【Computex2024】Intel 正式發表 Lunar Lake 處理器 AI 效能提升 功耗降低 40% 的大幅翻新之作

Intel LunarLake 處理器。

在去年的 Core Ultra（代號為 Meteor Lake）處理器（請見：Intel MeteorLake 新處理器架構揭露 改 SoC 核心達成省電效能彈性架構），Intel 在這次的 Computex 展前，在台北舉辦了 ITT（Intel Tech Tour）2024 活動，正式向國內外媒體揭露了新一代 Core Ultra 筆記型電腦處理器（代號為 Lunar Lake）的詳細架構，再度針對運算架構、功耗管理、連線設計以及近期最夯的 AI 人工智慧應用部分作出更多的更新設計，讓新一代的 Core Ultra 筆記型電腦更能夠應對未來工作所需的挑戰。


Intel 這次為期兩天的 ITT 2024 活動中對外揭露了 LunarLake 處理器的詳細架構。


首天開幕首先上台演講的英特爾執行副總裁暨 PC 客戶運算事業群總經理 Michelle Johnston Holthaus，近年來的新款處理器都是她旗下部門的產品。


首先開場就提到，目前個人電腦正處於一個巨大的轉折點（ Massive Inflection Point），而這個轉折點的原因就是 AI，而 Intel 在從去年推出的 Core Ultra 處理器開始，透過結合 CPU、GPU 以及 NPU 的設計架構，就已經開始提供個人筆記型電腦在本機端的 AI 運算能力，而目前已經有 800 萬台裝置出貨，有 230 家 OEM 廠商提供 Core Ultra 處理器的產品或是設計，在 48 個國家 250 家以上的經銷商進行販售。


接著就進入到今天的正主：Lunar Lake 處理器。


Michelle Johnston Holthaus 也在現場展示了 Lunar Lake 處理器。


Michelle Johnston Holthaus 表示 Lunar Lake 處理器透過第二代的 LP 低功耗配置提供了 x86 處理器從未有的高省電性能、並且在整體 SoC 的功耗部分降低了 40%，並且透過新的P-Core（Lioncove）以及 E-Core 架構（Skymont）提供更高的效能／功耗比。

另外在 GPU 部分，Lunar Lake 也透過新的 Xe 2 架構，提供比 Meteor Lake 多出 50% 的顯示效能，Michelle Johnston Holthaus 也表示根據 Intel 的調查，有 40% 以上的開發者主要使用 GPU 作為 AI 的運算單元，所以 Lunar Lake 這次在 GPU 的設計上，也對 AI 加速能力做出加強。而結合以上的設計，Lunar Lake 可以提供 120 TOPS 的 AI 運算效能（在 NPU 部分提供 48 TOPS）。


而在效能表現上，Michelle Johnston Holthaus 表示 Lunar Lake 在核心效能部分比起 Arm 還要快，並且顛覆了目前大家對 x86 架構的想法（尤其是在功耗部分），除了具備能耗優勢外，並且仍然延續支援 x86 架構的豐富生態系。


光是在產品款式的推出上，Lunar Lake 初始就與 20 家 OEM 夥伴合作，提供了 80 款以上的設計， 讓消費者有更多的選擇性，也是目前 Intel 在 AI PC 的競爭中最大的優勢，將會在 2024 年的 Q3 推出許多產品，趕上年底的假期購物潮。


當然因應這次的架構改變，Intel 也與微軟進行深度合作，在 AI PC（微軟的 Copilot+ PC 概念）提供更好的效能表現。


除了微軟的 Windows 外，Intel 也與眾多 ISV／IHV 軟體開發廠商合作，提供豐富的開發支援以及完整的相容性，在目前已經有 150 項 AI 功能推出，而到了 2025 年底，將會有 350 項 AI 功能登場。


另外在 AI 模型的支援性上，目前已經有超過 500 款 AI 模型針對 Core Ultra 處理器進行最佳化，另外除了 Intel 自家的 Open VINO 外，包括 ONNX、Hugging Face 以及 PyTorch 開發平台都也支援 Core Ultra 處理器。

