在英特爾Meteor Lake架構淺析中，我們已經大致瞭解了CPU的整體佈局，其中變化最大部分是UnCore中的SOC模塊構成了Meteor Lake四個重要模塊中的變化最大的部分。在Intel Tech Day 2023中，Meteor Lake SOC部分也被獨立出來做單獨解析。如果你只是對Meteor Lake希望有大致的瞭解，不妨移步筆者同時發佈的《英特爾Meteor Lake架構淺析：一場分離式模塊與3D封裝的勝利》分析文章進行了解，如果想要在此基礎上深挖一步，這篇文章興許可以幫到你。
再見，Ring
在佈局Meteor Lake SOC模塊時，英特爾基於性能和功耗提出了四個主要設計原則，分別是：
1、對密集型計算IP進行重新劃分，在不影響性能的前提下提升能效比；
2、對I/O進行擴展，爲所有IP提供對應系統內存所需要的足夠帶寬；
3、爲SOC引入一個低功耗LP E-Core；
4、重組電源管理算法。
在Meteor Lake之前，英特爾所有芯片設計、媒體編碼器位置都跟圖形IP捆綁，圖形IP則跟CPU計算核心捆綁，進而形成Core complex的構建模式。這意味着所有IP都必須經過Ring總線實現對稱佈局，才能實現效率最大化。
但Ring總線承包所有IP數據傳輸，就意味着無論調用哪個IP，都需要激活所有IP，包括Ring總線，Core complex、圖形和邏輯單元，從能耗的角度而言是非常大的浪費。
因此Meteor Lake首次將媒體部分和圖形拆分，從Ring結構中移除，放進單獨的SOC Tile中，不僅便於生產，有更好的經濟性，在實際使用的過程中也更爲省電。這時候如果執行不同的任務，只需要調用對應的模塊就可以了，其他部分可以不參與工作。
舉個最實際的例子，如果只用來播放視頻，那麼實際上只有顯示模塊和媒體編解碼模塊工作，其他IP處在關閉的狀態，進而實現類似於MacBook用視頻做續航宣傳的效果。
SOC模塊的重新佈局，同時也可以帶來帶寬的高效分配。以往的Ring總線方式在高載荷下會出現帶寬瓶頸，進而造成數據阻塞。這時候就要給IP設定優先級，指定不同的策略應對各種可能出現的應用場景。
但Meteor Lake使用了全新的SOC帶寬擴展方式，使得所有IP的帶寬分配是實時匹配的，消除了IP與IP之間，IP與Ring總線之間，IP與I/O之間的溝通瓶頸。不僅如此，英特爾還添加了一個I/O的緩存模塊來管理I/O量和地址轉換，確保執行次序可以被更好的進行。
但需要注意的是，IP的操作仍然需要計算單元的控制和協調，如果爲了流媒體播放而啓動Core部分的P-Core和E-Core，那就有本末倒置了。爲此，英特爾特意在SOC Tile中引入了一個超低能耗的效能核，稱爲LP E-Core。
LP E-Core能耗非常低，雖然工作頻率低於E-Core，但應對流媒體播放已經完全夠用。
不僅如此，英特爾還對Meteor Lake的UnCore部分的電源管理進行了重新設計，不同的Tile會有各自的電源管理單元，並由一個主電源管理單元控制，進而實現實時可擴展的電源管理架構，爲將來芯片設計電源管理奠定良好的基礎。
合理運用每一個核心
Meteor Lake的第一個改變，就是利用Foveros封裝技術縮短這4個Tile的距離，使其獲得更高的內部帶寬。同時SOC內部的IP由NOC總線進行連接。NOC總線特性是高帶寬、快響應，並允許掛靠在上面的所有IP快速、低功耗的訪問整個內存，包括Foveros封裝連接的計算Tile和圖形 Tile，也包括內部的E-Core、內存控制器、多媒體IP、NPU、IPU等等。
可以看到SOC Tile內部還擁有一個IO fabric總線用於連接I/O Tile，以及SOC內部的音頻、有線與無線連接網絡等IP，其中還包括2個安全模塊，分別是新增加的芯片級SSE，另外一個是用於提升可靠性的CSME。
