Notebookcheck

Intel Ice Lake: 10nm, schnelle Grafik und eine neue Architektur

Mit der Ice-Lake-Architektur bringt Intel nach vielen Jahren der Iteration endlich wieder größere Änderungen im Chip. Insbesondere die Prozessorkerne und die verbaute Grafikeinheit wurden deutlich verbessert. Anfangs gibt es von Ice Lake nur einen Chip mit 4 Prozessorkernen und bis zu 64 Grafikeinheiten, welcher für zwei Mobil-Serien genutzt wird (Y- und U-Serie). Er wird bei Intel (in der Fab28 in Israel) im modernen 10 nm Prozess gefertigt und über 4 Jahre lang entwickelt.

Der Chip wird auf zwei verschiedene Packages mit einem zusätzlichen PCH gepackt. Die stärkere U-Serie benötigt etwas mehr Platz und ist typischerweise für 15 bzw. 28 Watt TDP vorgesehen. Die schwächere Y-Serie ist für kleinere Notebooks und Tablets gedacht und daher auf einem kleineren Package untergebracht. Sie bietet neuerdings jedoch auch bis zu 4 Kerne (da der selbe Chip genutzt wird).

Drei Schlüsselpunkte zeichnen die neue Ice-Lake-Architektur aus:

  • Erster 10 nm Chip von Intel der in Masse hergestellt wird (Cannon Lake war sozusagen nur ein ungeplanter Testlauf)
  • Neue Prozessor- und Grafik-Architektur
  • (Teil-) Integration von Thunderbolt und WiFi-6 WLAN in Chip bzw. Package
3 Schlüsselpunkte zeichnen Ice Lake aus
3 Schlüsselpunkte zeichnen Ice Lake aus
Ice-Lake firmiert als 10. Generation Core und bietet zahlreiche Neuerungen
Ice-Lake firmiert als 10. Generation Core und bietet zahlreiche Neuerungen

Neue Prozessorarchitektur - Sunny Cove

Um die Performance im Vergleich zum Vorgänger zu erhöhen, wurden zwei Strategien umgesetzt:

  1. Generelle Performanceverbesserungen - führten zu 18 % mehr IPC
  2. Neue Befehle und Funktionseinheiten für bekannte Anwendungsbereiche

Um die einzelnen Kerne generell zu beschleunigen, wurden die Pipelines breiter und tiefer ausgeführt. Weiters wurde das gesamte Speichersystem überarbeitet und die meisten Caches vergrößert. Intel spricht davon, dass die komplette Architektur überarbeitet wurde, es handelt sich also nicht nur um kleinere Tweaks.

Ergebnis dieser Überarbeitung ist eine 18 % höhere Leistung pro Takt (IPC - Instructions per Clock). Dies wurde von Intel im Schnitt über zahlreiche Benchmarks gemessen.

Durch diese IPC-Verbesserungen kann Ice-Lake den Nachteil ausgleichen, dass man die Kerne nicht so hoch takten kann, wie bei den Whiskey Lake Prozessoren (14nm++ war optimiert für hohe Taktraten).

Zwei Säulen für mehr Performance
Zwei Säulen für mehr Performance
Neuigkeiten im Prozessorteil
Neuigkeiten im Prozessorteil
Microarchitektur im Vergleich zu den Vorgängern
Microarchitektur im Vergleich zu den Vorgängern
Sunny Cove Microarchitektur-Diagramm
Sunny Cove Microarchitektur-Diagramm
IPC-Leistung in zahlreichen Benchmarks
IPC-Leistung in zahlreichen Benchmarks
Einzelkernleistung im SPECint_rate_base2006 Benchmark
Einzelkernleistung im SPECint_rate_base2006 Benchmark

Weiters wurden zahlreiche neue Befehle und Funktionseinheiten für AI / Machine Learning (DL Boost, Cryptographie und De- / Komprimierung eingeführt. Auch die aus Servern bekannten AVX-512 Befehle findet man nun erstmal in einem Consumer-Prozessor. Die neuen Befehle müssen jedoch von den Anwendungen genutzt werden, um einen Performancevorteil zu erzielen. Dies wird sich also hauptsächlich in zukünftigen Apps auswirken.