而 Intel 先前也針對 AI 應用的開發，從去年開始推動了 ai pc developer program 計畫，而隨著架構演進到 Lunar Lake，這個計畫在今年還是會持續推動，並且在這次 ITT 2024 活動中，發表了搭載 Lunar Lake 處理器的 Lunar Lake Dev Kit 開發者套件。


Michelle Johnston Holthaus 這次也展示了 Lunar Lake Dev Kit 開發者套件，在小巧的機體中提供最高 120 TOPS 的 AI 算力，提供 AI 應用開發者順暢的執行環境，可以開發出更貼近消費者應用的產品，而這個開發者套件未來也可升級應用到下一代的 Panther Lake 世代處理器上。


陳拔在隔壁的 ShowCase 展示間中拍攝到的 Lunar Lake Dev Kit 開發者套件，基本上就跟一個數位電視機上盒差不多大小，而這個套件將會在 9 月出貨給參加 AI PC Developer Program 計畫的開發者。


而針對之後的 Intel 個人處理器發展，Michelle Johnston Holthaus 在 IDM 2.0 的策略底下，AI PC 不光只有現在運用在輕薄的筆記型電腦上，在今年下半年登場的桌上型處理器（代號為 Arrow Lake）上，也將運用 AI PC 的設計。而 Michelle Johnston Holthaus 也表示 Arrow Lake 也將會運用目前 Intel 先進的 18 A 製程。而 Lunar Lake 處理器也將在今年 Q3 投入量產。


而 Michelle Johnston Holthaus 在最後也表示 Lunar Lake 在核心效能、GPU 效能以及 AI 效能部分都有大幅領先的表現，將會重塑 x86 PC 給人的印象，並且重塑 AI PC 給消費者的體驗。


接著登場的是 Intel PC 客戶運算事業群的 CTO Rob Bruckner 來講一下 Intel 處理器的 Roadmap 策略。


Rob Bruckner 表示目前是 AI 相當多變的時期，可能在 10 分鐘前講的正確 AI 概念，到了 10 分鐘後又被推翻，這也讓廠商在產品 RoadMap 規劃時相當挑戰。而 AI 演進到了現在，則是經歷了三大浪潮，包括機器學習（讓機器變得更好用、更貼近工作與生活需求）、生成式 AI（透過 Co-Pilot 這類的輔助方式提升工作、內容創作、生活等應用體驗） ，而第三波浪潮 Rob Bruckner 表示可能就是 Agent（這個陳拔不知道該怎麼翻譯，應該說是專家建議？主動提供人們在使用 PC 時獲得最佳的生活、娛樂與工作體驗），並且結合雲端與終端裝置，提供人們無縫且良好的使用體驗。而在這波浪潮下，具備在地 AI 效能、隱私保護，但又能提供良好使用體驗的 PC，就成為新 AI 世代下最重要的工具。


而為了要讓人們獲得更好的體驗，除了加速效能要好外，能源效率也是需要取得的平衡點。


而 Intel 正是在這方面取得平衡點的選擇中，又可以提供多樣化產品的廠商，並且可以打造完整的生態系，像是這樣：


從硬體設計到軟體整合，Intel 都可透過完整的生態系建構出具備 AI 效能、開放生態、具備安全性以及長效電池續航的產品，不是只有紙上談兵或是少量出貨，而是可以讓一般人在日常生活中都能體驗到的 AI PC 產品。


而回到產品 RoadMap 部分（終於），Rob Bruckner 表示 Intel 從 Meteor Lake 開始打造新世代的產品，包括具備高效能與高能耗比的混和核心設計、持續提高效能並且增加 AI 算力的 GPU、透過 CPU、 GPU 與 NPU 的組合對多種 AI 引擎進行最佳化、透過先進的封裝技術將記憶體整合至 CPU 內（可以省電）以及多樣化的生態系等。