可以看到，SOC Tile在收納各種IP的同時，實際上也承擔了一定程度基板的功能，實現了與計算Tile，圖形 Tile，IO Tile三個模塊的高速連接，由於彼此並非完全的堆疊關係，所以英特爾將其成爲2.5D和3D封裝的融合設計。
SOC Tile如何提升效能？
在技術分享會中，英特爾多次強調了Meteor Lake以及SOC Tile高效能、低功耗的特性，那麼他們是如何做到的呢？重點便在於每個Tile上都有專屬的電源管理模塊，並且相互之間都互相協同電源管理工作，包括上層炒作系統、軟件協同，從而實現系統級別的完整電源管理。
與此同時，Meteor Lake引入低功耗島（Low Power Island）的設計，它的特點是適用於輕型工作負載，調配計算Tile按需開啓，並集成低功耗人工智能引擎，以及IP的調配和擴展。如果工作負載需求不高，低功耗島就可以解決日常的工作問題，包括PC的睡眠、超低功耗模式等等，只有在負載提升之後，低功耗島纔會進一步調用其他IP和Tile，全速運行。
爲了實現這個設計，英特爾在硬件和軟件上都做了相關的能耗優化，包括DLVRs，電壓控制，內部總線動態調節，針對不同工作負載釋放性能等等。
三階混合架構計算
由於SOC Tile中包含了額外的LP E-Core，在實際計算中，包含了三階混合計算模式，即計算Tile中的P-Core和E-Core，以及SOC Tile中的LP E-Core，他們在能耗和性能上都會有不同的分配方式。
比如在運行較輕負載的時候，實際上可以讓LP E-Core執行，在確保系統性能和響應速度的同時，維持低功耗，只有工作負載超出LP E-Core的範圍，纔會將其分配給計算Tile中的E-Core和P-Core。
重點在於不同任務負載是如何在不同核心之間進行切換的，這裏就需要引入英特爾硬件線程調度器（Intel Thread Director，ITD）了。這裏的ITD介於CPU硬件和Windows系統的中間層，用來反饋P-Core、E-Core和LP E-Core的實時運算能力，爲系統調配提供一個推薦。
在這個過程中，以英特爾會對P-Core、E-Core和LP E-Core的每個時鐘可以執行多少指令能力進行分類，即我們常說的IPC。在下圖中可以看到英特爾將指令執行分成Class 3，Class 0，Class 1，Class 2上。
在每個時鐘內：
Class 0表示P-Core與E-Core執行指令數量基本一致；
Class 1表示P-Core執行指令大於E-Core；
Class 2表示P-Core執行指令遠大於E-Core；
Class 3表示E-Core執行指令大於P-Core。
根據圖片右側的反饋表格展示，每一縱列的EE代表能效表現分數，Perf代表性能表現分數，當分數最高，就代表英特爾硬件線程調度器IDT對系統進行的推薦，系統則可以通過EE分數和Perf分數在效能和效率之間進行抉擇。
重點在於，這個推薦是實時更新的，因此係統也擁有自己的主動選擇權，從而挖掘效能和場景應用中的更多可能性。
Meteor Lake上的ITD的改變就是額外考慮了LP E-Core的可能性。例如系統同時分配了4個線程工作，在P-Core負責完2個高載荷線程之後，另外2個低載荷線程會進而分配給E-Core，如果2個低載荷線程會長時間持續運行，則會被ITD建議進一步分配到LP E-Core中。
同樣，這樣的運行方式是可逆的。即使LP E-Core中如果正在運行2個低載荷程序，但很快獲得了高性能進程需求，那麼原本LP E-Core中的線程也會交還給E-Core乃至P-Core運行，Meteor Lake ITD在不同場景下展現出了核心調配的靈活性。
不僅如此，隨着NPU引入Meteor Lake，AI性能得到進一步加強，但不意味着Meteor Lake中只有NPU處理AI應用。事實上，圖形、CPU也會承當對應的AI性能加速，因此英特爾硬件線程調度器ITD在其中也要考慮到AI引擎特性和分配方式，從而幫助AI獲得更高效的運行表現。
