不用小核也很猛，第12代酷睿Alder Lake-S同频性能测试

不用小核也很猛，第12代酷睿Alder Lake-S同频性能测试宝石骑士打野 经过漫长的等待，英特尔在2021年底正式推出了第12代酷睿处理器Alder Lake-S桌面版。Alder Lake-S是英特尔首批大规模量产的10nm桌面版处理器，此前称之为10nm Enhanced SuperFin

经过漫长的等待，英特尔在2021年底正式推出了第12代酷睿处理器Alder Lake-S桌面版。Alder Lake-S是英特尔首批大规模量产的10nm桌面版处理器，此前称之为10nm Enhanced SuperFin（现在重命名为Intel 7，和业内的节点标准相匹配），这对英特尔来说意义重大，标志着其在轻薄本、游戏本、服务器、台式机等所有产品线都完成了工艺制程与微架构的全面换代，14nm和Skylake两位老朋友将彻底告别舞台......

除了工艺制程的换代之外，Alder Lake-S运用了众多新技术、支持很多新标准，最明显的特性就是采用了Hybrid混合架构设计，性能核也就是P-Core采用了Golden Cove微架构，能效核E-Core则是Gracemont，最多高规格为8＋8核心/24线程。此外对DDR5内存以及PCIe 5.0协议的支持，则标志着Alder Lake-S平台整体的全面升级。

首批上市的Alder Lake-S高端产品均应用了Hybrid混合架构设计，也就是搭配了4到8个E-Core能效核，英特尔表示新一代能小核Gracemont旨在面对当今多任务场景做到充分优化，提高了吞吐量效率并提供可扩展的多线程性能。观察die shot可以发现，4个Gracemont和1个Golden Cove大小相当，都占用了1个Ring节点，但4个Gracemont组成集群后多线程性能会比1个Golden Cove开启超线程之后更强，因此PPA角度上来看，Gracemont显然比Golden Cove要好得多，能在有限的硅片空间内实现更强的多核任务负载。

Alder Lake-S采用Hybrid混合架构设计则是兼顾了Golden Cove与Gracemont二者的共同有点，致力于做到单线程与多线程两个维度的全面提升。不过Hybrid混合架构设计和ARM的big.LITTLE相似，都需要软硬件的合理调度优化才能让性能最好发挥。为此Alder Lake-S内置了英特尔硬件线程调度器ITD来进行引导，并针对最新Windows 11操作系统进行优化设计，致力于在合适时间将恰当的线程置于相应的内核上，从而确保这两种全新内核微架构的无缝衔接。

不过对于很多用户，尤其是游戏玩家来说，他们更关注Alder Lake-S中性能核Golden Cove的表现，能小核Gracemont带来的多线程性能提升则是起到锦上添花的作用；甚至很多玩家还准备关闭能效核，在有限的功率和散热能力下将性能核超到更高的频率。PConline评测室针对第12代酷睿处理器Alder Lake-S，除了综合性的首发评测之外，还针对性能核Golden Cove进行了单独测试。

英特尔10nm与新架构的曲折之路

在性能测试开始前，我们先来简单回顾一下历史，英特尔在2014年（Tick年）底成功量产了14nm工艺制程，推出Broadwell家族的酷睿M系列产品，而在2015年（Tock年），Intel则利用良率逐步走向成熟的14nm工艺制程将Skylake微架构的第6代酷睿全面推向市场；而那几年AMD还在推土机泥潭中挣扎，Skylake甚至Haswell都能够做到酷睿i3默秒全......

根据早期的路线图，如果英特尔能够持续延续Tick-Tock节奏，那么会在2016年（Tick年）量产10nm制程工艺的Cannon Lake（微架构继承Skylake），在2017年（Tock年）进行下一轮微架构升级，将Ice Lake推向市场......

不过在当时，没人能预测到原定计划服役2-3年的Skylake微架构会在桌面平台被使用长达5年之久，由于10nm工艺制程的种种问题，且英特尔所遵循的“工艺制程与微架构相捆绑“原则，英特尔迟迟不能将新架构的产品推向桌面市场，第7代酷睿Kaby Lake-S、第8-9代酷睿Coffee Lake-S乃至第10代酷睿Comet Lake-S等一系列产品，虽然都有新的Code Name，但本质却都是Skylake微架构的马甲，内核IPC没有变化，主要是依靠增加核心线程数量，以及拉高核心睿频来获得性能提升。2021年初，面对AMD Zen 3的凌厉攻势，英特尔终于有所动作，将原本基于10nm节点设计Sunny Cove微架构backport“反向移植”到14nm节点上进行生产，这就是代号为Rocket Lake-S的第11代酷睿处理器桌面版。

