Несколько недель назад Intel представила два процессора Lakefield, сегодня мы можем оценить производительность, поскольку получили в свое распоряжение первый ноутбук на гибридном дизайне Intel, а именно Galaxy Book S от Samsung. Новых рекордов производительности ожидать не приходится, но все же интересно посмотреть, на что гибридный процессор Intel способен на практике.
Мы уже опубликовали обзор процессора Lakefield. Также мы детально рассмотрели архитектуры Sunny Cove и Tremont. Здесь мы не будем повторяться, но упомянем наиболее важные аспекты, прежде чем перейдем к тестам. Lakefield - гибридный процессор с одним крупным ядром Sunny Cove и четырьмя ядрами Tremont. Поддержка Hyper-Threading заблокирована как на ядре Sunny Cove, так и на четырех Tremont. На Sunny Cove также заблокирована поддержка команд AVX512, чтобы ISA у разных ядер был одинаковый. Процессор содержит встроенную графику Gen11.
Intel использует собственную технологию корпусировки Foveros. Она состоит из базового кристалла с контроллерами USB 3, аудио, SDIO, PCI Express 3.0 и других компонентов ввода/вывода. Выше располагается вычислительный кристалл с пятью ядрами CPU и встроенной графикой. Еще выше - память POP (package-on-package). Весь чип занимает всего 12 x 12 x 1 мм.
Базовый кристалл имеет площадь 92 мм², он состоит из десяти металлических слоев, отличается низким энергопотреблением и дешевизной производства. Используется простая технология Back End of Line (BEOL), когда для всех соединений подложки требуется лишь одна маска. Базовый кристалл, по сути, является активной подложкой. Несмотря на сравнительно крупную площадь (по сравнению с вычислительным кристаллом), он содержит всего 650 млн. транзисторов.
На вычислительном кристалле имеются четыре ядра Tremont, ядро Sunny Cove и графика Gen11 (плюс Gen11.5 Display Engine и Imaging Processing Unit (IPU) 5.5). Вычислительный кристалл расположен над базовым, площадь составляет 82 мм². Число транзисторов составляет чуть более 5 млрд. Вычислительный кристалл производится по техпроцессу 10 nm+. То есть по второму поколению 10-нм техпроцесса Intel, который также используется для процессоров Tiger Lake.
Для вычислительного кристалла Intel использует кольцевой интерконнект. Он соединяет System Agent с пятью ядрами и GPU. У кольца предусмотрены четыре "остановки": ядро Sunny Cove, четыре ядра Tremont, GPU и Uncore.
Из общей площади вычислительного ядра 82 мм² кластер Tremont занимает порядка 5,14 мм², включая 1,5 Мбайт кэша L2. Одно ядро Tremont занимает 0,88 мм². Однако одно ядро Sunny Cove, с другой стороны, "отъедает" на кристалле 4,49 мм² - с 512 кбайт кэша L2. Так что Intel удалось собрать интересную смесь по производительности, энергопотреблению и занимаемой площади. Впрочем, у ядра Sunny Cove в данной реализации есть и недостаток, например, блоки AVX512 присутствуют, но отключены.
Связь между базовым и вычислительным кристаллами выполняется через Foveros Die Interface (FDI). Ячейки FDI I/O располагаются непосредственно под микро-шариками кристалла, чтобы улучшить качество передача сигнала и минимизировать негативные эффекты, подобные ESD. Элементы приема и передачи располагаются только на базовом кристалле. Скорость передачи данных на контакт не такая большая, около 500 MT/s, но интерфейс FDI очень широкий и работает по 200 каналам. Эффективность передачи при этом составляет всего 0,2 пикоджоуля на бит. FDI был разработан с учетом 0,15 пДж/бит, здесь Intel продолжит оптимизировать грядущие продукты. Для сравнения: TSMC CoWoS работает с эффективностью 0,56 пДж/бит, а AMD Infinity Fabric - 2 пДж/бит (меньше - лучше).
Над базовым и вычислительным кристаллом располагаются два или четыре стека памяти LPDDR4, они подключены к вычислительному кристаллу через TSV. Данные стеки называются PoP (Package over Package).
Сравнение двух процессоров Lakefield
Пока представлены только две модели Core i5-L16G7 и Core i3-L13G4 на дизайне Lakefield. Оба процессора имеют пять ядер (1x Sunny Cove и 4x Tremont). Кэш составляет 4 Мбайт у обоих CPU, TDP - 7 Вт. В режиме бездействия энергопотребление снижено до всего 2,5 мВт. Разница заключается только в тактовых частотах.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).
