以Intel 4製程技術為基礎，Meteor Lake是英特爾歷年來最具功耗效率的客戶端處理器並大規模運用AI
2023年9月20日－Meteor Lake即將於今年稍晚推出，其優越的性能及高效能將為PC產業帶來巨大的改變。Meteor Lake的運算晶片塊率先採用Intel 4製程技術，使Meteor Lake 成為英特爾歷來最具功耗效率的客戶端平台，也代表40年來最大的架構轉變，為PC產業未來十年的創新奠定基礎。
Meteor Lake 架構概覽
Meteor Lake的分離式架構運用英特爾領先業界的 Foveros 3D封裝技術連接四種獨特的晶片塊：
- 運算晶片塊：配備最新一代的P-core及E-core，兩種核心皆採用全新的增強微架構。這款晶片塊採用英特爾的 Intel 4 製程，為功耗效率表現帶來重大提升。
- SoC晶片塊：結合Neural Processing Unit （NPU）為PC帶來高效人工智慧，與OpenVINO等標準程式介面相容。英特爾更直接在SoC晶片塊上加入全新低功耗E-core，適合低功耗負載，或進一步最佳化功耗效能表現。SoC還結合Wi-Fi和藍牙功能，包含Wi-Fi 6E、支援8K HDR、AV1編解碼器、HDMI 2.1及Display Port 2.1等標準。
- GPU 晶片塊：將客戶端SoC與Intel® Arc™顯示架構結合，在整合型封裝中擁有獨立型的顯示效能。Meteor Lake透過顯示晶片功耗效能方面的躍進，讓效能與前一代相比提升高達兩倍。
- IO 晶片塊：整合領先業界的Thunderbolt™ 4和PCIe Gen 5.0。
英特爾新增了低功耗E-core，為自Alder Lake首次發表 （第12代Intel Core處理器）混合運算架構後的首次重大突破，全新3D混合架構晶片結合P-core和E-core為PC帶來英特爾史上最佳化的運算體驗。
新一代的P-core與E-core
英特爾全新Redwood cove核心，相較於和第12代Intel Core 處理器（代號Alder Lake）推出的Golden Cove更加強大。包括同時多執行緒 （SMT）效能增強的 IPC改進，改善多執行緒 （MT）工作負載；為每個核心中的快取和記憶增加頻寬；以及改進微架構。Meteor Lake的P-core還具備增強Thread Director回饋特點。新功能皆具備有效能監控，能更進一步協助分析和除錯能力。
相較於前一代產品，Meteor Lake的E-core IPC也有所提升，包含以處理器為基礎，增加VNNI （Vector Neural Network Instructions）來強化AI 加速功能。對於期待以處理器體驗AI功能的客戶來說，新型E-core提供更佳的AI體驗。
Intel 4製程介紹
Intel 4製程使Meteor Lake發展成真
英特爾的IDM 2.0策略之一是計劃在4年達成5節點，預計2024年達標，並於2025年取得製程領導地位。Intel 4為此計畫的第二個節點，在節點設計方向進展上具指標性意義。
- Intel 7：展現英特爾一直以來在增強及擴展成熟節點性能方面的能力。電晶體針對性能做最佳化。
- Intel 4：應用於Meteor Lake，Intel 4採用極紫外光 （EUV）微影提升良率與面積微縮，將能耗效益最大化，並為Intel 3開發提供良好基礎。
- Intel 3：處於開發階段的Intel 3，具有更高密度的設計庫（design libraries）、更多的電晶體驅動電流，以及更低的阻抗等優勢，以及借助日益使用增加的極紫外光（EUV） 微影技術。
- Intel 20A：英特爾以PowerVia和RibbonFET的突破性技術開啟埃米時代（angstrom）。
- Intel 18A：奠基於Intel 20A，Intel 18A提升10％的每瓦效能，奠定英特爾製程領導地位。
Intel 4