不过客观来说Rocket Lake-S并不是一代很成功的产品，将为10nm节点设计的微架构反向移植到14nm节点上，势必会产生很多新问题。Cypress Cove微架构为了提高IPC，每核心的规模也就是晶体管数量相比Skylake微架构做到了显著增加，而采用低密度的14nm节点来生产，势必导致面积及功耗的增长。最终酷睿i9-11900K只有8核心16线程，芯片面积却比10核心20线程的酷睿i9-10900K还要更大，且满载功耗变得更高了.......

虽然在桌面平台长期停滞于14nm节点，但英特尔近年来的微架构设计还是做到了稳步推进。在2020年后，英特尔推出的Tiger Lake系列第11代酷睿处理器移动版采用了Willow Cove微架构，Willow Cove相当于Sunny Cove的小幅增强版，改进了缓存设计，每核心拥有更大容量的L2和L3缓存（IPC对比Sunny Cove提升只有个位数，几乎可以忽略不计），并在10nm SuperFin技术的加持下频率大幅提升。而本篇文章的主角，第12代酷睿Alder Lake-S采用性能核Golden Cove则是Willow Cove的下一代升级版。

新一代性能核Golden Cove简介

前文提到过，Alder Lake采用的P-Core性能核代号为Golden Cove，但不同于Willow Cove对Sunny Cove微调缓存式的小幅升级，Golden Cove是称得上Tock级别升级的全新微架构，整体的变化非常大，官方宣传称Golden Cove的设计目标旨在提高速度，突破低时延和单线程应用程序性能的限制，以及更好地支持代码体积较大的应用程序。

为了进一步提高IPC，Golden Cove的设计宗旨是更宽、更深、更智能。微架构的前端解码器由4个增至6个，6µop缓存增至8µop。

ROB乱序重排缓冲区部分，Golden Cove则达到了恐怖的512队列，相比于Sunny Cove和Willow Cove的352队列增加40％以上，是AMD Zen 3架构的2倍，仅次于苹果M1大核心Firestorm的630队列。

wide allocation分配由5路增至6路，执行端口由10个增至12个。具体到整数执行引擎部分，Golden Cove增加了第五个整数执行端口。

矢量浮点执行部分，虽然没有增加端口，但额外添加了新的FADD加法计算单元。

二级缓存部分，Golden Cove可配置每核心1.25MB或每核心2MB，其中面向消费级的Alder Lake-S为每核心1.25MB，这一点与第11代酷睿Tiger Lake的Willow Cove相同。至于面向数据中心领域的Sapphire Rapids，则配备每核心2MB二级缓存。

具体的性能方面，英特尔表示Alder Lake的性能核Golden Cove是公司有史以来最为强大的x86内核微架构，对比第11代酷睿处理器桌面版Rocket Lake的Cypress Cove，两者运行在相同的3.3GHz频率上，测试SPEC CPU 2017、SYSmark 25、Crossmark、PCMark 10,、WebXPRT3、Geekbench 5.4.1等项目，Golden Cove的平均IPC提升可达19％。

考虑到Cypress Cove对比Skylake已经有了超过两成的IPC提升，而Golden Cove在Cypress Cove的基础上又提升了19％的IPC，可以称得上百尺竿头更进一步！当然对于测试处理器微架构的IPC及提升幅度，变量其实不小，采用不同的测试平台（主板BIOS版本、内存频率和时序、缓存频率、操作系统），测试不同的应用项目，都会对测试结果产生显著的影响。

测试平台简介

测试平台方面，Alder Lake-S选用了旗舰型号酷睿i9-12900K，搭配ROG MAXIMUS Z690 EXTREME主板与金士顿金士顿FURY 16G×2 DDR5-5200CL40内存。参与对比的是Rocket Lake-S和Comet Lake-S平台的旗舰型号，酷睿i9-11900K和酷睿i9-10900K，这两个平台的内存使用宏碁掠夺者PREDATOR 16G×2 DDR4-3600CL16。测试系统为Windows 11专业版。

