上週英特爾公佈了代號為Panther Lake的新一代客户端處理器的架構細節，它將會是未來的酷睿Ultra 300系列移動處理器，計劃是在明年初正式推出。它與服務器端的Clearwater Forest一樣使用Intel 18A製程工藝打造，新產品將為廣泛的消費級與商用AI PC、遊戲設備以及邊緣計算解決方案提供算力支持，預計今年晚些時候開始出貨，2026年1月實現廣泛的市場供應。
現在的酷睿Ultra 200系列移動處理器產品組合是相當複雜的，首先它包含Lunar Lake與Arrow Lake兩種不同的處理器，就產品架構而言，Lunar Lake其實比Arrow Lake更先進，它擁有最新的Xe2 Battlemage架構GPU和算力達到48 TOPS的第四代NPU。但它的核心規模並不大，因為Lunar Lake是追求高電池續航而設計的，只有4P+4LP E核，擴展能力也有限，再加上內存是直接焊在CPU上的所以並不怎麼受廠家歡迎。
而Arrow Lake則更細分為HX、H和U三個系列，它的核心規模比Lunar Lake大得多，然而它身上也有不少妥協的地方，因為它本身就是從Meteor Lake基礎上發展而來的，所以也直接沿用了Meteor Lake的部分模塊。它的SoC模塊就是Meteor Lake上的，所以你能Arrow Lake-H在上面看到Skymont架構的E核與Crestmont架構的LP-E核這種神奇組合，由於NPU也在SoC模塊上，所以Arrow Lake只有算力13 TOPS的第三代NPU。GPU方面，Arrow Lake-HX直接沿用Meteor Lake的Xe-LPG核顯，而Arrow Lake-H上的則是增加了XMX單元的Xe-LPG+，其實都屬於第一代Arc Alchemist架構的產品。至於Arrow Lake-U更直接是升級Intel 3工藝的Meteor Lake-U，和酷睿Ultra 200差非常遠。
現在Panther Lake要把Lunar Lake級別的能效與Arrow Lake級別的性能與擴展性整合在一起，打造在各方面都具備競爭力的產品，它擁有全新的Cougar Cove架構P核，Darkmont架構E核，Xe3 GPU與第五代NPU，Panther Lake基於最新的Intel 18A製程工藝打造，並使用Foveros-S封裝技術把不同工藝的模塊封裝在一起。下面我們就來深入研究一下Panther Lake。
Intel 18A是其開發和製造的首個2納米級別製程節點。與Intel 3製程工藝相比，Intel 18A的每瓦性能提升高達15%，芯片密度提升約30%。該技術通過RibbonFET晶體管和PowerVia背面供電技術顯著提升性能與能效。Intel 18A已經在兩座工廠開始生產，英特爾在美國亞利桑那州的Fab-52晶圓廠已經正式在這個月全面投入運營，預計在2025年第四季度Intel 18A工藝能夠達成大規模量產的良率目標，從而全面進入高產能的生產階段。
RibbonFET即GAA全環繞柵極晶體管，它的柵極環繞晶體管溝道，從而能夠嚴格控制溝道中的電流，可以降低漏電流，並提高晶體管開關時的效率，這也有助於降低工作電壓。此外，RibbonFET的柵極長度比FinFET短5~10%，並且每個晶體管的功耗降低了20%。
PowerVia背面供電將電源線路移至晶體管背面，傳統的晶圓設計是信號線路和電源線路混合放在晶體管上面，這樣會帶來明顯的線路擁塞和功耗損失問題。PowerVia把電源線路移動到晶體管背面，把信號線路和供電線路分離了，這首先消除了信號干擾，有更好的信號完整性。並縮短了晶體管與電源之間的距離，降低了電阻，有效減少了從封裝到晶體管之間的壓降，最多可達30%。線路的優化提升了標準單元利用率最多可達10%，從而提升了晶體管密度。
Panther Lake採用2.5D Foveros-S先進封裝技術，它在2019年就進入了規模生產，到現在已經是一個很成熟的技術了，利用該技術把各個功能模塊和被動基礎模塊相連，能在芯片內可以實現高效堆疊和低延遲互連，能夠充分發揮其在高密度、高能耗場景下的優勢。
