Willow Cove + Xe-LP

Intel stellt die mobilen Tiger-Lake-Prozessoren vor

Auf dem Architecture Day 2020 stellte Intel die ersten substantiellen technischen Daten der Tiger-Lake-Prozessoren vor. Die 10nm SuperFin Technology spielt als Verbesserung der 10-nm-Fertigung ebenso eine Rolle wie die neuen CPU-Kerne im Willow-Cove-Design und die integrierte Grafikeinheit auf Basis der Xe-LP-Architektur.

Nun hat Intel konkrete Details zu den Prozessoren veröffentlicht, die sich auf die technischen Daten der einzelnen Modelle beziehen. Wir lernen nun also die einzelnen Modelle kennen und Intel gibt einen ersten Einblick in die zu erwartende Leistung der Prozessoren. Hinsichtlich der CPU- und GPU-Rechenleistung dürften die aktuellen Renoir-Prozessoren von AMD dem Chipriesen einige Sorgenfalten auf die Stirn getrieben haben – auch wenn ein schneller Wechsel der Marktanteile im Notebook-Segment eher unwahrscheinlich ist.

Die Willow-Cove-Kerne bauen auf dem Sunny-Cove-Design auf. Gepaart mit den Optimierungen der 10nm SuperFin Technology will Intel wieder einen größeren Sprung bei der CPU-Leistung machen. Hinzu kommt die Xe-LP-Grafikeinheit, aber auch Thunderbolt 4, PCI-Express 4.0 und Wi-Fi 6 sollen dabei helfen, die Plattform aufzufrischen.

Intel will in den Bereichen CPU-Leistung, GPU-Leistung und auch in der bisher eher unwichtigen AI-Leistung einen großen Schritt gemacht haben. Gegenüber einem AMD Ryzen 7 4800U will man um bis zu 28 % schneller sein. Die integrierte Grafikeinheit kommt je nach Benchmark oder Spiel auf bis zu 67 % (oder mehr) mehr FPS. Das Machine Learning spielt für die meisten im Alltag noch keine wichtige Rolle. Hier will Intel mit Tiger Lake jedoch um den Faktor vier schneller sein.

Es kommt wie gesagt immer auf die Anwendungen, den Benchmark oder das Spiel an. Intel führt außerdem Vergleiche in Office, dem Browsing, Fotoanwendungen und für Spiele auf.

Für bestimmte Workflows, bei denen mehrere Arbeitsschritte aufeinander folgen und sich die Geschwindigkeitsvorteile somit addieren, spricht Intel sogar von einem um den Faktor zwei schnelleren Ablauf – zum Beispiel in der Videobearbeitung.

Die neuen Modelle

Die 11. Generation der Core-Prozessoren bietet bis zu vier Willow-Cove-Kerne, die bis zu acht Threads verarbeiten können. Der Takt der Prozessoren reicht auf bis zu 4,8 GHz. Man muss hier allerdings zwischen dem UP4-Package für 7 bis 15 W und dem UP3-Package für 12 bis 28 W unterscheiden. Der Basis-Takt liegt bei Spitzenmodell bei 3,0 GHz. Für die kleineren Modelle gehen Basis- und Boost-Takt auf 2,0, bzw. 3,7 GHz zurück.

Bei den UP4-Modellen geht der Basis-Takt auf 1,2, bzw. 1,1 GHz zurück. Der Boost-Takt erreicht dann jedoch nur noch 3,0 bis 3,9 GHz. Innerhalb der einzelnen Serie beläuft sich der Ausbau der integrierten Grafikeinheit auf zwischen 96 und 48 EUs. Dies gilt für die UP4- und UP3-Variante. Der Takt der integrierten Grafikeinheit liegt bei 1,1 bis 1,35 GHz.

Ein neuer Converged Chassis Fabric verbindet als Ring-Interconnect die verschiedenen Komponenten des Chips miteinander. Intel spricht von einer um den Faktor zwei höheren Bandbreite des koherenten Fabric und einer Speicherbandbreite von bis zu 86 GB/s. Von der hohen Speicherbandbreite soll außerdem die integrierte Grafikeinheit profitieren. 

Der Speichercontroller unterstützt DDR4-3200 mit einer Gesamtkapazität von bis zu 64 GB und LPDDR4 mit bis zu 32 GB. Je nach Modell wird nur LPDDR4x-3733 unterstützt und DDR4-3200 bleibt dem UP3-Package vorbehalten. Der Speichercontroller unterstützt auch DDR5-5400. Der Thunderbolt-4-Controller ist wie beim Vorgänger der Thunderbolt-3-Schnittstelle in die CPU integriert.

Als erste Mobil-Prozessoren unterstützen die Tiger-Lake-Prozessoren PCI-Express 4.0. AMD hat darauf bei Renoir aus Gründen des Stromverbrauchs verzichtet. Bezeichnenderweise setzt Intel PCI-Express 4.0 zunächst in der mobilen Plattform um, während das Server- und Desktop-Segment noch bis Ende 2020, bzw. Anfang 2021 warten muss.

Die Iris-Xe-Grafikeinheit basiert auf der Xe-LP-Architektur. Die daran angekoppelte Media Engine unterstützt 4K60 10b 4:4:4 und 8K30 10b 4:2:0. Die Display Engine kann 1x 8K60 oder 4x 4K60 ausgeben. Die Ausgabe erfolgt per DisplayPort 1.4.