Мы рекомендуем ознакомиться с нашим руководством по выбору лучшего процессора Intel и AMD на текущий квартал. Оно поможет выбрать оптимальный CPU за свои деньги и не запутаться в ассортименте моделей на рынке.
| Core i5-L16G7 | Core i3-L13G4 | |
| Ядра | 5 | 5 |
| Кэш | 4 MB | 4 MB |
| Базовая частота | 1,4 ГГц | 0,8 ГГц |
| Single Core Boost | 3,0 ГГц | 2,8 ГГц |
| All Core Boost | 1,8 ГГц | 1,3 ГГц |
| TDP | 7 Вт | 7 Вт |
| GPU | 64 EUs | 48 EUs |
| Частота GPU | 500 МГц | 500 МГц |
| Память | 8 GB LPDDR4X-4267 | 8 GB LPDDR4X-4267 |
Базовая частота Core i5-L16G7 - 1,4 ГГц, у Core i3-L13G4 она намного ниже - 0,8 ГГц. Но данные характеристики верны для "старшего" ядра. Turbo на одном ядре составляет 3,0 ГГц у Core i5-L16G7 и 2,8 ГГц у Core i3-L13G4. Конечно, вновь для ядра Sunny Cove. Intel также указывает и All-Core Turbo. Здесь речь идет уже о 1,8 ГГц у Core i5-L16G7 и 1,3 ГГц у Core i3-L13G4.
У двух процессоров Lakefield PL1 и TDP составляют 7 Вт. Планка PL2 поднята на 33% до 9,5 Вт. Режим PL2 может сохраняться 28 с - стандартное значение для процессоров Intel. Здесь Intel не стала выкручивать PL2 и Tau, что вполне объяснимо, учитывая компактные размеры чипа и сложность отведения тепла. У ноутбука Galaxy Book S планка PL1 настроена всего на 5 Вт. Планка PL2 оставлена на 9,5 Вт. Позднее Samsung планирует выпустить прошивку, которая вернет PL1 до уровня 7 Вт, рекомендованного Intel.
По названию модели можно догадаться о степени расширения интегрированной графики. Core i5-L16G7 Gen11 GPU предлагает 64 исполнительных блока (EU) с тактовой частотой до 500 МГц. Core i3-L13G4 оснащен GPU с 48 EU и частотой до 500 МГц. Память LPDDR4X на частоте 4.267 МГц встроена напрямую в корпусировку процессора.
Память встроена в корпусировку в виде PoP, поэтому заменить ее не получится. В случае Samsung Galaxy Book S интегрированы 8 Гбайт. Оба процессора Lakefield в стандартной конфигурации оснащаются 8 Гбайт памяти. Но если клиенты запросят, то Intel может выпустить SKU с 4 Гбайт памяти. Но на данный момент Intel рассматривает в качестве клиентов только Samsung и Lenovo, которым нужны 8 Гбайт.
Перед тем, как мы рассмотрим результаты тестов, позвольте упомянуть конфигурации, которые мы используем для сравнения. Мы взяли несколько настольных процессоров, которые тестируются по нашей стандартной методике CPU на обычной тестовой конфигурации.
Кроме того, мы выбрали несколько мобильных процессоров с установленными планками PL1:
- Intel Core i7-10710U (45 W)
- Intel Core i7-10710U (25 W)
- Intel Core i7-1065G7 (25 W)
- Intel Core i5-10210U (15 W)
- Intel Core i7-10875H (45 W)
- Intel Core i7-9750H (45 W)
- MD Ryzen 9 4900HS (35 W)
- Intel Core i5-L16G7 (5 W)
3D-рендеринг и вычисления
Cinebench R20
Однопоточный
Cinebench R20
Многопоточный
Blender
bmw27
Blender
classroom
V-Ray
Benchmark
Corona
Benchmark
Y-Cruncher
500M
DigiCortex
Small 64 Bit
UL 3DMark
TimeSpy Extreme - CPU
Мультимедиа, архиваторы и шифрование
Handbrake
UHD Demo Nature
AIDA64
Задержки памяти
7-Zip
32M - Распаковка/Архивация
7-Zip
32M - Общий результат
VeraCrypt
AES
Компиляция
Для тестов компиляции мы компилировали свежую версию Mozilla Firefox для настольных ПК в 64-битном формате. Здесь важна и одно-, и многопоточная производительность, процессоры с большим числом ядер обычно получают преимущества.
Компиляция
браузер Firefox
Производительность на ватт
Хотя процессор Core i5-L16G7 не показывает чудес по производительности, он работает весьма эффективно с тепловым пакетом 5 Вт. Мы оценили эффективность, разделив результаты Cinebench R20 NT на энергопотребление процессора.
