今天Intel正式发布了13代酷睿(Raptor Lake)——主要是面向台式机的S系列(Raptor Lake-S)。Raptor Lake仍然是两种不同核心的异构设计,P-core(性能核)名为Raptor Cove,E-core(效率核)则仍然沿用了上一代的Gracemont。具体到产品上,核心数、频率都有增加。Intel官方给的数据是Raptor Lake-S单线程性能提升15%,多线程提升41%。

PC处理器领域的硝烟近几个月又愈发浓烈了,一个月前AMD发布Zen 4新架构的Ryzen 7000系列处理器,宣布13% IPC提升、降低62%功耗。可见这两年电脑CPU的内卷真是相当严重。

这两天媒体也陆续放出了Zen 4新处理器的评测,和12代酷睿真是有你追我赶的态势。更早年Intel默秒全时代不再,前两年AMD多线程性能遥遥领先的局面也已经彻底结束。这种竞争白热化的气氛就显得愈发浓烈。

今天Intel正式发布了13代酷睿(Raptor Lake)——主要是面向台式机的S系列(Raptor Lake-S)。Raptor Lake仍然是两种不同核心的异构设计,P-core(性能核)名为Raptor Cove,E-core(效率核)则仍然沿用了上一代的Gracemont。具体到产品上,核心数、频率都有增加。Intel官方给的数据是Raptor Lake-S单线程性能提升15%,多线程提升41%。

其实单纯从性能来看,隔壁Ryzen 7000系列架构迭代、换5nm工艺、频率大幅提升,但单线程性能仍然没能越过12代酷睿;13代酷睿提个频、加个核心就会非常有效。前不久Tech Tour上,Intel就说13代酷睿台式机CPU某些产品能够达到6GHz的频率,液氮超频有机会上8GHz。虽然这次首发的Raptor Lake-S系列官方设定睿频值没到6GHz,但也差不多了。

最高24核+5.8GHz,性能提升多少?

13代酷睿的产品仍然切分成了面向台式机的S系列,和面向移动端的U、P、H、HX系列(如上图)——和12代酷睿一样。从Intel提供的图示来看,HX系列、H/P系列、U系列三个产品也会是基于不同的die或封装;HX系列的处理器封装内部也不包含PCH芯片组;U系列的die也显著得更小。

面向台式机的S系列有35W、65W、125W不同TDP选择,这次Intel发布的是125W TDP的版本:更多地面向对游戏玩家、设计师、极客用户、PC爱好者、多媒体内容创作者,以及各种对台式机性能有需求的群体。

Intel所说15%单线程性能提升和41%多线程性能提升,是最高配的酷睿i9-13900K相比于前一代的酷睿i9-12900K(基于SPECint_rate_base2017)。从高抽象层级来看,i9-13900K的P-core睿频提升到了5.8GHz,而E-core的核心数量则翻了一番。于是i9-13900K的核心数总共就有24个,线程数32个。

上代i9-12900K的单核最高睿频为5.2GHz——那么i9-13900K在频率上实则就提高了大约12%,则单纯微架构层面带来的性能提升幅度估计并不大。实际上也不光是核心频率提了,P-core和E-core的cache容量都有增大,ringbus提频,内存支持更高频率等等因素综合带来了性能提升。

至于多线程性能,E-core数量本身就翻番了,综合E-core L2 cache扩容、睿频也有提升(3.9GHz→4.3GHz,不过基频似乎是降了一点),以及P-core性能提升,多线程性能41%的增幅也在情理之中。

Intel方面给出两者性能提升构成占比情况符合预期:单线程性能提升大半由提频带来,其余的主要是内存新规格、cache扩容和改进带来;多线程性能则大部分来自提频和线程数增多。说明Raptor Lake在核心架构层面的改动很小。

基于已经公开的测试成绩,单线程性能15%提升、多线程性能41%提升:则i9-13900K在单线程性能上要干过隔壁的Ryzen R9 7950X应该不成问题;多线程的理论性能则预计是基本持平,略有小胜。