説完了製程工藝，接下來我們迴歸Panther Lake處理器本身，它由計算模塊、圖形模塊、平台控制模塊和基礎模塊四個大模塊所組成，還添加了填充材料填補各模塊大小差異造成的空隙。計算模塊、圖形模塊和平台控制模塊使用Foveros-S封裝工藝安裝在基礎模塊之上，這種設計其實是自第一代酷睿Ultra處理器Meteor Lake一路延續下來的。關於各模塊的生產工藝，計算模塊是Intel 18A，圖形模塊有兩種，12個Xe核心的用台積電N3E工藝，4個Xe核心的用Intel 3工藝，平台控制模塊採用台積電N6工藝，基礎模塊用的是Intel 16工藝。
Panther Lake有兩種計算模塊和圖形模塊，計算模塊有4P+8E+4LP E核與4P+4LP E核兩種，圖形模塊有12個Xe核心和4個Xe核心兩種。這兩種模塊有三種組合，兩種計算模塊都會搭配小的圖形模塊，但大的12個Xe核心圖像模塊只會搭配16核的計算模塊使用，這些處理器會搭配相同的NPU、IPU以及媒體和顯示引擎，但內存和I/O擴展會有些差別。
最小的8核心的版本只支持LPDDR5X-6800或DDR5-6400的內存速率，提供4條PCIe 5.0和8條PCIe 4.0通道，這種配置的產品應該是面向低功耗設備的，也就是Panther Lake-U系列。
16核搭配4Xe GPU的版本支持LPDDR5X-8533或DDR5-7200內存速率，提供12條PCIe 5.0和8條PCIe 4.0通道，它和其他版本相比有更多的PCIe通道，表明它是要搭配獨顯使用的，基本上就是Panther Lake-H系列。
16核搭12Xe GPU的版本只支持LPDDR5X-9600內存，估計是要為高性能核顯提供更高的內存帶寬，這是為追求圖形和AI性能的輕薄平台而準備的，所以沒考慮對獨顯的支持，擴展能力和8核版本是一樣的，只有4條PCIe 5.0和8條PCIe 4.0通道。
所有Panther Lake均可提供4個Thunderbolt 4接口，2個USB 3.2、8個USB 2.0口，支持WIFi 7 R2和藍牙6.0。
其實Panther Lake的結構更像Lunar Lake，把Lunar Lake的GPU分拆成一個獨立模塊就是現在Panther Lake的樣子，計算模塊內部也是採用第二代Scalable fabric(NOC)總線通信，當然了P核與E核之間是使用環形總線通信的，但它們與LP E核就需要走NOC通信了，模塊之間則採用D2D界面相互連接。
Arrow Lake最大的問題就是內存控制器被放置在SoC模塊裏面，計算模塊的CPU核心訪問內存控制器需要進行跨芯片通信，延遲相當大，Panther Lake和Lunar Lake一樣內存控制器放在計算模塊內，完全沒這個問題。
接下來我們就來看看Panther Lake的兩種CPU內核，全新的Cougar Cove性能核與Darkmont能效核。
性能核：Cougar Cove
Panther Lake所用的P核代號為Cougar Cove，它是在Arrow Lake和Lunar Lake上使用的Lion Cove架構P核基礎上優化而來的，執行端口數量和流水線長度都沒變化，主要是針對Intel 18A工藝進行優化。採用了基於AI的電源管理，更好的根據CPU實時動態負載變化去調配內部的硬件資源，讓核心性能充分發揮同時避免電力浪費。
Cougar Cove主要進行了以下三點優化：
內存消歧，以往CPU在處理內存讀寫操作時，需要嚴格遵循指令的順序，這導致了內存帶寬利用率低下。內存消歧允許CPU的多個執行單元進行亂序或並行的內存讀寫操作，該技術能精準預測哪些操作可以並行執行，哪些存在依賴需要等待，能夠顯著提升CPU與內存之間的帶寬利用率。Cougar Cove相比Lion Cove，消歧技術性能更可靠，細節更準，並且恢復更快。
TLB增強，它是是CPU內部虛擬地址到物理地址的映射緩存，Cougar Cove的TLB容量擴大了50%，讓CPU面對更復雜的現代工作負載能夠更快、更可靠地運行。