而進入到 Lunar Lake 處理器環節，Rob Bruckner 表示 Lunar Lake 可說是 x86 有史以來電源效率最好的處理器，並且在 IPC 效能上面比起 Metetor Lake 更加提升，在過去需要透過提高時脈來提高效能的設計，在這次 Lunar Lake 上透過兩位數 IPC 效能的提升，並且降低時脈運作來達到省電且具備高效能的表現。而在 GPU 的部分，則是從 Meteor Lake 的 Xe 升級到 Xe2，最高提升了 1.5 倍的效能（Rob Bruckner 還劇透在下一代的 Panther Lake 還會再提升）。而在 AI 效能部分，則是整體具備 120 TOPS 的 AI 效能表現。Rob Bruckner 再度表示 Lunar Lake 將會顛覆使用者對於 AI PC 的認知。


接下來則是由 CCG 部門負責晶片的副總裁 Yaron Alankry 以及資深工程師 Arik Gihon 來講一下 Lunar Lake 處理器的架構。


Yaron Alankry。


Arik Gihon。


Yaron Alankry 表示 Lunar Lake 跟傳統 Intel 設計的處理器不同，整合了所有關鍵的運算元件到 SoC 裡面，整合了運算、 IO、記憶體以及安全性設計，同時具備低功耗以及高效能表現。


可以看到 Lunar Lake 具備了負責主要運算效能的 Compute Tile 運算核心、負責連接控制以及安全性的 Platform Controller Tile 平台控制核心（PCD）、這兩個核心透過 Intel 先進科技封裝在 Base Tile 上面。另外為了減少延遲、增加傳輸速度以及減少功耗，Lunar Lake 也將記憶體封裝在 SoC 上面。


而將記憶體封裝到 SoC 上，透過減少傳輸路徑的設計，在記憶體啟用時所用的功耗部分減少了 40%，這樣一來也能簡化主機板的設計，同時達到減少功耗的效果以及縮小主機板面積的效果（Yaron Alankry 表示是可以減少 250 平方公厘）。另外在記憶體的支援部分，則是支援 LPDDR5X 記憶體，以搭載兩顆記憶體顆粒的方式，提供最高 32GB 的容量，傳輸介面則是採用 4 通道設計，提供最高 8.5 GT／s 的傳輸速率，不過 Intel 在現場並未表示將會搭配哪一家的記憶體顆粒出貨。


陳拔在 Showcase 上面拍到的 Lunar Lake 處理器上面是採用美光的記憶體顆粒，不過這也不一定是最後出貨版本，反正應該就是美光、SK hynix 或是三星三家選一家就是了。


接著來看 Lunar Lake 的架構目標，包括每瓦核心效能的提升、更好的顯示引擎、更高的 AI 相容性與效能以及省電設計。


個別 Tile 則是由 Arik Gihon 負責講解。


首先來看 Compute tile 的部分，Arik Gihon 表示為了達成以上的目標，這次 Lunar Lake 在 Compute tile 部分的微架構也重新設計。


採用 4 個 E-Core 與 4 個 P-Core 的 8 核心設計，P-Core 著重在單核心效能，主要使用在重度運算上。E-Core 則是對能效做出最佳化，而 E-Core 也是這次 Lunar Lake 處理器的主要運作角色，負責日常的工作任務需求，並且提供不妥協的電池續航力。


首先在 P-Core 效能核心部分，採用代號為 Lioncove 的新核心設計，提供更高的單執行緒效能，具備 2.5 MB 的 L2 快取、並且在單位面積與功耗下提供了更高的效能。而 12 MB 的 L3 快取則是由 4 組 P-Core 共享，並且讓這 4 組 P-Core 組成一個叢集（Cluster）。


