Kaby Lake来袭 英特尔第七代酷睿处理器解析

《电脑爱好者》2016年第19期 2017-03-27 10:48专题 标签:Kaby Lake 酷睿处理器

当你拿到本期杂志社时,第一批搭载英特尔第七代酷睿Kaby Lake处理器的笔记本就已全面上市。作为六代酷睿Skylake的接班人,Kaby Lake能否为我们带来惊喜?下面,就让我一同走进Kaby Lake的世界。

Tick-Tock走进死胡同

关注英特尔每年产品更新的读者肯定对“Tick-Tock”战略无比熟悉。简单来说,Tick-Tock指的是制程→架构交替更新的演进方案(图1)。它直译过来就是时钟“嘀嗒”的意思,每一个嘀嗒代表着两年一次的工艺制程进步。其中,“Tick”代表工艺的提升,而“Tock”则是在维持相同工艺的前提下进行微架构的革新(图2)。

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比如,英特尔在2014年推出的第五代酷睿(Broadwell)就属于Tick年,而2015年上马的第六代酷睿(Skylake)则是Tock年(表1)。如果按照这个定律,本应在今年上市的第七代酷睿(Kaby Lake)也应该回到Tick年的老路上,抢先竞争对手一步用上最新的10nm制程工艺啊?

很遗憾,英特尔在10nm研发和商业化量产的道路上遇到了麻烦,很难按原计划应用在Kaby Lake架构处理器身上。即便这一次不计代价强行让10nm“早产”,未来的接班人7nm也注定陷入难以为继的漩涡之中。没错,受限于物理学本身的障碍,Tick-Tock已经钻进了死胡同。

PAO战略顺位接班

为了顺利推广Kaby Lake,英特尔不得不在Tick-Tock后面强行塞进了一个优化的环节。于是,我们熟悉的Tick-Tock战略也就变成了陌生的“PAO”(Process-Architecture-Optimization),即制程→架构→优化“三步走”(图3)。

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PAO战略不由得让我们联想起红绿灯,也是三种递进的指导策略

在“PAO”战略的指导下,备受期待的10nm制程工艺要等到明年这个时候才能与我们见面,随后它也将经历10nm+这个优化版本(图4),这意味着它的继承人7nm工艺最快也要 2020年才能与我们见面(图5)。与其对应的,则是ARM和台积电的合作布局,其10nm FinFET工艺将会与英特尔同期推出,而7nm FinFET甚至有望在英特尔7nm之前上马。曾一度以领先工艺为傲的英特尔,终于算是感受到竞争的压力了。

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优化体现在了哪里

作为“PAO”三步走中的优化一环,Kaby Lake和前辈Skylake相比都在哪里进行了优化和改进呢?从表面上看,就是Kaby Lake与同档次的Skylake处理器相比频率更高,而更深层次的变化就体现在以下几个方面了。

工艺上的优化

虽然Kaby Lake还是14nm,但英特尔却将其称为了“14nm+”,在原有制程工艺的基础上加强了鳍片和晶体管通道应变,不仅降低了驱动电流,困扰Skylake的漏电和功耗问题在Kaby Lake上也能得到改善。

按照官方说法,在14nm+的帮助下,Kaby Lake可带来12%的工艺性能提升,而这也是新产品大幅提升频率的同时保持功耗不变的关键(图6)。

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瞬间超频的改进

为了平衡功耗和性能,英特尔酷睿处理器都具备动态加速功能,比如我们熟悉的睿频和Speed Shift技术。在Kaby Lake身上,英特尔将Speed Shift提升到了v2版本,将处理器从待机频率切换到全速状态的时间从原来的30毫秒缩短到了10毫秒~15毫秒,进一步增强了睿频的灵活性。

不要小看这个小小的改善哦,比如当我们玩游戏时突然出现了一大批敌人,这个时候就需要处理器瞬间提升频率加以应对,Speed Shift V2能让处理器瞬间加速变得更为顺畅自然,毫不突兀。

