Erstaufführung von Intels 18A-Prozess: Tiefgehende Enthüllung von Panther Lake - Ein neues Architekturkonzept steht der KI-Welle entgegen

In Phoenix, Arizona, USA, befindet sich Intel's fortschrittlichstes Waferwerk. In den letzten Tagen des Septembermonats war die Lei Technology glücklich, von Intel eingeladen worden zu sein, an seiner jährlichen Technologiestreife ITT (Intel Technology Tour) teilzunehmen. Wir flogen über den Pazifik in diese schöne Wüstenoasenstadt, um die neuesten technologischen Errungenschaften von Intel zu besichtigen und zu verstehen.

Quelle: Lei Technology

Zwischen den Besichtigungen des Intel-Werks haben uns auch der leitende Chefingenieur von Intel, Arik Gihon, der Intel-Forscher Carlos Cordeiro, der Intel-Vizepräsident Chris Auth und andere über die bevorstehende Panther Lake-Architektur von Intel erzählt und die dahinter liegenden technologischen Geheimnisse aufgedeckt.

Panther Lake macht eine Welle: Premiere des Intel 18A-Prozesses

Panther Lake ist die erste konsumorientierte Produktplattform, die mit Intel's Intel 18A-Prozess hergestellt wird. Als Intel's derzeit fortschrittlichster Serienfertigungsprozess hat der Intel 18A-Prozess zwei neue Eigenschaften: RibbonFET-Ringgattertransistoren und PowerVia-Rückseitenversorgung.

Quelle: Intel

Dabei ist der RibbonFET-Ringgattertransistor eine neue Technologie, die Intel für Prozesse von 2 nm und darunter vorbereitet hat. Er ersetzt die herkömmliche FinFET-Architektur durch eine neue Transistorarchitektur und vermeidet Probleme wie Stromleckage und instabile Leistung, die durch die Prozessoptimierung entstehen können.

Viele Freunde mögen sich hierbei fragen: Warum führt die Prozessoptimierung zu Stromleckage und instabiler Leistung? Man kann sich die CPU als eine Stadt vorstellen, und die Transistoren bilden die Gebäude dieser Stadt. Zwischen den Gebäuden gibt es Kanäle, durch die der Strom fließt und zu den entsprechenden Transistoren gelangt.

Mit der Verbesserung des Prozesses werden jedoch die Zwischenräume zwischen den Gebäuden immer enger (die Transistordichte erhöht sich). In diesem Fall besteht die Wahrscheinlichkeit, dass der Strom direkt einen Abkürzung nimmt und über die Gebäude in den benachbarten Kanal springt. Dies führt nicht nur dazu, dass die Transistoren, die ursprünglich den Strom empfangen sollten, keine Stromversorgung erhalten, sondern auch dazu, dass der Strom im benachbarten Kanal plötzlich ansteigt, was die normale Funktion der entsprechenden Transistoren beeinträchtigen oder sogar die Transistoren zerstören kann, was zu Schäden an der CPU führt.

Quelle: Intel

Um dieses Problem zu lösen, hat Intel die RibbonFET-Ringgattertransistortechnologie entwickelt. Dabei werden die Stromkanäle als dünne "Nanodrähte/ -platten" ausgeführt und von einem Gate (Stromschalter) 360° umgeben, um die Strombewegung möglichst gut zu steuern und Probleme wie Stromleckage erheblich zu verringern.

Neben dem RibbonFET hat Intel auch die PowerVia-Rückseitenversorgungstechnologie in Panther Lake eingeführt. Dadurch wird das Stromversorgungsmodul, das ursprünglich auf der Vorderseite des Chips platziert war, auf die Rückseite verlagert. Diese Technologie verringert nicht nur die Wärmeabfuhrbelastung auf der Vorderseite des Chips, sondern auch ermöglicht es dem Strom, effizienter in die Transistoren zu fließen.