而新的 E-Core 效率核心則也採用代號為 Skymont 的新核心，同樣以 4 個核心組成叢集，獨立在 P-Core 之外，跟上一代 Meteor Lake 相比，取消了原本 Low Power E-Core 的概念，組成為新的 Low Power island。並且提供比前一代 E-Core 在向量跟 AI Throughput 上多出一倍的效能。


而在整體處理器的效能／功耗表現曲線上，可以看到這次 Lioncove 跟 Skymont 剛好可以形成接近連續的曲線，讓 Lunar Lake 處理器在效能／功耗比的表現上趨近線性。讓 E-Core 可以在低功耗時就能處理大部分的日常作業，而 P-Core 則是在需要高效能表現時加入運作。而這兩個核心叢集可以獨立開啟／關閉，來達到最好的能效表現。


在顯示核心部分，Lunar Lake 處理器的 GPU 是基於新的 Xe2 架構所打造，採用 8 核心、8 組加強光線追蹤單元配置，並且具備 XMX 引擎提供 67 TOPS 的 AI 運算效能，搭配 8 MB 的快取記憶體。


另外 Lunar Lake 也具備了新的媒體引擎，提供包括 AV1 編解碼、VVC（H.266） 解碼的能力，顯示部分則是提供三條通道，支援 HDMI 2.1、DisplayPort 2.1 以及 低功耗 eDP 1.5 連接埠，提供低功耗且高解析度的顯示訊號。另外 Lunar Lake 也加入了 IPU（Image Engines Unit）單元，提供包括降噪、多重畫面以及雙曝光 HDR 影像處理等功能。


Lunar Lake Xe2 顯示核心的總結，比起前一代 Meteor Lake 處理器要多出 50% 的顯示效能，包括即時光線追蹤、基於 AI 的畫質提升功能（XeSS）、VVC H.266 解碼、ARC 軟體支援、67 TOPS GPU AI 算力（前一代的 3.5 倍）以及 DisplayPort 2.1／HDMI 2.1 連接埠輸出支援等。


接著來看 NPU 的部分，這部分具備 6 個神經運算單元搭配 9 MB 的快取記憶提供 48 TOPS 的 AI 運算能力，另外也加入了 12 個增強 SHAVE DSP，提高整體架構的能效表現。


而在 Lunar Lake 的整體 AI 運算效能部分，結合 CPU、GPU 以及 NPU 提供了 120 TOPS 的 AI 運算能力，透過不同架構提供不同面向的 AI 模型處理能力。

總結 Compute tile 的設計，透過 P-Core 與 E-Core 的結合提供效能與功耗的平衡，而新的 NPU 4 架構與 Xe2 顯示架構則是對於 AI 算力以及顯示效能，對比上一代有爆發式的成長，媒體／顯示引擎則是支援新一代的編碼以及連接埠配置，加上可加強影像品質的 IPU 配置，可說這一代 Lunar Lake 在 Compute tile 上的效能與功能又再度增強。


另外在整體架構框架部分，Yaron Alankry 表示這次整體架構框架的設計目的就是整合這些引擎到一個更具備能源效率的系統裡，

將 P-Core、E-Core、GPU、NPU、媒體引擎、IPU、記憶體控制器、加密引擎都封裝在同一個 Die 裏面，並且用新的網路連接設計，降低處理功耗與延遲。


另外在 Compute Tile 裡面這次也封裝了一個 8 MB 的 Memory Side Cache，提供給整體 Compute tile 裡的元件快速存取資料，減少與 DDR 記憶體溝通造成的電耗，並且增加效能。


至於在這次作為主要運算核心的 E-Core 叢集部分，跟先前 Meteor Lake 的 LP E-Core 相比，不僅核心數量加倍，另在 L2 快取的容量也加倍，以應對高時脈的應用需求，而 E-Core 也提高了 IPC 效能，在降低功耗的同時提高效能表現，並且透過獨立的電源控制設計提供更有能源效率的配置。（關於 E-Core Skymont 的部分 Intel 還有特別開一堂課來講，陳拔之後也會分享更詳細的內容。）