Als erste Chipfamilie erhält Ice-Lake außerdem Support für Intel Dynamic Tuning 2.0 with Machine Learning. Hier nutzt Intel Machine Learning um vorherzusehen, wie die kommende Auslastung der Prozessorkerne sein wird und kann diesbezüglich die Turbotaktung intelligenter steuern. Dadurch kann man im Idealfall 5 % mehr Performance herausholen.

AI bzw. Machine Learning kann per DL Boost (für kurze Burst Workloads) und VNNI AVX-512 Instruktionen beschleunigt werden
AI bzw. Machine Learning kann per DL Boost (für kurze Burst Workloads) und VNNI AVX-512 Instruktionen beschleunigt werden
2x bzw 2,5x höhere AI Performance in AIXPRT wenn man DL Boost in Ice Lake nutzt
2x bzw 2,5x höhere AI Performance in AIXPRT wenn man DL Boost in Ice Lake nutzt
Spezialfunktionen für AI, Kryptographie und Kompression
Spezialfunktionen für AI, Kryptographie und Kompression
Neue Kryphtographiebeschleunigungen im Detail
Neue Kryphtographiebeschleunigungen im Detail
Kompression und Dekompression wird durch die VBMI und Bit Algebra Befehle beschleunigt
Kompression und Dekompression wird durch die VBMI und Bit Algebra Befehle beschleunigt
 

Mehr Grafikpower - integrierte Gen. 11 GPU für ans

Auch bei der integrierten Grafikkarte gibt es zahlreiche Änderungen an der Architektur. Die Unified Shader (Execution Units - EUs) wurden ebenfalls breiter ausgelegt und eine Verdopplung der Pixels pro Takt soll helfen mehr Performance pro Kern herauszuholen. Dedizierten eDRAM wie in den älteren Iris Varianten (z.B. Iris Plus 650 oder Iris Pro 580) gibt es vorerst zwar nicht, jedoch kann zumindest die stärkste Variante Iris Plus auf 3 MB L3 Cache (in der Nähe der GPU) und 0,5 MB geteilten Hauptspeicher direkt zugreifen.

Bei der maximalen Taktrate von 1,1 GHz erreichen die 64 verbauten Execution Units (EUs) damit eine theoretische Leistung von 1,12 TFLOPS in FP32 (GeForce MX250: 1,25 TFLOPS) und 2,25 TFLOPS in FP16. Intel bietet jedoch auch noch abgespeckte Versionen mit weniger EUs an. Die Schwächste trägt nur noch den alten Namen UHD Graphics und findet in den Prozessoren mit G1 am Ende Verwendung. Aktuell wissen wir daher von drei Varianten in der U-Serie:

Neben der höheren Performance lernte die GPU auch ein neues Feature: Variable Rate Shading erlaubt es Spieleentwickler weniger auffällige Bereiche mit geringerer Auflösung zu shaden und damit Performance zu gewinnen. 

Um die Grafikeinheit mit Monitoren zu verbinden, verbaut Intel drei Display Pipes, die jeweils eine Auflösung von 5k bei 60 Hz unterstützen. Zwei können dabei kombiniert werden um einen 8k-Monitor anzusteuern. Weiters unterstützt man den offenen VESA Adapative Sync Standard (Freesync), um die Bildwiederholungsrate des Monitors auf die Framerate der Ausgabe automatisch anzupassen. Dies verhilft auch bei niedrigeren Frameraten zu einer optisch flüssigen Darstellung. Weiters integriert Intel eine FP16 HDR Display Pipeline und unterstützt dadurch HDR10 und Dolby Vision.

Auch die Media Encoders wurden überarbeitet und sollen nun deutlich schneller arbeiten und auch eine höhere Qualität bieten. Intel integriert zwei Encoder mit Unterstützung für HEVC und VP9 (bis zu 4K60 10b 4:4:4 bzw. 8K30 10b 4:2:0).