台式机Raptor Lake-S处理器概况与上市信息

除了最高配的i9-13900K,Raptor Lake-S系列首波产品的主要配置表如下图所示:

根据i9、i7、i5的定位差异,P-core与E-core在睿频、基频,以及配套的L2、L3 cache大小上均存在差异。不过这次即便是i5-13600K,P-core睿频也达到了5.1GHz。

而且总的L2 cache容量的确有了个大幅增长,各型号L2 cache容量都达到了上一代的2倍以上。这一点应该能够有效缓解酷睿处理器访存功耗高于竞品的问题(尤其12代酷睿E-core的访存功耗开销还挺高)。

核心搭配方式上,三条产品线分别是8P+16E,8P+8E,以及6P+8E。去年12代酷睿的i7和i9选配的E-core都只有4个。所以这代i5、i7的多线程性能应该都会再上一个台阶。酷睿i5和i7大约又会成为很不错的性价比之选。

核显方面,后缀为K的系列选配UHD Graphics 770,和去年应该没什么变化,都是32EU的配置;另外CPU部分的PCIe通道数支持为16 x PCIe Gen 5 + 4 x PCIe Gen 4;内存方面新增了对于DDR5 5600、5200的支持——而且对于注重性价比的用户而言,继续向下兼容DDR4。

不过相应的最高睿频功耗——也就是我们常说的PL2也对应的提高了,去年12代酷睿i9、i7、i5的这个值分别是241W、190W、150W。

I/O方面对于雷电4之类的支持就不再多谈了。到产品、系统层面相关的自然还有新发布的700系列芯片组——今年的13代酷睿处理器也适用于600系列芯片组平台,也就是说上代主板可以继续用。700系列芯片组开始支持最多20条PCIe Gen 4通道,比上代增加8条。总共28条通道,也就有更多I/O设计余量。700系列芯片组与处理器之间是DMI Gen 4.0连接,跟上代应该是类似的。

K系列(型号尾缀为K的)处理器和Z790芯片组将于10月20日开始发售,包括盒装处理器、主板和台式机系统。

国内价格尚未公布,国外已公开的处理器零售指导价:

i9-13900K,589美元(约合人民币4255元);
i9-13900KF,564美元(约合人民币4075元);
i7-13700K,409美元(约合人民币2955元);
i7-13700KF,384美元(约合人民币2775元);
i5-13600K,319美元(约合人民币2305元);
i5-13600KF,294美元(约合人民币2125元)。

架构和工艺的一些变化

制造工艺方面,Raptor Lake仍然沿用了Intel 7工艺。不过据Intel所说,这次的Intel 7工艺经过了改良,具体变化不明。最近Intel似乎搞了个声势浩大的以色列工厂Fab 28参观活动,期间有介绍说从性能维度看新版Intel 7甚至可以将其称作Intel 6,其中应该有一定程度的工艺更新。

具体数据是在5.2GHz同频率下,核心电压能缩减>50mV;同电压下相比12代的Intel 7高出200MHz频率,达到5.2GHz;所以睿频频率能再多600MHz。进阶版的Intel 7应该也是睿频能够更进一步的原因;也是官超就有机会到6GHz,液氮散热则可达8GHz(DDR5速度10000MT/s)非常重要的一部分原因。

Intel在发布会上对于Raptor Lake处理器微架构层面谈的信息很少,一方面是E-core核心层面基本没有变化,P-core虽然改称Raptor Cove,但仅核心部分估计和上一代Golden Cove的差别也不大。

明面上的变化前文已经谈到,包括核心频率提高,以及比较重要的L2增大。尤其Raptor Cove(P-core)大幅提升了L2 cache,新的Raptor Cove核心每个都有2MB L2 cache。Intel方面提到,L2 cache也更智能化。“采用新的动态预读取方法,利用机器学习进行实时数据遥测,实现更精准的预抓取。”