视频回放消耗更少资源

虽然Kaby Lake集成的HD620和HD615与Skylake集成的HD520和HD515隶属同宗(都是英特尔第九代核芯显卡家族的GT2,架构没有变化,都是24个执行单元),但Kaby Lake的核芯显卡却对视频回放功能进行了大幅优化,具备了更为强悍的硬件级编码解码能力(图7)。

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简单来说,无论是HEVC Main/Main10,还是谷歌力推的VP9 8-bit/10-bit解码,Kaby Lake都可以100%交给GPU进行硬解码,这就让4K级别的视频的播放和录制变得无比轻松。反观Skylake,碰到HEVC Main10和VP9 8-bit时就必须让CPU和GPU一起工作,不仅CPU占用率高,整体功耗也将居高不下(表2)。

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如果需要用数字量化,那就是在配备66Wh电池的笔记本身上,在其他配置相同的情况下,新一代Kaby Lake笔记本能比Skylake笔记本多看整整两部4K蓝光电影!

针对NVMe SSD优化

很多高端笔记本用户都遇到过这种问题,安装三星950 Pro这种高端NVMe SSD,总无法发挥此类SSD的全部性能。究其原因,则是因为Skylake内部的OPI总线虽然理论支持PCI-E 3.0×4,但英特尔为了追求稳定而将其限制到了PCI-E 2.0×4。而Kaby Lake则升级到了OPI3.0总线,可以完美让NVMe SSD运行在PCI-E 3.0×4模式下(图8),从而可以充分释放高端SSD的性能潜力。

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扩展阅读:除了优化还有退化

为了挽救全球PC销量持续下滑的颓势,英特尔、AMD和微软似乎达成了统一意见,于是就出现了一个让老系统们“很伤心”的条款:无论是英特尔Kaby Lake处理器,还是AMD即将发布的Zen处理器,它们都仅能支持Windows 10系统(图9)。当然,你也可以强制它们运行在Windows XP或Windows 7等操作系统中,只是没有了官方驱动的支持,很多新功能特性都无法正常工作,这是逼着消费者拥抱Windows 10的节奏。

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移动设备先尝鲜

根据惯例,每次英特尔新处理器平台总是移动设备(笔记本、平板二合一等)尝鲜,这一次Kaby Lake首发的也是以Y和U系列为代表的移动处理器。

标签更好理解

考虑到Kaby Lake上市后,它将面临与Skylake和Broadwell“三世同堂”的局面。没错,就是同样的笔记本,你将可能看到具体型号为i5-5200U、i5-6200U和i5-7200U三种酷睿i5处理器!为了减轻混淆,英特尔对Kaby Lake这种第七代酷睿处理器的Logo标签进行了优化,取消了以前的“inside”标识,并直接注明“7th Gen”的字样(图10),也就是告诉所有消费者:看到没,有7th Gen的就是酷睿家族的“七代目”!

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命名出现混乱

虽然Logo标签看起来更醒目了,但英特尔却对Kaby Lake-Y系列处理器的命名增加了辨识上的难度。具体来说,就是七代酷睿M5和酷睿M7,被英特尔归类到了i5和i7的门下,酷睿M家族只保留了最低端的酷睿M3-7Y30(图11)。

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对此英特尔的解释是:如今的酷睿M已经取得了显著的性能提升,搭载它的设备在形态(如传统笔记本形态、平板形态、变形本形态等)上也与搭载15W酷睿i5/i7的设备没啥区别了。问题来了,酷睿M常被塞进那些无风扇的超轻薄平板/笔记本混合设备上(图12),经常因温度过高而出现降频问题,其性能与带风扇的设备相比仍有较大的差距。