Der dazugehörige Chipsatz liefert das schnelle WiFi 6, die integrierte Spannungsregelung für die CPU und den Chipsatz selbst, Audio SDP und weitere I/O-Optionen wie 4x USB3, 12x PCI-Express 3.0, 2x SATA und vieles mehr.

Auf Seiten der Effizienz werden die Verbesserungen über ein optimiertes Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) des kohärenten Caches realisiert. Für die Haswell-Generation führte Intel modellübergreifend den Fully Integrated Voltage Regulator (FIVR) ein. Bei den Desktop-Modellen der Skylake- und Kaby-Lake-Prozessoren wurde dieser wieder gestrichen. Die Ice-Lake-Prozessoren verfügen wieder über einen FIVR und dies wird auch für Tiger Lake der Fall sein – das Power Management wurde aber verbessert.

Xe-LP-Benchmarks

Neben der Leistung der vier Kerne legt Intel einen Fokus auf die Leistung der integrierten Grafikeinheit. Bis zu 96 Execution Units (EUs) sind in der größten Ausbaustufe vorhanden. Diese erreichen einen Takt von bis zu 1,35 GHz. An den EUs selbst sind die Änderungen gar nicht so groß, aber es sind einfach 50 % mehr Funktionseinheiten gegenüber dem Vorgänger. Hinzu kommen Verbesserungen wie ein L1 Data Cache sowie bis zu 3,8 MB an L3-Cache.

Die Anbindung zum Speicher wurde ebenfalls verbessert und erreicht eine doppelt so hohe Datenrate im Vergleich zum Vorgänger.

Dies führt am Ende dazu, dass Intel sich in diesem Segment nun vor AMD und NVIDIA sieht. Ein Ryzen 7 4800U soll ebenso geschlagen werden, wie eine GeForce MX350.

10nm SuperFin Technology ist der Schlüssel

Nicht nur mit den niemals wirklich verfügbaren Cannon-Lake-Prozessoren wurde deutlich, dass Intels Fertigung in 10 nm fehlerbehaftet ist. Auch die mobilen Ice-Lake-Prozessoren haben es nie geschafft, die gesteckten Ziele zu erreichen. Aus diesem Grund haben wir die Ice-Lake-Prozessoren bis heute auch nicht auf dem Desktop gesehen – und werden es vermutlich nicht.

Mit der verbesserten Fertigung in 10 nm – oder wie Intel sie nennt der SuperFin Technology – kann man nun die Kurve aus Spannung und Frequenz viel effektiver nutzen. Bei gleicher Spannung takten die Prozessoren höher und erreichen einen Takt, den man mit den Sunny-Cove-Kernen nicht geschafft hat.

In der 10nm SuperFin Technology vereint Intel die Eigenschaften der FinFET-Technik mit einem Super metal insulator metal (MIM) Kondensator. Damit bieten die Transistoren eine verbesserte Epitaxie (spezielles Dotierprofil) für die Source und Drain. Ebenfalls verbessert wurde der Gate-Prozess und es gibt einen zusätzlichen Gate-Abstand.

Durch ein verbessertes Dotierprofil in den Siliziumschichten auf einem Siliciumsubstrat für Source und Drain des Transistors und die damit verbundene höhere Reinheit in diesen Epitaxie-Schichten kann Intel den Widerstand verringern, um mehr Strom durch den Kanal fließen zu lassen. Dies geht Hand in Hand mit den Verbesserungen im Gate, die eine höhere Kanalmobilität ermöglichen sollen, wodurch sich die Ladungsträger schneller bewegen können. Dort, wo höhere Ströme erforderlich sind, hat Intel den Gate-Abstand zudem erhöht.

Unterstützt wird dies durch dünnere Barrieren zur Reduzierung des Durchgangswiderstands um 30 %. Im Vergleich zu den bisherigen Umsetzungen wird die Kapazität bei gleicher Grundfläche um das 5-fache erhöht und der Spannungsabfall reduziert. Möglich wird dies auch durch den Einsatz neuer Hi-K-Dielektrikumsmaterialien, die in ultradünnen Schichten von nur einigen Ångström Dicke (ein Ångström entspricht dem zehnmillionsten Teil eines Millimeters) gestapelt sind, um eine sich wiederholende "Supergitter"-Struktur zu bilden.

Das Resultat ist eine höhere Effizienz und eine größere Dynamik mit einer entsprechenden Skalierung in der V/F-Kurve.

Verfügbar ab Herbst

Ab Herbst und damit pünktlich zum Weihnachtsgeschäft werden zahlreiche Notebook-Hersteller ihre Systeme auf Tiger Lake umstellen oder neue Notebooks vorstellen. Im Rahmen des Project Athena bietet Intel auch für Tiger Lake eine Art Referenzplattform, welche die wichtigsten Funktionen  als Mindestanforderungen zusammenfasst.

Daneben wird es einen neuen Brand namens "evo" geben. Es gibt eine Reihe neuer Logos – nicht für die mobilen Prozessoren, sondern für die gesamte Produktpalette. Die neuen Logos sind auf den Folien bereits zu sehen.