分支預測，Cougar Cove的分支預測相比Lion Cove在預測準確性上有了進一步提高，另外分支預測的延遲也大幅度縮短，讓CPU能夠將更少的時間花費在預測和修正的開銷上，而將更多的時間投入到計算任務中，最終讓性能與能效都有所提升。
能效核：Darkmont
Panther Lake所用的E核代號為Darkmont，它同樣是Arrow Lake和Lunar Lake所用的Skymont的進一步演進，它保留了上代的26個調度端口，引入了內存消歧技術，提升了Nanocode性能，讓能效核的執行單元的硬件得到更充分的利用，在提升能效的同時，實現了性能提升。
Darkmont主要進行了以下四點優化：
分支預測，Darkmont可以預測更後面的分支，並且可以提高準確性，降低延遲。
動態預取器控制，預取器能夠根據當前的工作負載類型和實時變化，智能地調整預取策略，讓執行單元最大限度地保持繁忙狀態，提升了性能，在某些場景下還能降低不必要的功耗。
Nanocode，它是比傳統Microcode更底層的微操作指令，後者面向CPU邏輯模塊，而前者則進一步分解直接面向硬件執行小單元，這種更細粒度的控制，能夠更精準、更靈活地調度硬件資源。Darkmont相比Skymont，它的Nanocode能夠覆蓋更多的指令，可在更多場景下充分釋放E核的性能與低功耗優勢。
內存消歧，這個其實與Cougar Cove P核的改進是一樣的，提升了E核的內存利用率。
緩存和內存子系統
Panther Lake的計算模塊相比與Lunar Lake，基本上就是把GPU分拆成獨立模塊，這樣就可以更靈活的去搭配不同規格GPU。和Meteor Lake和Arrow Lake相比的話，就是把SoC模塊一分為二，I/O部分全部劃分到平台控制模塊，把剩下的內存控制器、LP-E核、NPU、IPU、媒體與視頻單元都併入計算模塊。
Panther Lake的緩存和內存子系統的結構基本是延續了Lunar Lake的設計，只不過Lunar Lake上可沒有掛在環形總線上的E核。Panther Lake的P核與E核都掛在環形總線上，它們共享18MB L3緩存，Cougar Cove P核每個核心有3MB L2緩存，而Darkmont E核則是每組共享4MB L2緩存。
計算模塊上還有一組4個Darkmont E核充當低功耗島的作用，同樣擁有4MB共享L2緩存，它們掛在NOC總線上，所以也沒有三級緩存。但Panther Lake延續了Lunar Lake上的內存端緩存設計，LP-E核、NPU、IPU與媒體引擎都可以使用它，內存端緩存可降低這些模塊對系統內存的依賴，避免重複讀取，有效降低延遲並大幅節省能耗。
代際性能提升
在經過多項升級之後，Panther的單線程性能較Lunar Lake和Arrow Lake-H在同功耗時提升了10%，在同樣性能的時候最多可降低40%的功耗。
多線程方面，在相同功耗下，Panther對比Lunar Lake有50%的性能提升。與Arrow Lake-H相比，在提供相似的性能的時候功耗最多可降低30%。
硬件線程調度器與軟件升級
自英特爾在12代酷睿Alder Lake處理器引入混合架構以來，硬件線程調度器就成了一個很關鍵的東西，它關係到CPU能否把線程分配給正確的核心。
Panther Lake的硬件線程調度器對分類模型做了優化，根據新架構的核心特性進行了分類，給系統更準確的調度指數參考，舊的分類模型不再適用於Panther Lake。電源管理輸入也有改善，現在能根據OEM的電源模式是傾向能效還是性能去調整反饋表的內容，能給操作系統一個更加貼近Panther Lake性能的，更能反映真實情況的反饋表。
這些改善擴大了硬件線程調度器的作用範圍，原本只有在某些特定場景下發揮功能，現在能做更多場景下看到會有線程調度的動作。這個調度是高度並行的，能夠跨三個級別的混合核心之間相互來回調度。
Panther Lake的核心調度其實與Meteor Lake較為相似，線程進來會先分配LP-E核，如果性能不夠就把負載調進E核，再不夠就讓P核來，下面我們來看看實際的應用調度情況。