据说受益于缓存的改进,Adobe的Photoshop、Premiere Pro、After Effects在真实应用场景下据此获得的性能收益有4%,“在某些测试中,缓存部分可以带来16%的性能提升。”

E-core除了睿频提升,在各产品线上的核心数量显著增多,最高是16核。与此同时E-core的L2 cache容量也翻番了,4个E-core为一组的L2 cache大小现在是4MB。也是“深度优化的预取器算法”,性能提升7%。基于cache的改良,IPC在某些负载下应该也会有小幅提升。

互联方面内部总线在睿频时的频率也可以达到5GHz。加上DDR5更高通信频率的加持,Intel表示这对游戏这类应用的帮助很大,“仅内存层面,就会带来5%的性能提升”。

还有L3方面的改进,似乎除了容量增大之外,PPT上标了全新动态的包含(inclusive)和非包含式(non-inclusive)LLC。我们知道对于多级cache系统而言,根据某一级cache内的数据是否存在于其他cache中,会有不同的设计方法。如果高层级cache单元中的内容也需存在于低层级cache中,则更低层级的cache被称为相对高层级cache是inclusive的。

Non-inclusive的cache则减少了这类限制,不会强制更高层级的cache需要inclusive。但进行数据块访问的时候,它仍然被分配到所有cache层级。只是如果数据从某级cache中迁出,则并不会造成更高层级cache的无效化。另外还有一种exclusive,是指一份数据块存在于某级cache中,不能存在于更高层级cache。

据说Intel的INI设计是一种动态方案,LLC的inclusive模式对单线程性能有帮助,而non-inclusive对多线程性能有优化效果。“我们通过机器学习对数据进行遥测,Raptor Lake可以通过动态策略设定智能缓存模式,按照各种应用场景设定适合的inclusive和non-inclusive模式。”

能耗方面,可能大部分人还是会更关注低功耗下的性能发挥情况,或者闲时待机功耗之类的数据。不过那更多是移动平台产品层面的问题了。另外至少就当下的制造工艺,Intel 7应该还是很难和台积电N5在低功耗段的能效去做比。

这次有关每瓦性能,Intel给出的数据是,在241W功耗下(i9-12900K的最高睿频功耗)i9-13900K性能提高37%。比较惊艳的是,达到相同性能实则只需要65W的功耗(25%的功耗)——性能释放比较好的笔记本都能有这个水平,那今年的13代酷睿笔记本应该还是可以好好期待一下的。

基于功耗增加接近于频率提升三次方的特性,其实到253W这个PL2值之下相较241W的性能提升已经很有限。不知道若真正超频到8GHz,能够带来多大的性能收益。

实际性能提升水平

照例,Intel也给出了第一方实测性能数据,主要在游戏和内容创作方面。综合来看,Intel表示13代酷睿游戏性能最高提升24%,内容创作工作流性能最高提升34%。游戏方面的第一方测试数据如下图:

这项测试选配的GPU是GeForce RTX 3090,将酷睿i9-13900K与i9-12900K进行比较。超过一半的游戏有5%以上的性能提升。表现最好的是《英雄联盟》,代间性能提升幅度达到了24%。

另外就是要跟隔壁AMD去比。Intel表示因为在测试的时候,AMD的Ryzen 7000系列产品还没开售,所以只能去比基于Zen 3的Ryzen 5000系列了。下面这组对比还是挺有意思:

第一组对比的,除了自家上代的酷睿i9-12900K,以及AMD的旗舰Ryzen 9 5950X,另外还特别拉来了Ryzen 7 5800X3D——最后这颗芯片是基于先进封装堆叠3D V-cache,把L3 cache堆到了96MB的一颗处理器,我们之前还特别撰文提到过这么大的L3 cache对游戏应用会产生巨大的收益。

极客湾最近发布的Ryzen 7000新品评测也证实了Ryzen 7 5800X3D非同一般的游戏性能——在大部分游戏测试中,比新发布的Ryzen 7000系还彪悍。Intel拉来这颗芯片做比还是相当厚道的。

