Seite 1: Lakefield im Test: Core i5-L16G7 mit fünf Kernen muss zeigen was er kann

intel-lakefield-chipVor einigen Wochen stellte Intel seine beiden Lakefield-Prozessoren vor – heute können wir einen Blick auf die Leistung werfen, denn mit dem Galaxy Book S von Samsung stand uns das erste Notebook zur Verfügung, welches ein Hybrid-Design aus dem Hause Intel verwendet. Neue Leistungsrekorde sind hier natürlich nicht zu erwarten, was aber von einem passiv gekühlten Sandwitch-Packaging zu erwarten ist, schauen wir uns auf den folgenden Seiten an.

Erste Details zum Aufbau des Lakefield-Prozessors haben wir bereits veröffentlicht. Die Sunny-Cove- und Tremont-Architektur haben wir uns ebenfalls bereits ausführlich angeschaut. An dieser Stelle wollen wir die wichtigsten Aspekte aber noch einmal anführen, bevor wir dann zu den Benchmarks kommen. Bei Lakefield handelt es sich um einen Hybrid-Prozessor, der aus einem einem großen Sunny-Cove-Kern und den vier Tremont-Kernen besteht. Das Hyperthreading ist sowohl auf dem Sunny-Cove-Kern als auch in den vier Tremont-Kernen nicht aktiv. Dem Sunny-Cove-Kern wurde zudem seine AVX512-Funktionalität genommen, um eine gewisse ISA-Kompatibilität zwischen den unterschiedlichen Kernen gewährleisten zu können. Hinzu gesellt sich eine Gen11-Grafikeinheit.

Für das Packaging verwendet Intel die eigene Foveros-Technik. Diese sieht einen Base-Die vor, der das USB-3-Interface, das Audio-, SDIO-, das PCI-Express-3.0-Interface sowie weitere I/O-Komponenten vorhält. Auf dem Compute-Die befinden sich die fünf CPU-Kerne sowie die integrierte Grafikeinheit. Über dem Compute-Die befindet sich dann noch der Pop-Speicher (Package-on-Package). Der gesamte Chip hat eine Größe von nur 12 x 12 x 1 mm.

Der Base-Die hat eine Fläche von 92 mm², besteht aus zehn Metallschichten und muss neben einer geringen Leistungsaufnahme auch günstig zu fertigen sein. Dazu trägt auch das einfache Back End of Line (BEOL) bei, welches nur noch eine Belichtung pro Maske notwendig macht. Der Base-Die ist im Grunde genommen ein aktiver Interposer. Er kommt trotz der vergleichsweise großen Fläche (verglichen zum Compute-Die) auf nur 650 Millionen Transistoren.

Der Compute-Die mit den vier Tremont-Kernen, dem Sunny-Cove-Kern sowie der Gen11-Grafikeinheit (plus die Gen11.5 Display-Engine und die Imaging Processing Unit (IPU) 5.5) sitzt über dem Base-Die und kommt auf eine Fläche von 82 mm². Hier verrät Intel auch erstmals die Anzahl der Transistoren. Knapp über 5 Milliarden sollen es sein. Der Compute-Die wird in 10 nm+ gefertigt. Dabei handelt es sich um die zweite Generation des 10-nm-Fertigungsprozesses von Intel, der auch für die Tiger-Lake-Prozessoren zum Einsatz kommen soll.

Auf dem Compute-Die setzt Intel auf einen Ring-Interconnect. Dieser bindet den System Agent mit den fünf Kernen und der GPU an. Die einzelnen Ring-Stops, so der Namen der Anknüpfungspunkte in einem Ring-Interconnect, sind der Sunny-Cove-Kern, die vier Tremont-Kerne, die GPU und die Uncore-Komponenten.

Von den insgesamt 82 mm² Chipfläche des Compute-Die belegt das Tremont-Cluster etwa 5,14 mm² – inklusive 1,5 MB an L2-Cache. Ein einzelner Tremont-Kern kommt auf 0,88 mm². Der einzelne Sunny-Cove-Kern hingegen bringt es auf 4,49 mm² – inklusive 512 kB an L2-Cache. Für Intel bietet sich daher in diesem Bereich eine interessante Mischung aus Leistung, Verbrauch und belegter Chipfläche. Der Sunny-Cove-Kern hat allerdings auch den Nachteil, dass beispielsweise die AVX512-Funktionseinheiten weiterhin vorhanden sind, aber nicht genutzt werden.

