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科技

英特爾、蘋果對槓,「能耗比」與「伺服器處理器」能否各自有所斬獲?

科技新報

更新於 2023年01月27日13:57 • 發布於 2023年01月27日13:57

因為蘋果自研晶片帶來的震撼,以及英特爾多次「拔草測風向,結果測到龍捲風」的壯舉,讓早在 30 年前就被處理器業界重視的「能耗比(Performance Per Watt)」,再次被冷飯重炒,而「x86 雙雄何時可以在能耗比上看到蘋果的車尾燈」也成為快讓人提不起勁的無聊話題。

不過,英特爾在美國時間 1 月 12 日的投資者會議,透露預計將在 2024 年推出的「Lunar Lake」處理器,除了將整合 VPU(人工智慧運算單元) 和採用 Intel 18A 製程(原本的5nm+,類台積電 1.8 奈米) 打造,更將是徹頭徹尾針對行動運算量身訂做的嶄新處理器微架構(“a fresh ground-up design and CPU uArch, built with perf/watt in mind for mobile devices”)。

嗯,同時動用了最先進製程與「砍掉重練」的處理器微架構,英特爾在能耗比追上蘋果,似乎不再看似遙不可及。但在這之前,筆者將重點分成幾個問題,讓各位更能迅速掌握議題的重點──雖然有些最關鍵的核心,不是那麼容易被馬上想起。

英特爾的先進製程有哪些?將會有哪些產品?

英特爾的先進製程技術時程表,這一年來幾乎隻字未動,目前看來還算準時,從「類台積電 3 奈米」的 Intel 3 被跳過,可以多少看出,這間公司的企圖心依然相當的強烈。

英特爾數不清的 Core 處理器家族,過去、現在和未來可見的世代?

整理如下,各位可以慢慢欣賞。關於即將登場的第 14 代「Meteor Lake」,英特爾在 2022 年 8 月的 HotChips 34 就講的差不多了,筆者在此就不贅述。至於 Meteor Lake 是否將跟 Broadwell 一樣,屆時只有筆電版本或是沒幾個桌機版型號,就留待時間去證明。

此外,早在 2021 年 8 月,就有媒體爆破了「Aarow Lake」、「Lunar Lake」和「Nova Lake」三個世代,以及「Lunar Lake 將在能耗比可擊敗蘋果和 AMD」的重要訊息。

▲ 號稱可在「能耗比」擊敗蘋果的 Lunar Lake,根據英特爾的說法是「重頭開始」的設計,然後 Intel 3 製程就這樣被跳過,直奔 Intel 20A。

但根據當時的報導,Lunar Lake 原先僅為「核心微架構不變,製程轉為台積電 3 奈米或 Intel 3 的精鍊版 Aarow Lake」,到了 Nova Lake 才會天翻地覆(據傳這也是英特爾執行長 Pat Gelsinger 找回昔日 Nehalem 研發團隊退休老將 Glenn Hinton 的主因),在今年卻變成「從頭到尾都為了追求極致能耗比,整個重來」。這個決定極可能導致繼 2005 年後,英特爾再一次的顛覆其x86處理器的技術發展路線。

上次英特爾「追求能耗比」而改弦易徹是何時?這次能順利如法泡製嗎?

英特爾在 2004 年被「噴火龍傳奇」燙到後,就腰斬 NetBurst 微架構的後繼發展,讓預定「90nm 製程的雙核心 Pentium M(Merom)」升格成「65nm 製程、近三倍能耗比的英特爾救世主」,在 2005 年秋季 IDF(Intel Develper Forum) 先以 NGMA(Next Generation Micro-Architecture) 為名,公開部分資訊,2006 年春季 IDF 公開「Core 微架構」技術細節,接著 AMD 就開始倒楣了,陷入超過十年的黑暗期。

▲ Core 2 Duo「控肉(Conroe)」的近三倍能耗比就是這樣算出來的:近 1.5 倍的效能,一半的功耗。

但時過境遷,英特爾還有機會重現昔日的奇蹟嗎?基本上非常困難。先不提「多晶片封裝集百家之大成」到底對改善能耗比能帶來多少立竿見影的效果,英特爾在 2004 年的處境比較像是「考試先不及格,再努力拿高分」,但現在卻是「分數已經不差,卻要天元突破」。

況且,有些事情,並不是英特爾關起門來說了算,還得問問作業系統老大的意見,尤其當鎖定的潛在假想敵是「軟硬兼備的蘋果」。

「省電」這檔事,難道只要有夠節能的晶片,即可功德圓滿?

當然不是,作業系統才是近代電源管理技術的主角,由微軟主導的「先進電源管理界面(Advanced Configuration and Power Interface,ACPI)」就是最好的證明。

自從 ACPI 在 1996 年問世,早期透過 BIOS 控制、且功能極度有限的純硬體電源管理功能,就逐漸被 ACPI 取代。道理也很簡單,只有掌控工作排程的作業系統,才知道全盤掌握電腦所有運行程式的狀態,並且當發生因系統散熱失控而被迫強制關機時,由作業系統主動操刀,更可降低資料損失。

這也是為何每當 x86 雙雄推出新款處理器,往往需要作業系統更新版本,才能充分發揮動態節能和合法超頻的潛力。不學無術的筆者相信各位馬上頭腦就馬上打結了,難道不是只要談談英特爾的處理器究竟將會有哪些足以壓倒蘋果的「黑科技」嗎?