比较遗憾的是，由于时间紧张，本次同频测试没有加入游戏性能的同频率对比；关注Alder Lake-S游戏表现的玩家，可以关注PConline的综合性首发评测。

通过BIOS将酷睿i9-12900K的所有E-Core能效核关闭，只保留8个性能核，最终规格为8核心16线程，和酷睿i9-11900K相同；酷睿i9-10900K则关闭两个核心，也是保留8核心16线程。为了避免睿频调度的影响，三款处理器均锁频为全核心4.5GHz，Ring也就是缓存频率也锁定为4.3GHz。

ROG MAXIMUS Z690 EXTREME是华硕ROG家族推出的旗舰级产品，外观炫酷、用料豪华，堪称是第12代酷睿Alder Lake-S的最强座驾。

ROG MAXIMUS Z690 EXTREME的BIOS界面和前几代产品基本相同，功能也是非常丰富的。测试前将XMP打开，内存频率为5200CL40-40-40-80，比JEDEC标准要略高一点；由于金士顿FURY 16G×2 DDR5-5200CL40是首批DDR5内存，因此它的频率并不是特别高，时序也不是很好看，希望明年DDR5逐步走向成熟后，出现频率更高时序更低的产品。

另外在额外提一下，在ROG MAXIMUS Z690 EXTREME主板的现有0702版BIOS中，当关闭所有E-Core能效核后，8个P-Core性能核是可以手动打开AVX-512的。就是不知道后续的版本BIOS会对AVX-512做出怎样的处理，有可能会直接屏蔽掉？而到了明年，像酷睿i5-12400这样的纯性能核产品正式发布后，又该如何处理AVX-512呢？我们将持续关注......

纯性能模式下CPU-Z软件所识别的参数，分别是关闭AVX-512与开启AVX-512。

同频测试对比——这次牙膏真的是挤爆了

本次测试包含众多项目，基本覆盖了常见的基准测试工具，包括Cinebench R20、Cinebench R23、V-Ray 4、V-Ray 5、Blender 2.93.5、POV-Ray 3.7.1、Keyshot、Corona1.3、CPU-Z、y-cruncher、Sisoftware Sandra 2021、PCMark 10、3DMark、UL Procyon、Crossmark等等。未来将加入更多测试项目，并与AMD Zen 3微架构的锐龙5000系列桌面处理器Vermeer做更详细的同频性能对比。

先来看一下常见的Cinebench，作为基于Cinema 4D开发的测试软件，Cinebench阴恻测试简单直观而广泛流行，目前已经跟随Cinema 4D一起更新至R23版本。此前Cinebench是英特尔处理器的弱势项目，不但核心数量要比对位的AMD竞品少很多，并且同频性能也不占优势。

而到了第12代酷睿Alder Lake-S，针对Cinebench的同频性能有了很大的提升，实测在R20及R23版本中，Golden Cove对比第11代酷睿Rocket Lake-S的Cypress Cove单线程有超过22％的提升，多线程则超过25％，比官方宣布的IPC提升平均值19％还要高出几个百分点；而如果对比Skylake微架构，Golden Cove在R20和R23这两项做到了单线程提高超过40％，多线程提升超过50％，这个幅度非常恐怖！

CPU-Z同样是流行的基准测试软件，包含不同的项目以分别调用处理器的不同指令集运行，测试时采用1.97版本。Golden Cove对比Cypress Cove的同频性能提升也超过20％，高于Cypress Cove对Skylake的提升幅度。

V-Ray是由专业的渲染器开发公司CHAOSGROUP开发的渲染软件，是业界最受欢迎的渲染引擎。本次测试的是V-Ray 4和V-Ray 5两个版本的独立benchmark，显示Golden Cove对比Cypress Cove的同频性能提升都超过了22％。

POV-Ray，全名是Persistence of Vision Raytracer，是一个使用光线跟踪绘制三维图像的开放源代码免费软件，在GitHub上面下载3.7.1版本进行测试。此前Cypress Cove对比Skylake在这个项目中的同频提升只有12-13％，而本次测试Golden Cove对Cypress Cove在本项目的同频提升则高达24％以上。

Blender 是一款开源的跨平台全能三维动画制作软件，提供从建模、动画、材质、渲染、到音频处理、视频剪辑等一系列动画短片制作解决方案，目前最新版本为2.93.5，导入Classroom素材进行渲染，记录消耗时常。这项Golden Cove对比Cypress Cove同频提升也超过了20％。

KeyShot 意为“The Key to Amazing Shots”，是一个互动性的光线追踪与全域光渲染程序，无需复杂的设定即可产生相片般真实的 3D 渲染影像。目前也推出了独立的测试工具KeyShot Viewer Benchmark，这项Golden Cove对比Cypress Cove同频提升同样超过了20％。