Многопоточная производительность на ватт
Cinebench nT
Действительно, многопоточная производительность на ватт оказалась у процессора Lakefield рекордной. Он обходит все другие процессоры для ноутбуков в несколько раз.
Тесты показывают интересные результаты, на которых мы остановимся чуть позже. Но вопрос заключается в том, как процессор Lakefield работает на самом деле, и как Windows распределяет нагрузку. Intel рассчитывала на то, что запуск приложений и однопоточные сценарии будут выполняться на ядре Sunny Cove. А длительная нагрузка будет распределяться по четырем ядрам Tremont.
Lakefield не поддерживает Hyper-Threading, о чем мы уже писали выше. В результате мы видим только пять ядер.
В большинстве тестов работают все пять ядер, то есть потоки распределяются по всем пяти ядрам. Что верно не только для Cinebench R20, но и для Blender, кодирования видео и компиляции.
Иногда тактовые частоты снижаются до уровня базовой частоты 1,4 ГГц при длительной нагрузке. Все же в ноутбуке Galaxy Book S процессор Lakefield работает без активного охлаждения. Чем более длительной будет нагрузка, тем сильнее будет нагреваться радиатор и корпус ноутбука. Под нагрузкой температуры увеличивались до 80-85 °C, но температурного троттлинга мы не обнаружили.
На самом деле мы не ожидали, что все пять ядер будут работать вместе. Ранее была информация, что при нагрузке рендеринга, например, работают только четыре ядра Tremont. Но почти во всех многопоточных приложениях мы получили совместную работу пяти ядер.
| 1T | nT | |
| 4x Tremont | 2,8 ГГц | 1,4 ГГц |
| 1x Sunny Cove | 3,0 ГГц | 1,8 ГГц |
Под полной нагрузкой четыре ядра Tremont работали на частоте 1.400 МГц, отдельное ядро Sunny Cove - до 1.800 МГц. Тактовые частоты в повседневных сценариях существенно выше. А именно до 2.800 МГц у отдельных ядер Tremont и до 3.000 МГц у ядра Sunny Cove.
Cinebench R20
одно- и многопоточный
Мы можем измерить производительность отдельных ядер, например, изменяя их привязку. В качестве примера мы привязывали ядра Tremont и Sunny Cove к тесту Cinebench R20 по очереди. Одно ядро Sunny Cove примерно на 40% быстрее ядра Tremont. Если пять ядер работают вместе, то производительность не масштабируется 1:5, поскольку тактовые частоты при нагрузках на все ядра ниже, чем при нагрузке на одно ядро.
Задержки
Перейдем к задержкам, которые важны для передачи информации между ядрами и переключения потоков.
В кластере Tremont мы получили уровень выше 50 нс. Если же переключение происходит на ядро Sunny Cove, то задержка составляет порядка 60 нс. Lakefield опирается на кольцевую шину с остановками. Одна из остановок - кластер Tremont, другая - ядро Sunny Cove, которые дополняют остановки сегмента Uncore и встроенного GPU. Поэтому более высокие задержки объяснимы. Для сравнения, Intel показывает от 40 до 45 нс на монолитных кристаллах нынешнего поколения Comet Lake. В случае AMD задержки составляют 30 нс на одном CCD и от 70 до 75 нс при использовании нескольких CCD.
Тесты ввода/вывода
Процессоры Lakefield отличаются высокой интеграцией, поэтому мы протестировали подключение SSD.
Встроенный SSD, скорее всего, припаян непосредственно на PCB. Он подключается через одну линию PCI Express и показывает скорость чтения до 1.333 Мбайт/с. Скорость записи мы получили чуть выше 400 Мбайт/с.
Контроллер Thunderbolt 3 и Wi-Fi 6 тоже интегрирован в Lakefield. Но производитель ноутбука должен добавить соответствующие физические интерфейсы (PHY).
В процессоры Lakefield Intel встраивает графику Gen11, как и в случае CPU Ice Lake. Однако iGPU совместно с ядрами CPU использует бюджет энергопотребления 7 или 5 Вт. Процессор Core i5-L16G7 оснащается встроенным GPU с тем же самым уровнем расширения, что и Core i7-1065G7.
Конечно, на современные игры в высоком разрешении с максимальной детализацией рассчитывать не стоит. Встроенная графика больше подходит для воспроизведения мультимедиа из-за функций аппаратного декодирования. Игры можно запускать лишь условно - старые или казуальные.
Впрочем, даже Valorant в 1080p с низкими настройками детализации шла недостаточно плавно. Процессор Ice Lake с тепловым пакетом 15 или даже 25 Вт показывает результаты намного выше. Но производительность можно назвать приемлемой, учитывая ограниченный тепловой бюджет Lakefield.