Quelle: Intel

Diese revolutionäre Technologie kann die Stromversorgungsverluste erheblich verringern, sodass die CPU mit geringerem Stromverbrauch die volle Leistung erbringen kann. Gleichzeitig kann sie auch die Leistungsobergrenze erhöhen (da die Stromversorgung ausreichender und die Wärmeabfuhrbelastung geringer ist). Zusammen mit der Verbesserung der RibbonFET-Ringgattertransistoren kann der Panther Lake-Prozessor bei geringerem Stromverbrauch höhere Leistung erzielen und die Leistung ist auch stabiler.

All diese Eigenschaften machen es sehr geeignet für mobile Plattformen und lassen den Intel 18A-Prozess zu einem Schlüsselbaustein in Intels Strategie "5 Knotenpunkte in 4 Jahren" werden. Dies ist auch der Grund, warum die Panther Lake-Architektur so viel Aufmerksamkeit erregt, denn sie wird der Beginn einer neuen Ära für mobile PCs sein.

Panther Lake wird zum Meilenstein: Neue Architektur, neue Kerne

Panther Lake bringt nicht nur den Intel 18A-Prozess, sondern auch ein neues Architekturdesign mit sich. Das neue Design geht von der herkömmlichen Ein-Chip-Architektur zur Multi-Chip-Architektur über, d. h. der Prozessor wird in mehrere funktionale Chipmodule aufgeteilt und dann mithilfe der Foveros 2,5D-Packungstechnologie auf einem Substrat integriert.

Das modulare Design ermöglicht es Intel, Chips wie Lego-Bausteine zu entwerfen und herzustellen. Dies spart Kosten und ermöglicht es den Ingenieuren, die Prozessoren nach den Anforderungen verschiedener Produkte maßzuschneidern. Beispielsweise kann bei Prozessoren für ultraleichte Notebooks die Gesamtleistung verringert werden, indem kleinere GPU-Module verwendet werden, während bei Hochleistungsnotebooks größere GPU-Module eingesetzt werden können, um die Gesamtleistung zu erhöhen.

Quelle: Intel

Das flexible Design von Panther Lake wird in der zukünftigen AI-PC-Markt sehr erfolgreich sein, da es die Rechenanforderungen aller Arten von Geräten erfüllen kann. Vom persönlichen Server bis zum Handheld-Endgerät kann eine optimale Architektur durch das modulare Design erstellt werden, und die Entwicklungskosten sind auch besser kontrollierbar.

CPU: Höhere Leistung, höhere Effizienz

Panther Lake bringt nicht nur ein neues modulares Design, sondern auch eine umfassende Verbesserung der Big-Little-Kern-Architektur. Es werden neue Leistungskerne Cougar Cove und Effizienzkerne Darkmont eingeführt. Der Cougar Cove-Kern ist eigentlich der Leistungskern der nächsten Generation der Nova Lake-Architektur. Im Vergleich zu den vorherigen Big-Kernen gibt es erhebliche Verbesserungen in der IPC, der Taktrate und anderen Aspekten. Man kann sich auf die Leistung dieses Leistungskerns in Anwendungen mit hoher Last wie Spielen freuen.

Quelle: Intel

Es ist erwähnenswert, dass Panther Lake auch eine neue Technologie eingeführt hat: Memory Side Cache (Speicherseitlicher Cache). Einfach ausgedrückt, ist dies ein Hochgeschwindigkeitscache zwischen dem Speicher und der CPU. Er ist wie ein "Kleines Lager" neben dem Prozessor, das speziell die kürzlich häufig verwendeten Daten zwischenspeichert, um die Belastung der Speicherbandbreite zu verringern.

Diese neue Technologie ist der Schlüssel für die effiziente Funktion einer integrierten Architektur wie Panther Lake. Einerseits kann sie die Ausnutzung der Speicherbandbreite verbessern, sodass die Kerne der CPU und der GPU bei der Zusammenarbeit nicht wegen Engpässen bei der Speicherlese- und -schreibgeschwindigkeit verlangsamt werden. Andererseits optimiert sie die Latenz und verringert die Wartezeit des Rechenkerns beim Zugriff auf Daten, sodass der Prozessor schneller auf verschiedene normale Anforderungen reagieren kann.