Corona Render渲染器是业界后起之秀，在渲染质量和速度上其实非常优秀，目前提供了Corona 1.3 Benchmark基准测试程序。Golden Cove在这项测试中表现一般，同频对比Cypress Cove提升只有11％左右。

使用3DMark对处理器进行测试，首先是Fire Strike、Time Spy和Time Spy Extreme三个项目中的物理分数。Golden Cove对比Cypress Cove，在Time Spy和Time Spy Extreme两项的同频提升幅度在12-13％左右，Fire Strike项目提升为21％。

CPU Profile是3DMark新版推出的处理器性能测试项目，可测试处理器不同线程负载下的性能表现。此前Cypress Cove对比Skylake在CPU Profile场景中表现出色，不过Golden Cove在却在此项目中提升较为有限。

PCMark 10 含有一整套全面的测试项,涵盖现代办公场所中的各种任务，是被广泛认可的计算机综合性能测试软件，除了处理器以外，内存、显卡、固态硬盘性能也会影响分数。运行PCMark应用程序测试项目（Office＋Edge），Golden Cove对比Cypress Cove同频提升超过17％。

UL Procyon是为专业用户打造的基准测试组件，目前推出了办公室生产力基准测试项目，使用微软Office应用程序来衡量电脑的办公生产力工作性能。该基准测试的特点是使用微软 Word、Excel、PowerPoint 和 Outlook 模拟真实的任务。Golden Cove对比Cypress Cove在此项目中同频提升超过18％。

Crossmark是BAPCo组织开发的基准测试软件，覆盖创造力、生产力和响应速度三大维度，对处理器的单线程性能有很高要求。此项测试中Golden Cove对Cypress Cove的同频提升达到15％。

y-cruncher是一款计算圆周率的软件，能够较好的利用AVX-512指令集及其拓展，同时也对内存的带宽提出很高要求。得益于DDR5内存更高的带宽，即便不开启AVX-512，只是用AVX2的执行文件，Golden Cove的多线程计算效率也会更强。当然，如果BIOS里选择开启AVX-512，提升还会更加显著。

Sisoftware Sandra 2021版同样对AVX-512指令集做了很多优化，因此当时测试第11代酷睿Rocket Lake-S时，Cypress Cove对Skylake做到了超过40％的提升。而对于Alder Lake-S来说，在这项测试中，性能核Golden Cove即便不开启AVX-512也能和Cypress Cove开启AVX-512打成平手，BIOS关闭能效核、手动开启AVX-512后则做到了进一步提升。

写在最后——总结与展望

汇总本次的测试项目成绩，第12代酷睿Alder Lake-S的性能核Golden Cove对比第11代酷睿Rocket Lake-S采用的Cypress Cove，在绝大多数应用场景中都有很明显的性能提升（平均提升达到18.2％），特别是像Cinebench、V-Ray、Blender、POV-Ray等多线程渲染项目，Golden Cove的同频提升都达到了20-25％，进化幅度幅度比Cypress Cove对Skylake还要大一些。另外，与AMD Zen 3的同频测试数据对比正在汇总......

如果跨度更大一些，与当前英特尔桌面平台处理器中存量最高的Skylake微架构去对比，Golden Cove在以上这些常用基准测试中可以获得30-50％的同频性能提升。因此对于使用第8代-第10代酷睿的用户来说，即便完全不考虑能效核Gracemont，只看性能核Golden Cove的IPC表现，第12代酷睿处理器Alder Lake-S的升级幅度依旧是巨大的。

在2021年，历经磨难的10nm工艺制程在良率和产能方面逐渐走上正规，同时频率也能做到了5.0GHz以上，不再是拖后腿的存在，能够在各个产品线完成对14nm的全面取代。而微架构方面经过了Skylake到Cypress Cove再到Golden Cove的两次进化，IPC效率提升显著，彻底摆脱了“高频低能”的尴尬境况。再结合Gracemont能效核带来的多线程提升，以及DDR5、PCIe 5.0等新特性，第12代酷睿处理器桌面版Alder Lake-S可以称得上一次全面的换代升级。

在帕特·基辛格回归后，英特尔提出了非常激进的路线图规划，我们也期待英特尔能够加快产品开发进度，让未来新品的微架构设计和工艺制程都获得持续更新，不要让2015-2020年期间祖传14nm Skylake的历史再一次上演......

周海江 http://www.xinzhiliao.com/sj/xiaji/23403.html