既然提到的電源控制，這次 Lunar Lake 的電源管理機制也全面翻新，透過外部的四組電源控制 IC 提供處理器的電源管理。


提供包括更多軌電源配置、動態電壓 ID 等設計，除了 E-Core、P-Core 外，包括 GPU、NPU、記憶體等都可以獨立調整電壓。


電源管理部分也大幅改變，除了電源管理設計外還搭配 Intel Thread Director，即時監控和分析效能資料，將合適的應用程式執行緒順暢地放置在合適的核心，並最佳化每瓦效能，而 Lunar Lake 這次在 Intel Thread Director 的運算策略上也有所不同（改為以 E-Core 為優先的分配設計，這又是另一堂課了....），另外在睡眠時的能耗以及延遲部分也有所改進，並且透過機器學習為基礎的篩選與頻率控制達到更有效率的電源管理。


整體來說跟前一代 Meteor Lake 相比，Lunar Lake 在能源效率部分省電了 40%。


接著講 Lunar Lake SoC 裡的另一區塊：Controller Tile，主要整合了連接通道以及安全設計的部分。


在 Controller Tile 部分主要可以分為安全、無線／有線網路連接以及有線連接三大部分。安全部分整合了 Intel 夥伴安全引擎，而 Intel 晶片安全引擎則是應對晶片級的安全威脅，而第三個則是爭對整體平台包括資料或是電源管理層面進行保護。（點擊可看大圖）

在網路連接部分，Lunar Lake 這次直接在 Controller Tile 裡內建了 WiFi 7 無線網路（需要另外連接 CRF 類比模組來發送／接收訊號）、藍牙 5.4 以及 1 GbE 的無線網路，透過內建的方式同樣減少了主機板上的元件需求。

至於在周邊連接部分，Lunar 提供了 4 條 PCIe Gen 5 通道、4 條 PCIe Gen 4 通道（應該可接兩組 SSD）， 3 組 Thunderbolt 4 連接埠（Thunderbolt 5 需要透過外接介面卡）以及 2 組 USB 3.0、 6 組 USB 2.0 連接埠配置。


總結 Contoller Tile 的設計。


而 Lunar Lake 處理器也具備了可擴展的彈性以應對未來的需求，可說是 Intel 新一代筆電處理器的基礎架構。


總結來看 Lunar Lake 處理器的主要特色（點擊可看大圖）。跟 Meteor Lake 相比又大幅度的翻新，並且在 AI 處理效能、顯示效能、周邊連接以及安全設計上又推出了更多更新，可說是 Intel 再度擠爆牙膏的作品，但對於筆電廠來說，再度的大型架構修改代表著包括硬體機構、電源管理、散熱設計上又要重新修正，雖然 Intel 自家也有推出設計參考樣本，但是新的 Thread Director 邏輯以及電源管理設計，對於 BIOS 配置又會是相當大的挑戰，加上還有微軟 Windows OS 部分的支援程度考量，是否真的能如 Intel 在簡報上所說的那樣厲害，可能還是要等到第三季有比較多款實機推出上市後才見分曉。


Intel 在這次 ITT 2024 會場展出的 Lunar Lake 參考筆電設計。

從側面角度來看機體薄的程度。


參考設計的主板佈局，可以看到中央的 Lunar Lake 處理器，另外插槽部分只有處理器下方的 M.2 SSD 插槽，記憶體部分則是因為整合到處理器內了，所以也不需要在主板上留下位置或插槽安裝，另外同樣的也沒有網路卡的安裝位置，只有在左下角有個 CRF 類比訊號發射／接收模組（銀色部分）。

而 Intel 這次除了主要的 Keynote 外，也安排了包括 P-Core、E-Core、Xe2 顯示核心、NPU，電源管理設計等詳細解說，可說是滿滿的兩天課程（中間只有 10 分鐘休息，感覺回到學生時代的考前衝刺班），更多的詳細內容陳拔會在 Computex 的密集採訪行程後陸續補上囉。