Die Kommunikation zwischen dem Base- und dem Compute-Die erfolgt über das Foveros Die Interface (FDI). Die FDI-I/O-Zellen sitzen direkt unterhalb der Micro-Bumps, um ESD- und weitere negative Effekte zu minimieren. Die Transceiver- und Receiver-Elemente befinden sich auf dem Base-Die. Die Datenrate pro Pin ist mit 500 MT/s nicht besonders hoch, allerdings spricht das FDI gleich 200 Kanäle an und erreicht damit eine Übertragungseffizienz von 0,2 pJ/Bit. Projektiert war der FDI mit 0,15 pJ/Bit, allerdings will Intel für zukünftige Produkte noch an Verbesserungen arbeiten. Zum Vergleich: Der CoWoS von TSMC kommt auf 0,56 pJ/Bit und AMDs Infinity Fabric auf 2 pJ/Bit (weniger ist besser).

Über dem Base- und dem Compute-Die sitzten in zwei Schichten noch zwei oder vier Stacks an LPDDR4-Speicher, die ebenfalls über TSVs mit dem Compute-Die verbunden sind. Es handelt sich dabei um sogenannten PoP (Package over Package).

Vorerst nur zwei Modelle

Der Core i5-L16G7 und der Core i3-L13G4 sind die einzigen beiden Lakefield-Modelle. Beide verfügen über fünf Kerne (1x Sunny Cove und 4x Tremont). Der Cache ist jeweils 4 MB groß und die TDP liegt bei 7 W. Im Standby-Betrieb soll sie auf bis zu 2,5 mW abgesenkt werden können. Unterschiede gibt es also nur in der Taktung.

Gegenüberstellung der Lakefield-Prozessoren
  Core i5-L16G7 Core i3-L13G4
Kerne 5 5
Cache 4 MB 4 MB
Basis-Takt 1,4 GHz 0,8 GHz
Single-Core-Boost 3,0 GHz 2,8 GHz
All-Core-Boost 1,8 GHz 1,3 GHz
TDP7 W 7 W
GPU-Ausbau 64 EUs 48 EUs
GPU-Takt 500 MHz 500 MHz
Speicher 8 GB LPDDR4X-4267 8 GB LPDDR4X-4267

Der Basis-Takt des Core i5-L16G7 liegt bei 1,4 GHz, während der Core i3-L13G4 nur auf 0,8 GHz kommt. Diese Angaben dürften sich auf den großen Kern beziehen. Der Single-Core-Turbo wird mit 3,0 GHz für den Core i5-L16G7 angegeben und der Core i3-L13G4 kommt auf 2,8 GHz - auch hier bezogen auf den Sunny-Cove-Kern. Intel nennt außerdem einen All-Core-Turbo. Dieser liegt bei 1,8 GHz für den größeren Core i5-L16G7 und bei 1,3 GHz für den Core i3-L13G4.

Die beiden Lakefield-Modelle verfügen über ein PL1 bzw. eine TDP von 7 W. Das PL2 liegt bei 9,5 W – also um 33 % höher. Das PL2 darf für 28 s anliegen – ein Standard-Wert für Intel-Prozessoren. Intel zeigt sich beim PL2 und dem Tau-Wert also recht zurückhaltend, was aufgrund der kompakten Abmessung der Geräte und der damit verbundenen Kühlung auch nicht weiter verwunderlich ist. Für das Galaxy Book S ist ein PL1 von nur 5 W konfiguriert. Das Pl2 ist bei 9,5 W belassen worden. Samsung will ein Firmware-Update nachreichen, welches das PL1 auf die von Intel vorgesehenen 7 W erhöht.

Im Modellnamen vermerkt ist zudem die jeweilige Ausbaustufe der integrierten Grafikeinheit. Die Gen11-GPU des Core i5-L16G7 bietet 64 Execution Units (EUs) mit einem Takt von bis zu 500 MHz. Beim Core i3-L13G4 sind es 48 EUs bei ebenfalls bis zu 500 MHz. Als Arbeitsspeicher direkt im Package verbaut ist LPDDR4X-Speicher mit 4.267 MHz.

Der als PoP verbaute Arbeitsspeicher kann nicht getauscht werden. Beim Samsung Galaxy Book S sind 8 GB verbaut. Beide Standard-Konfiguration der Lakefield-Prozessoren verfügen über 8 GB an Arbeitsspeicher. Es können aber auch SKUs mit 4 GB produziert werden, wenn ein Kunde dies wünscht. Aktuell geht Intel aber davon aus, dass Samsung und Lenovo als die bisher einzigen Kunden auf 8 GB setzen.