Darüber hinaus bringt Panther Lake auch eine neue Version der Intel Thread Director-Threadverwaltungstechnologie. Durch die Hardwareüberwachung und die KI-Algorithmen kann es die Art der aktuellen Last genauer erkennen und die Threads intelligent an die besten Einheiten wie Leistungskerne, Effizienzkerne oder sogar NPU verteilen.

Quelle: Intel

Im Vergleich zur vorherigen Generation versteht es die Leistung/Stromverbrauchseigenschaften der verschiedenen Kerne besser und hat auch die Optimierung der Verwaltung von Multi-Chips und Multi-Heterogenen Einheiten verbessert. So kann der Prozessor sowohl Leistung als auch Energieeffizienz berücksichtigen und die Akkulaufzeit maximieren, ohne die Benutzererfahrung zu beeinträchtigen.

Um die Akkulaufzeit weiter zu verbessern, hat Panther Lake auch eine globale Stromverbrauchsverwaltung eingeführt. Beispielsweise wird, wenn die GPU in den Hochlastrendering-Modus geht, der Prozessor intelligent den Stromverbrauch der nicht genutzten Einheiten (CPU, NPU) reduzieren und die Stromversorgung an die GPU geben. Umgekehrt gilt das Gleiche.

Quelle: Lei Technology

Diese Art der Energieverwaltung auf SoC-Ebene, zusammen mit einem fortschrittlicheren Prozess und einer verbesserten Wärmeabfuhrtechnologie, wird der Schlüssel dafür sein, dass Panther Lake eine längere Akkulaufzeit und eine bessere Wärmeabfuhr haben kann. Früher sagten wir oft, dass Leistung und Akkulaufzeit wie Fisch und Brokkoli sind und man nicht beides haben kann. Aber bei Panther Lake können wir vielleicht tatsächlich beides haben.

GPU: Ein neues Gehirn für KI und Spiele

Was die GPU betrifft, ist in Panther Lake die neue Xe3 Iris Graphics (Codename Celestial) verbaut. Dies ist die Premiere der dritten Generation der Xe-Architektur von Intel. Im Vergleich zur vorherigen Generation Xe2 (Battlemage) hat Xe3 eine erhebliche Verbesserung in der Architektur erfahren, und die Anzahl der Kerne und die maximale Taktrate sind erhöht.

Quelle: Intel

Laut Angaben wird es zwei Versionen der Xe3 Iris Graphics geben. Die Spitzenversion wird 12 Xe-Kerne haben, was eine 50 %ige Erhöhung gegenüber der Spitzenversion der vorherigen Generation darstellt. Gleichzeitig hat die Grafikleistung im Vergleich zu Lunar Lake um über 50 % zugenommen. Diese Verbesserungen ermöglichen es der Xe3 Iris Graphics, die Leistung einer Einsteiger-Grafikkarte zu erreichen. In der Praxis kann man nach Aktivierung von XeSS/RT sogar Spiele wie "Cyberpunk 2077" und "Black Myth: Wukong" mit hoher Bildrate spielen.

Neben der Verbesserung der Spieleleistung hat die KI-Leistung der Xe3 Iris Graphics auch eine beträchtliche Zunahme erfahren. Die hochwertige Version der Xe3 GPU kann bis zu 120 TOPS an KI-Leistung liefern, was bereits die Rechenleistung der vorherigen Generation von CPU + GPU + NPU übersteigt.

Quelle: Intel

Mit der Unterstützung der KI-Leistung der Xe3 GPU werden Spiele und Grafikrendering, die KI erfordern, wie Echtzeit-Raytracing (die Panther Lake-Grafikkarte unterstützt die Hardware-Beschleunigung von Raytracing) und KI-basierte Bildqualitätsverbesserungstechnologien, bessere Effekte und höhere Bildraten erzielen können.

Darüber hinaus können Aufgaben wie hochwertige Grafikerkennung und Videoverbesserung, die KI erfordern, jetzt direkt von der GPU bearbeitet werden, anstatt dass man sich auf