常用的會議軟件Teams，使用時會開啓背景虛化和AI特效等。圖中的小方塊就是操作系統隔離區，當設置效率優先的時候，在Teams使用場景下基本上所有負載都集中在LP-E核，只有零散工作分配給P核與E核，這樣就能保證足夠低的功耗來提升設備續航時間。
接下來是UL Procyon生產力基準測試，也就是Office套件的測試。在這種混合工作負載環境下，在沒有高負載需求時任務都在LP-E核上跑，當檢測到需要高性能時，系統會迅速將該負載調度至P核進行處理，從而為用户提供快速響應。
這是在OS不分區的設置下CineBench 2024多線程測試的負載情況，這設置允許操作系統自由調度至各個核心。在初始階段軟件還在啓動，僅需少量核心工作。但一旦進入計算密集型階段，所有核心均開放給操作系統進行調度，從而充分釋放多線程性能潛力。
遊戲方面測試的是《控制》，在不分區的系統設置下，所有核心都會開放給系統調度，可以看到所有核心都有負載，但《控制》這款遊戲對CPU的負載並不大，更側重GPU，這種調度策略會讓CPU消耗過多功耗，擠佔了可分配給核顯的電力。
在混合模式下，負載會集中在P核與E核上，不會分配給LP-E核，通過這種智能調度，CPU的整體功耗有效降低，節省下來的功耗可以分配給核顯，使其獲得更多的電力支持，遊戲性能提升了10%左右。
英特爾在系統軟件層面構建了一個管理堆棧，通過OEM廠商提供的一些性能模式，比如野獸模式、性能模式等，這些模式可以對應英特爾平台軟件的某個性能與效率節點，然後再傳遞給SoC電源管理，再傳遞給硬件線程調度器，最後通過系統實際反應到SoC的行為上。通過這些軟件工具，OEM能夠根據其平台需求，在性能與能效曲線上找到最佳配置點，從而滿足特定的系統要求。
英特爾還做了一個智能體驗優化器，能夠在後台根據實時工作負載，自動在預設的性能模式和更高效的節能模式之間進行無縫切換，只要是搭載Panther Lake的設備，在選擇平衡模式時，用户即可享受到系統根據實時負載智能調配性能與能效。
Panther Lake的核顯是基於Xe3 GPU的，但需要明確的是，Xe3並非基於Celestial架構，而是Battlemage的延伸，它會被命名為鋭炫B系列，和現在的Battlemage獨顯一樣。未來還會有Xe3P GPU，那個被劃分到下一代鋭炫系列，大家應該能猜到是什麼了。
英特爾GPU裏面最基本的構建單元是渲染切片，在Xe3中每個渲染切片中的Xe核心數量從Xe2的4個擴展到6個，光追單元數量也跟着增加至6個，從而提供更強大、更充足的計算能力。
上面已經説過了，Panther Lake有兩種GPU配置，4個Xe核心的GPU包含32個XMX引擎、4MB L2緩存、1個幾何管線、4個採樣器、4個光線追蹤單元、2個像素後端。
12個Xe核心的GPU包含96個XMX引擎、16MB L2緩存、2個幾何管線、12個採樣器、12個光線追蹤單元、4個像素後端，擁有更強大的性能。Lunar Lake上面的Xe2核顯配備8MB L2緩存，現在翻倍到16MB，內存訪問量可以有效減少17%~36%，能夠提供更流暢的運行體驗。
Xe3從引擎到切片進行了全面優化，包括第三代Xe核心、更強的光線追蹤單元、優化的Xe矢量引擎以及更出色的圖形專用硬件管線。
第三代Xe核心包括8個512位矢量引擎和8個2048位XMX引擎，這點與Xe2是一樣的，但L1緩存容量增加了33%，賦予了Xe核心更強大的性能。
新的Xe矢量引擎線程數增加了25%，添加了可變寄存器，有效提升了Xe矢量引擎的使用效率，使得相同的硬件能夠支持更多、更快的負載。它支持原生FP8反量化，以及SIMD16原生ALU、三路併發、擴展數據指令集與FP64，並支持Xe矩陣擴展。
XMX AI加速引擎是AI運算核心算力的來源，可提供高達120TOPS的算力，每個時鐘週期可執行1024個XMX TF32操作，支持2048個XMX FP16/BF16運算，4096個XMX INT8運算和8192個XMX INT4/INT2運算，這些都比上一代有了顯著提升。
光線追蹤單元支持異步光線追蹤的動態光線管理，可大幅提升光線追蹤負載下的性能。