相比5950X的游戏性能优势其实没什么好说的,12代酷睿本来就有一定的领先优势;酷睿i9-13900K相比Ryzen 7 5800X3D算是互有胜负,但不少项目中13代酷睿还是有显著优势的。

Intel测试的这些游戏都选择了1080p分辨率——这对5800X3D会有显著加成。实则随游戏分辨率提升,增大L3 cache的优势就会逐渐不复存在。

另外在游戏测试中,除了测试平均帧率,Intel这次还特别比了最低1%帧率数据——这也是现在的测试机构和媒体会去对比的一个维度,因为游戏过程中出现的低帧率是真正影响到了游戏体验的。大概是从这个维度来比,13代酷睿的优势更大,所以Intel也做了呈现。

内容创作方面,与上代酷睿和竞品的比较则如上图所示,包括Adobe的主流图片、视频处理工具,以及AutoCAD等。

最后值得一提的是异构核心调度的优化。Intel表示Raptor Lake在ITD(Intel Thread Director)上也做了优化。“我们更新了线程类别边界,可以更好地理解前端应用使用情况及后端程序运行情况。”

“在Alder Lake时期,我们就根据线程的性能需求以及轻重缓急有规范的线程界定。针对Raptor Lake,则对线程边界做了更详细的划分。另外我们在硬件线程调度策略上,采用机器学习/人工智能,就可以让线程调度做更精准的分配。”

当前正在推的Windows 11 22H2更新似乎也在调度上有了更进一步的优化。Intel还透露说移动端13代酷睿会有“全新的核心休眠技术”,听起来对笔记本的续航会带来很大帮助——那还是相当令人期待,毕竟现在这可是Intel的短板。

有关异构核心调度的问题,Intel这次也举了一些例子。比如在《全面战争:战锤3》游戏中,Intel与开发者合作做异构的“混合负载优化”,据说体现在游戏中“被击中后的物理变化上,或自然灾害、风力系统”等;另外还有10月底要上市的《使命召唤:现代战争2》对P-core、E-core的异构做了特别的优化;这方面Intel还跟Oxide进行了合作,“在Nitrous引擎技术上有很高的配合度”。

内容创作方面,为了强调异构核心的价值,Intel举的例子是在做游戏开发的时候,Blender与UE引擎两者同时使用,在前后台切换间,不同线程于P-core与E-core的迁移,达成了工作效率的提升。

似乎在Intel推广CPU的异构核心开始,就在积极对外宣传E-core+P-core的价值。每到发布会都不忘谈线程调度优化,生态上如何与合作伙伴一起协同,以及到具体应用场景中这种异构架构如何发挥作用。

前不久的高盛会议上,AMD才刚刚表达过“没必要单独做个能效核”,即便传言中AMD自己也在搞大小核,而且刚刚更新的Ryzen 7000的CPU虽然核心一样,但频率是分组的。在异构核心的思路上,Intel、AMD、苹果和高通等市场参与者都有自己不同的想法,这个技术方向的未来发展方向,可能还会有一些变数。

按照历史传统,12代酷睿作为架构层面大幅迭代的处理器,13代酷睿应该是小修小补的一代。不过13代酷睿面向台式机的S系列仍然做到了15%的单线程和41%的多线程性能提升,达成上代性能还只需要1/4的功耗。虽说CPU核心架构层面没什么大变动,但cache系统有了升级,制造工艺也有小改。性能升级幅度还是能看出当今PC处理器市场竞争的惨烈的。

至少从Intel给出13代酷睿面向台式机S系列的数据来看,AMD那边两年磨一剑的Zen 4应当还是要感受到巨大压力的;更何况明年还会有战争升级的14代酷Meteor Lake。不过笔记本处理器市场的性能与能耗表现是更能见真章的部分,我们也很期待看到后续13代酷睿HX系列、H系列、P系列、U系列的发布。

未来,我们也将对13代酷睿处理器做评测。

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