Die neue Gen.11 Grafik wird auch für das Gaming vermarktet
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Bei anspruchslosen Spielen soll auch flüssiges 1080p Gaming möglich sein
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Display Engine, Media Engine und Push bei Software ist ebenfalls neu
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Thunderbolt im Chip

Um Thunderbolt 3 (und damit auch das kommende USB 4) günstiger, platzsparender und stromsparender anbieten zu können, integriert Intel nun den Controller direkt im SoC (System on a Chip). 2 bis 4 Ports können direkt von der CPU angesteuert werden und die Hersteller müssen nur noch einfache Retimer pro Port und einen PD (Power Delivery) Controller am Board unterbringen. Voll ausgelastet soll der Thunderbolt-Teil nur in etwa 300mW benötigen und dadurch wenig Strom und Kühlung von der CPU und Grafik abzwacken. Gerade bei Y-Modellen mit begrenztem thermischen und Strom-Budget soll dies einen deutlichen Vorteil bringen.

Thunderbolt 3 besteht aus DisplayPort, USB 3 und PCI Express
Thunderbolt 3 besteht aus DisplayPort, USB 3 und PCI Express
Derzeit genutzte exterene Chips für Thunderbolt sind komplex, teuer und stromhungrig
Derzeit genutzte exterene Chips für Thunderbolt sind komplex, teuer und stromhungrig
Mit Ice-Lake CPUs ist eine deutlich einfachere Integration möglich
Mit Ice-Lake CPUs ist eine deutlich einfachere Integration möglich
Zahlreiche Bauteile wurden dafür in den SoC direkt integriert
Zahlreiche Bauteile wurden dafür in den SoC direkt integriert

Schnelles WLAN im Package

Nicht im Chip, aber auf dem zusätzlichen PCH (Platform Controller Hub - früher Southbridge) auf dem Package befindet sich ein Wi-Fi-6 (802.ax) MAC (CNVi 2) der nur noch eine zusätzlichen kleinen RF Chip benötigt (AX201).

Damit gehört Intel zu den ersten 802.ax Implementierungen und mit Support für 160 Hz und OFDMA möchte Intel mit dem Wi-Fi 6 Gig+ genannten Feature zu den Schnellsten am Markt gehören. Besonders mit zahlreichen Geräten im Netz soll WiFi 6 seine Stärken ausspielen.

Einschätzung

Die ersten Ice-Lake-Prozessoren punkten zwar nicht mit einer deutlich höheren Prozessorperformance, die schnellere Grafikeinheit und die neuen Features wie Wi-Fi 6 und Thunderbolt sind jedoch klare Vorteile. Auch die Y-Serie wird durch die zwei zusätzlichen Kerne aufgewertet. Weiterhin ist jedoch eine gute Kühlung und Integration ein wichtiger Faktor für eine schnelle Leistung. Dank modernen und langsam reifenden 10-nm-Prozess sollte auch der Stromverbrauch im Rahmen bleiben. Da Intel hierauf jedoch nicht sonderlich eingeht, erwarten wir vorerst keine Laufzeitwunder.

      Modell
L2 Cache + L3 CacheTDP (Watt)MHz - TurboKerne / ThreadsCinebench R15 CPU Single 64BitCinebench R15 CPU Multi 64BitCinebench R20x264 Pass 1
Intel Core i7-1068G72MB + 8MB152300 ‑ 41004/8
Intel Core i7-1065G72MB + 8MB151300 ‑ 39004/8
179.5n2
636n2
1430.5n2
Intel Core i5-1035G72MB + 6MB151200 ‑ 37004/8
Intel Core i5-1035G42MB + 6MB151100 ‑ 37004/8
538
Intel Core i5-1035G12MB + 6MB151000 ‑ 36004/8
Intel Core i7-1060G72MB + 8MB91000 ‑ 38004/8
Intel Core i5-1034G12MB + 6MB15800 ‑ 36004/8
Intel Core i5-1030G72MB + 6MB9800 ‑ 35004/8
Intel Core i5-1030G42MB + 6MB9700 ‑ 35004/8
Intel Core i3-1005G11MB + 4MB151200 ‑ 34002/4
157
406
948
135.2
Intel Core i3-1000G41MB + 4MB91100 ‑ 32002/4
Intel Core i3-1000G11MB + 4MB91100 ‑ 32002/4
(-) * Geringere Werte sind besser. / n123 Number of benchmarks for this median value / * Geschätzte Position

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Autor: Klaus Hinum,  9.07.2019 (Update:  5.08.2019)