基本上而言，英特爾硬件線程調度器遵循了高能效，與Windows高度匹配，軟硬件適配等諸多特點。也是Meteor Lake高效率執行的核心砝碼。
圖形與媒體模塊
最後來聊一下圖形GPU與媒體模塊。在Meteor Lake中，包括圖形GPU Tile的Xe LPG Graphics，而前面提到的多媒體引擎Xe Media Engine、Xe Display Engine分配在SOC Tile中，Display PHY顯示信號輸出分配在IO Tile中。
現在Meteor Lake最高能夠支持8K 60FPS 10bit HDR解碼和8K 30FPS 10bit HDR編碼，編碼格式包括VP9、AVC、HEVC和其他傳統格式，也包括最新的AV1編解碼。
SOC Tile中Xe Display Engine則進一步對顯示功耗做了優化，並對顯示全路徑壓縮，以提供最好的輸出方案和功耗控制。就制式而言，Meteor Lake現在能夠支持HDMI 2.1和DisplayPort 2.1以及完成的eDisplayPort 1.4輸出，分辨率最高支持到8K 60FPS HDR，或者外接4個4K 60FPS HDR，再或者更高刷新率的1080p、1440p視頻輸出。
圖形Tile的Xe LPG Graphics在幾個性能關鍵點上都有2倍的性能提升，包括提升了圖形Tile的主頻，使用更低電壓，互聯緩存進行優化。Meteor Lake上的圖形Tile現在擁有8個GPU核心，有128個Vector Engines，可以提供相較之翻倍的幾何圖形渲染管線，以及更高的Pixel和Samplers能力，並增加了8個硬件光線追蹤單元。
從特性上來看，Meteor Lake的Xe LPG Graphics具備了英特爾獨立GPU的一些特性，包括對DirectX 12 Ultimate的優化，光線追蹤性能加強，雙倍率HiZ，異步拷貝等獨立顯卡特性，並增加了亂序採樣功能，進一步增加準確率。
新的核顯光線追蹤能在遊戲、生產力、科學研究擁有不錯的表現，以Blender爲例，可以獲得相對CPU兩倍以上的性能提升。
另一個較大變化則是Meteor Lake帶來了全新的Wi-Fi 7支持，帶來了更高的數據吞吐率和多路併發性能，並且支持藍牙5.4規範，並支持最新的藍牙LE Audio傳輸。英特爾表示已經和微軟展開合作，引入新的音頻編碼規範，並結合到BTLE中，可進一步降低功耗、延遲，並提升音頻品質，並對已經市售的BTLE Audio產品提供很好的支持。
英特爾連接管理軟件ICPS則在Meteor Lake上已經升級到了3.0版本，將進一步在無線設備和有線網絡連接上做進一步提升，英特爾Unison多設備互聯軟件還將支持跨生態系統和跨設備種類，包括Windows、macOS、iOS、iPad OS等多個平臺。
Wi-Fi Sensing則是針對筆記本Wi-Fi和硬件新增的感知技術，用於判斷人員是否靠近，從而做出對應的系統判斷，比如喚醒、降低功耗等等。按照英特爾的說法，Meteor Lake會持續落地超過30項新技術，從傳感器、攝像頭到音頻都會不斷深化體驗。
寫在最後：筆記本升級蓄勢待發
從SOC Tile微架構設計可以明顯感覺到，Meteor Lake對省電和高效能是認真的，負責計算的Core部分如今只佔據整個Die面積不到1/3的面積，Meteor Lake從設計之初就是奔着加強移動PC體驗、延長續航、提升效能比的目標去的，不免讓人對即將到來的筆記本電腦在續航、效能、AI以及圖形上的體驗充滿期待。
相比起增強計算核心，Meteor Lake更注重主流趨勢功能的順暢體驗，也正因爲Meteor Lake與臺式機CPU設計需求不再完全重合，從而催生了14代酷睿與酷睿Ultra產品線並行的局面。無論如何，更好的iGPU圖形性能、以及對日常AI場景的優化，都足以讓酷睿Ultra成爲新一輪筆記本升級的賣點。
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