Xe3採用更優的固定功能管線，配備全新的URB管理器，它用於GPU內部子單元之間的數據轉換和傳輸。在以往的URB設計中，即使只傳輸少量數據，也需要對整個URB進行同步，效率低下。新的URB管理器設計允許對部分URB進行傳輸同步，最高可支持2倍的異向性過濾，並使模板測試速率最高提升2倍。
Xe3擁有第三代Xe核心、更強的光線追蹤單元、更高利用率的Xe矢量引擎以及更優的圖形專用硬件管線，這些共同帶來了顯著的性能提升。
Panther Lake上的Xe3核顯，前一代Lunar Lake的Xe2，性能提升可超過50%。若與使用更早Xe架構的Arrow Lake-H相比，新的核顯實現了40%的每瓦性能提升。
最後英特爾還預告了會在Xe3上推出多幀生成功能，支持一幀原始畫面生成四幀輸出畫面，將是未來XeSS 3核心部分之一。其通過抓取運動向量和深度緩衝區構建的光流網絡，基於AI技術，實現更流暢的遊戲畫面。XeSS-MFG多幀生成技術分為遊戲內支持與驅動內支持，所有支持XeSS 2裏XeSS-FG的遊戲都能直接支持，不需要額外去做適配。
XeSS-MFG多幀生成技術支持所有配備XMX硬件的鋭炫GPU，從鋭炫A系列到鋭炫B系列獨立顯卡，還有各種依託Xe系列架構的核顯產品，這讓英特爾成為首個將多幀生產引入到多代硬件的公司。
Panther Lake上使用了英特爾第五代NPU，也就是NPU5，它主要是提升了芯片面積效率，NPU5在每個神經計算引擎中都擁有更大的MAC單元，更大的MAC單元能帶來更高的計算密度和運算效率。所以NPU5相比於NPU4，每個Slice中的神經單元數量從6個減少到3個，但每個神經計算引擎的計力翻倍，這有效提升了整體運算效率和Die size的利用率。
NPU5的Slice包含三個神經計算引擎，提供12K的矩陣運算能力、4.5MB的暫存器內存、6個SHAVE DSP以及256KB的L2緩存，這些較上一代都有提升。
NPU5的計算效率相對於NPU4有顯著提高，單位面積下的TOPS性能提升超過40%，可以看到新的NPU5芯片面積明顯小於NPU4。
NPU5支持INT8和FP8量化的運算，目前在推理任務中8位的模型是較為常用的，且精度損失在可接受範圍內，NPU5每週期可以進行2048個INT8或FP8的MAC運算，而FP16則是每週期2048，效率比NPU4有兩倍的提升。
NPU5可提供高達50TOPS的計算能力，這主要得益於超過40%的單位面積TOPS提升，以及針對AI負載的特定優化，包括對激活函數的支持和原生FP8的數據類型支持，從而顯著提升了NPU的算力。
整個Panther Lake SoC可提供高達180TOPS的平台算力，其中CPU算力為10TOPS，NPU為50TOPS，GPU貢為120TOPS。算力提升並非簡單的數字疊加，而是不同的硬件單元可以被用在不同的負載上。CPU主要支持輕量級AI工作負載，NPU用來支持一些持續性低功耗的AI負載，而GPU則服務於高吞吐量、高性能要求的負載。
最後來總結一下，Panther Lake的性能和能效都得到了明顯的提升，單線程性能在同功耗下較Lunar Lake提高了10%，綜合性能同功耗下提升了50%。在提供相同的多線程性能時，功耗比Arrow Lake-H降低了30%。GPU性能綜合提高了50%。新的NPU5將比上代的NPU4有超過40%的單位面積TOPS提升。整個SoC的功耗相比Lunar Lake下降可達10%，相比Arrow Lake則有高達40%的功耗降低。
Panther Lake還配備新的IPU7.5，支持增強型HDR，支持AI降噪和基於AI驅動的局部色調映射，可以提供更生動的視頻和照片。還支持Wi-Fi 7 R2與藍牙6，有更好的無線連接體驗。
預計Panther Lake會在明年CES上正式發佈，而搭載該處理器的筆記本電腦將在2026年第一季度陸續上市，還有3個月的時間給英特爾和OEM合作伙伴去打磨自己的產品，從處理器的規格來看，Panther Lake只會覆蓋U和H兩個產線，由於核心規模過小，HX的高性能處理器還是得靠老產品繼續服役。