時帶來超過80%的性能提升，而在提供同樣的性能時，功耗則降低80%。
百尺竿頭更進一步，無比強大的性能核GoldenCove
AlderLake采用的PerformanceCore性能核代號為GoldenCove，不同于WillowCove對SunnyCove微調緩存式的小幅升級，GoldenCove的變化非常巨大，官方宣傳稱GoldenCove的設計目標旨在提高速度，突破低時延和單線程應用程序性能的限制，以及更好地支持代碼體積較大的應用程序。
為了進一步提高IPC，GoldenCove的設計宗旨是更寬、更深、更智能。微架構的前端解碼器由4個增至6個，6µop緩存增至8µop。
ROB亂序重排緩沖區部分，GoldenCove達到了512隊列，相比于SunnyCove和WillowCove的352隊列增加40％以上，也是AMDZen3架構的2倍，僅次于蘋果M1大核心Firestorm的630隊列。
wideallocation分配由5路增至6路，執行端口由10個增至12個。具體到整數執行引擎部分，GoldenCove增加了第五個整數執行端口。
矢量浮點執行部分，雖然沒有增加端口，但額外添加了新的FADD加法計算單元。
二級緩存部分，GoldenCove可配置每核心1.25MB或每核心2MB，其中面向消費級的AlderLake為每核心1.25MB，與第11代酷睿TigerLake的WillowCove相同。至于面向數據中心領域的SapphireRapids，則配備每核心2MB二級緩存。
具體的性能方面，英特爾表示AlderLake的PerformanceCore性能核GoldenCove是公司有史以來最為強大的x86內核微架構，對比第11代酷睿處理器桌面版RocketLake的CypressCove，兩者運行在相同的3.3GHz頻率上，測試SPECCPU2017、SYSmark25、Crossmark、PCMark10,、WebXPRT3,、Geekbench5.4.1等項目，GoldenCove的平均IPC提升可達19％。
再考慮到爆料中Intel7制程工藝（此前稱之為10nmEnhancedSuperFin）已經逐步成熟，AlderLake的QS版就可以達到超過5.0GHz的睿頻頻率，因此當AlderLake上市后，將在單線程性能方面具有極強的競爭力，遙遙甩開AMDZen3，甚至面對AMD在2022年發布的Zen4也有一戰之力。
展望未來，攜手Windows11，AlderLake能開啟PC體驗的新時代嗎？
AlderLake作為混合架構處理器，想要讓兩類核心的性能獲得高效發揮，那必然離不開調度的支持。為使PerformanceCore性能核GoldenCove和EfficientCore能效核Gracemont與操作系統無縫協作，英特爾開發了一種改進的調度技術，全稱為IntelThreadDirector（縮寫為ITD），中文名“英特爾硬件線程調度器”，并通過與微軟進行合作，優化ITD在Windows11上的性能表現。
英特爾也在架構日上透露了ITD對AlderLake的基本調度邏輯，PerformanceCore性能核的物理線程優先處理復雜的前臺任務、為調度的第一優先級，然后則是EfficientCore能效核，最后才是PerformanceCore性能核的超線程......當然，英特爾也表示ITD具有動態性和自適應性，可根據實時的計算需求智能調整調度決策，致力于做到快速響應、高性能和低功耗的平衡。
PerformanceCore性能核GoldenCove、EfficientCore能效核Gracemont、ITD硬件線程調度器、Intel7（10nmEnhancedSuperFin）制程工藝、支持DDR5、PCIe5......作為首款性能混合架構，AlderLake堪稱是英特爾眾多新技術的結晶與完美釋放；今年第4季度桌面版AlderLake-S將正式發售，而面向移動端的AlderLake-P/M也將在CES2022發布，讓我們敬請期待！