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搭载酷睿M的笔记本能将主板做的和手机大小相似

此次英特尔将酷睿M5/M7归类到i5/i7,虽然提升了新酷睿M的“卖相”,但对普通消费者的识别却提升了难度。反正,如果你需要真正的15W TDP酷睿i5或酷睿i7的性能,那就请绕过i7-7Y75和i5-7Y54这两个具体型号吧,它们只是披着i5/i7马甲的酷睿M。

首发“六剑客”

为了留给OEM合作伙伴足够清理库存的空间,Kaby Lake首发型号并没有涉及性能级的H系列,只是Y和U系列各三款。

其中,第七代Y系列酷睿处理器分别为i7-7Y75、i5-7Y54和M3-7Y30,它们分别是第六代Y系列酷睿处理器中M7-6Y75、M5-6Y54和M3-6Y30的替代者。两代Y系列处理器之间的核心/线程数、TDP功耗和高速缓存完全一致,只是在频率上出现了较大的差异(表3)。

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值得一提的是,新一代Y系列酷睿处理器的“cTDP”(允许厂商针对产品特点定制功耗)范围更大,它可以在3.5W~7W之间进行自定义(图13),可谓“能屈能伸”。这意味着,如果厂商对某款产品的散热没有信心,或是想尽可能延长续航时间,将处理器的cTDP降到3.5W即可。如果能给i7-7Y75或i5-7Y54配备一个额外的散热风扇,那就可以将cTDP调到最大的7W让它们火力全开,此时的性能就能进一步接近15W的U系列i5/i7了。

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第七代和第六代U系列酷睿处理器的差异请参考表4,它们在型号名称上的唯一差别就是“-”后面的第一位数字从6改成了7,代表着第七代酷睿。和Y系列相同,两代U系列处理器在参数上的差异也仅仅体现在主频方面。

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性能提升源于频率增益

下面就到了最激动人心的时刻了,那就是第七代酷睿处理器与同档次的上代产品相比,性能能有多少提升?

通过表5可见,第七代酷睿中的i7-7500U性能可谓一骑绝尘,遥遥领先于其他竞争对手。而i5-7200U的性能同样可圈可点,它在全部的测试项目中都超过了六代酷睿中的i7-6500U。要知道,这可是i5和i7的对决!

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其实这个结果也在情理之中。前文我们已经提到了,虽然Kaby Lake七代酷睿的微架构没有变(意味着性能很难提升),但它却通过改进的14nm+工艺,硬是将和六代酷睿中同级别处理器的主频提升了300MHz~400MHz。其中,i5-7200U和i7-7500U的多核睿频加速频率竟然和单核加速的频率一致!最终,让七代酷睿i5-7200U除了高速缓存略逊一筹以外,在其他参数等于甚至超过了(多核睿频加速)六代酷睿i7-6500U,所以它能实现性能反超也就合情合理了(图14)。

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第七代U系列酷睿处理器

至于大家更关心的GPU(核芯显卡)性能方面,笔者可以很负责的告诉你,七代酷睿除了播放4K等高清视频更流畅和省电以外,玩游戏和跑分数据基本和六代酷睿一致。

小结

虽然英特尔将“Tick-Tock”换成了“PAO”,最终让Kaby Lake与计划中的10nm工艺失之交臂,但英特尔还是通过较大幅度的提升主频加以弥补。可见,14nm+工艺并没有想象的那么简单,至少让第七代酷睿处理器在相同功耗的前提下实现了更强的性能,即便这种性能提升仅仅是主频提升带来的增益效果,理所应当。

可惜,英特尔首发的第七代酷睿处理器中不含45W的四核型号,U系列和Y系列新品虽然性能有所提升,但要与NVIDIA GTX级别独立显卡搭配时,CPU性能依旧会成为整机性能的“拖油瓶”。因此,如果你喜欢的是轻薄本或二合一类的超便携设备,在价位相近时自然酷睿“七代目”更值得选。如果你想购入一款游戏本,那就不妨捂好钱包,等着45W“七代目”上市后再做决定。