Кодирование/декодирование мультимедиа
Мы провели краткий тест декодирования мультимедиа, выбрав воспроизведение потокового видео с YouTube (VP9) и Netflix.
Ролик 4K с YouTube загружает блок обработки видео процессора Lakefield примерно на 60%. При этом нагрузка на процессор практически не повышается. Если сетевое подключение обеспечивает достаточную пропускную способность, то видео в 4К можно смотреть без каких-либо проблем. Встроенный дисплей обеспечивает родное разрешение 1080p, но в данном случае мы оценивали производительность декодирования.
Из-за защиты от копирования скриншот Netflix оказался черным. Но и здесь потоковое вещание 1080p едва нагружало процессор. Так что Lakefield справляется отлично.
Для Intel процессоры Lakefield первого поколения являются пробным шаром. Если технология EMIB уже хорошо отработана в различных решениях, то корпусировка Foveros впервые используется в процессорах Lakefield. Она позволила Intel сочетать 22-нм базовый кристалл с вычислительным кристаллом, который изготавливается по технологии 10 нм.
Но Intel вряд ли выпустит крупные партии обоих процессоров. Samsung предлагает CPU только в составе Galaxy Book S, Lenovo - в модели ThinkPad X1 Fold, которая выйдет ближе к концу года. А Microsoft планирует представить Surface Book Neo в 2021 году. Других анонсов пока нет.
Тесты показывают, что четыре ядра Tremont и одно Sunny Cove не могут конкурировать с современными мобильными CPU. Причина кроется не в микроархитектурах, а в ограничении по тепловому пакету CPU всего 7 Вт, а в случае нашего ноутбука 5 Вт. В результате ядра не могут достичь высокого уровня производительности/тактовых частот по сравнению с более высокими TDP. Наш тест Core i7-1065G7 показывает, что четыре ядра Sunny Cove в мобильном сегменте способны на большее.
Планировщик Windows, который распределяет потоки по отдельным ядрам CPU, хорошо справляется со своей работой, поскольку задачи, где требуется максимальная отзывчивость, выполняются на быстром ядре Sunny Cove. А фоновые приложения и длительные нагрузки переносятся на четыре ядра Tremont. Поэтому система работает так, как и должна. Кроме ограничения по TDP, Intel урезала некоторые наборы команд, чтобы ISA ядер была одинаковой. Кроме того, Hyper-Threading не работает. Все это негативно сказывается на производительности.
Процессоры Lakefield не ориентированы на максимальный уровень производительности, однако они отлично оптимизированы под высокую эффективность работы. И процессор Core i5-L16G7 в тестовом ноутбуке отлично себя показал. Он справлялся с web-браузером, email и офисными приложениями без каких-либо проблем. Видео тоже воспроизводятся плавно и без чрезмерной нагрузки на CPU. Ноутбуки на данных процессорах очень компактные и легкие, при этом время автономной работы составляет около десяти часов. И Galaxy Book S в наших тестах соответствовал данному уровню.
Но по 3D-производительности придется пойти на компромиссы. Здесь сказывается TDP, поскольку 5 Вт на CPU просто недостаточно для пяти вычислительных ядер и графики Gen11. И для запуска игр ноутбуки на процессорах Lakefield подходят плохо.
В любом случае, было весьма интересно ознакомиться с нынешними разработками Intel. Подобные ноутбуки нельзя назвать универсальными, но для определенных сценариев они подходят хорошо.
Foveros и чиплеты в будущем
Как нам кажется, будущее за технологией корпусировки Foveros. Intel планирует представить второе и третье поколение процессоров Lakefield в будущем. Более важно, что гибридный дизайн планируется использовать и в других процессорах. Например, Intel подтвердила его для настольных процессоров Alder Lake-S, которые выйдут в 2021 году.
| 1. Gen Lakefield | 2. Gen Lakefield | 3. Gen Lakefield | |
| Статус | Производится | Разрабатывается | Планируется |
| Вычислительный кристалл | 1274 (10 нм) | 1276 (7 нм) | 1278 (5 нм) |
| Базовый кристалл | P1222 (22 нм) | 1274.FV (10 нм) | 1276.FV (7 нм) |
Впрочем, нам предстоит увидеть, какие именно дизайны будут использоваться Intel. В случае ноутбуков реализация нам кажется правильной, поскольку дизайн ARM LITTLE.big отлично показал себя на мобильных устройствах. Apple тоже будет использовать такой же подход с чипами Apple Silicon.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).
Мы рекомендуем ознакомиться с нашим руководством по выбору лучшего процессора Intel и AMD на текущий квартал. Оно поможет выбрать оптимальный CPU за свои деньги и не запутаться в ассортименте моделей на рынке.