但你有沒有想過,即使在 MacBbook 還在內建英特爾處理器的年代,當蘋果的使用者不想使用電腦時,可隨時關上上蓋,系統馬上進入休眠狀態。當要使用時,可隨時打開,並且可以在很短的時間內,恢復工作狀態。就算電腦休息很多天,MacBook 也不會損失多少電池存量。

反觀這些年來,Windows 只能藉由睡眠模式去實現類似 Mac 系統的快速恢復效果,但僅僅放個一兩天,電量就會消耗大半。如換成休眠模式,又將遭遇恢復工作時間太長的問題,還不如直接關機還比較省事。系統電源管理就一直成為 Windows 的使用者體驗遠遠落後於 Mac 的弱點,直到 Windows 10 的 1903 版(Windows 10 May 2019 Update) 與英特爾推動「Project Athena」和 Intel Evo 後,才稍微拉近了雙方的差距。只不過,當蘋果將自家 M1 處理器塞入 Mac 而「神功大成」,雙方的距離又被瞬間拉開到難以追趕的程度,更罔論天差地遠的電池續航力。

姑且不論現有 Windows 作業系統的 NT 核心(最新版本 10.0) 和 macOS 的 FreeBSD 核心(這樣寫可能很多大恩大德會很有意見) 在不同應用領域的優劣之分,要讓 Wintel 筆電在能耗比獲得飛躍性的成長,單靠處理器絕對是遠遠不夠的,需要作業系統一同共襄盛舉,才能克盡全功。

不知道是「碰巧」還是「講好」,當英特爾公開 Lunar Lake 的概要時,同時間就傳出微軟也將在 2024 年發布「大規模從頭開發,導入大量人工智慧技術(如何整合 ChatGPT 讓人感到好奇),將模糊雲端和邊緣的界線,不只使用者介面煥然一新,連底層都要大興土木」的 Windows 12。這或著意味著,自從 1993 年至今近三十年、長期以工作站和伺服器為重心的 Windows NT 核心,將會被徹底的改頭換面。假若成真,對於計算機工業,這將是遠比英特爾任何在新製程和新架構的「創新」更加影響深遠的大事。也許吧。

▲ 微軟在 2022 年公開的這張使用者介面圖,似乎暗示了 Windows 12 的存在。

每當論及 Wintel 在智慧型手機的慘敗史,筆者就不得不想起多年來偶爾會聽到的觀點「英特爾根本就不該碰 Android,微軟也不需要跨 RISC 處理器,兩間公司一如往昔的攜手合作,從商用手機找出路,就沒後面那麼多千奇百怪的天災(天才造成的災難)」。往事已矣,來者可追,Lunar Lake 和 Windows 12 的結合,搞不好又是一次證明 Wintel 的機會。

近來「Apple Silicon」的發展看似鈍化?Mac Pro 要換成自家晶片有這麼困難嗎?

蘋果自研晶片的目的唯有「滿足自身的需求」,只要達成這個目的,剩下的講再多都是多餘。

隨著 M2 處理器跟著新款 MacBook 系列上市,在這裡不得不同場加映「Apple Silicon 發展是否開始放緩」的議題。最近蘋果取消 M2 Extreme(兩顆 M2 Ultra,或等同於四顆 M2 Max) 的傳言,以及遲遲尚未使用自家晶片取代 Mac Pro 的英特爾 Xeon 處理器,讓唱衰蘋果的「高見」萌現蠢蠢欲動之勢。

▲ 相較於 x86 雙雄,蘋果似乎在「堆晶片」這件事上似乎還有很多東西需要去學習。近期一直盛傳蘋果取消了連結兩顆 M2 Ultra(等同四顆 M2 Max) 的 M2 Extreme。

但筆者想問的是:這有讓人感到很意外嗎?構成 Apple Silicon 研發團隊骨幹的 P.A Semi 和 Intrinsity,在過去從來沒有研製「伺服器」等級高階處理器的經驗,像大型多處理器的延展性、高階運算系統的可靠性、高容量記憶體的支援度(如果要能自行安裝記憶體模組增加容量,這將會是很高的技術門檻)、高效率的快取資料一致性協定(Cache Coherence)、符合多樣化需求的豐富擴充界面(起碼要有夠多的 PCIe 對應兩到三張顯示卡) 等等,無一不是巨大的障礙。不限於在 RISC 領域碩果僅存的 IBM 和 Fujitsu,x86 雙雄也是累積了超過二十年的苦工,才有今日的成就,絕非一蹴可及。看到 AMD 可以在 MI300 把多晶片封裝玩的爐火純青?拜託,也請稍微看一下 AMD 在 EHP(Exascale Heterogenous Processor) 投入多少年、申請多少專利?

▲ 蘋果要像 IBM 一樣打造伺服器等級 RISC 處理器,還有很多要付的學費,甚至很可能一看到帳單就永遠不想付了。

Apple Silicon 起步於手機平板,「堆」到筆電桌機之後,再走向工作站,面對該學的課題,總得要付點學費。更何況,很可能蘋果內部撥撥算盤,權衡利弊,深感通通所費不貲,只為了少少的 Mac Pro,就要投資這麼多的人力物力去搞出一顆這麼大的晶片,實在很不划算,不如束之高閣,一切照舊,再藉由 M2 的高能效比,另闢小型低階款 Mac Pro 開發全新的客群(如不考慮 Mac Studio 的定位衝突)。

以上純屬筆者推測,若有幸成真,筆者也絕不會自掏腰包買一台自己根本用不到的 macOS 工作站。即便英特爾的 Lunar Lake 在 2025 年成功的在能耗比超越同期 Apple Silicon(機率極低),果粉也將依舊無動於衷。所謂的「使用者體驗最大」,說穿了就是這麼一回事。

(首圖來源:shutterstock)

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