相較於Intel 7，Intel 4對於高效能邏輯庫增加了兩倍面積微縮：
- 應用極紫外光 （EUV）微影簡化製程。
- 高效能運算應用最佳化，並支援低電壓（<0.65V）及高電壓（>1.1V）運作，提供比Intel 7超過20%的ISO power表現。
- 高密度金屬絕緣層金屬（Metal-Insulator-Metal, MIM） 電容提供高效能傳輸。
EUV 極紫外光
英特爾聚焦投資極紫外光（EUV）微影製程以簡化及改進互連架構的設計。
極紫外光機台目前全球僅有荷蘭ASML製造，要價1.8億英鎊，重達180公噸，需動用四架波音747客機及35輛卡車載運，安裝地點還要符合加強型地板及加高天花板等條件。
它是一項值得投資的技術。不但可以支援微縮技術，還能大幅度簡化互連架構流程，並減少Intel 4製程中20%的光罩和5%的製程步驟。
Intel 4可與先進封裝技術 EMIB和Foveros相容。
英特爾的Foveros封裝技術實現40年來最大的架構轉變
英特爾擘劃將Foveros先進封裝技術擴展到客戶端PC的願景
大多數英特爾客戶端產品（例如第13代英特爾Core處理器）將多種功能（例如CPU、GPU、PCH）組合到一個晶片上，稱為系統單晶片（SoC），但隨著這些功能變得更為多樣化和更複雜，這些單晶片SoC的設計和製造變得日益困難且成本更高。
英特爾 Foveros 先進封裝技術透過使用高密度、高頻寬、低功耗互連，將不同製程節點的晶片塊整合成大型的複合晶粒體（die complex）。
英特爾正在先進封裝方面實現許多業界第一，包括推出英特爾GPU Max等產品，以及Foveros先進封裝將大量使用於Meteor Lake。
隨著Meteor Lake的推出，英特爾將推出一款由四個晶片塊組成的晶片：提供大電容的GPU晶片塊、使用Foveros 36微米 間距晶片互連的SoC晶片塊、使用Intel 4製程的運算晶片塊，以及IO晶片塊。
英特爾正在以下列五個步驟組裝Meteor Lake並準備出貨：
- 分割：從晶圓廠（Fab）收到的內部和外部代工晶圓被切割成單個獨立晶片。
- 分類與測試：測試分割的裸晶能夠確保只有品質良好的裸晶進入Foveros組裝。這種測試能力對於異質設計至關重要，透過提供具有主動熱控制能力、經過完全測試的裸晶提高測試產量。
- 晶圓組裝：將各個晶片塊組裝在基礎晶圓上。該生產線將晶片貼裝、底腳填充和晶圓封膠等組裝作業以及凸塊、鈍化、研磨、拋光等製造作業整合為一個製作流程，這對於英特爾而言是項創舉。
- 封裝組裝：將Meteor Lake Foveros複合體組裝在BGA基板上，複合體與現有的封裝組裝工具和流程相容，只需進行少許最佳化
- 測試和完成：最後，透過Intel HDMx和系統測試進行品質驗證，包括「壓力」和「預燒」測試、「類測試」和系統級平台測試。
Foveros的優勢
Foveros先進封裝具有多項優勢，包括：
- 36微米凸點間距。
- 凸點密度提高近8倍。
- 每毫米擁有每秒160 GB頻寬。
- 小於0.3 pJ/bit功耗。
與Raptor Lake相比，Meteor Lake Foveros封裝：
- 降低晶片間功耗，讓分區的功耗降至最低。
- 小型晶片塊使晶圓良率更高，減少晶圓投片數量。
- 能夠為每個晶片塊選擇最合適的矽製程。
- 減少SKU的數量，使客製化程度更高。
此外，英特爾正在進行重大投資，以支持Meteor Lake和未來使用晶圓級組裝的計畫。這些設施將為Foveros Direct 和其他未來計畫提供產能。
英特爾不斷創新其封裝技術，從覆晶閘型陣列封裝（Flip Chip Ball Grid Array，FCBGA）和覆晶球型陣列封裝（Flip Chip Land Grid Array，FCLGA）到嵌入式多晶片互連橋接（EMIB)，再到Foveros，以及之後的Foveros Direct。這些重大轉換的封裝技術變革將使英特爾成功實現四年五個節點的承諾。