原標(biāo)題：英特爾GPU，到底行不行？ 來(lái)源：格隆匯
作者：Isaiah Mayersen?
來(lái)源： 半導(dǎo)體行業(yè)觀察
英特爾正在為游戲玩家、專業(yè)人士和服務(wù)器開發(fā)獨(dú)立GPU，它們都計(jì)劃在今年或2021年發(fā)布。英特爾的顯卡要么會(huì)成為萎靡市場(chǎng)期待已久的救星，要么就是表現(xiàn)不佳，遭遇慘敗。就我個(gè)人而言，無(wú)論出現(xiàn)哪種結(jié)果，我都很高興：我們要么會(huì)得到不錯(cuò)的GPU，要么會(huì)得到不錯(cuò)的笑料。
2017年11月8日：Raja Koduri辭去了AMD GPU部門的工作，加入英特爾，成為英特爾負(fù)責(zé)核心和視覺計(jì)算的高級(jí)副總裁。他的第一個(gè)行動(dòng)是從AMD的隊(duì)伍中雇傭了6個(gè)老伙伴。
2018年6月12日：時(shí)任首席執(zhí)行官的Brain Krzanich向英特爾的投資者透露，他們多年來(lái)一直在設(shè)計(jì)Arctic Sound獨(dú)立GPU架構(gòu)，他們計(jì)劃在2020年發(fā)布它。
2019年1月8日：客戶端計(jì)算高級(jí)副總裁Gregory Bryant在CES上確認(rèn)，英特爾的第一輪GPU將到達(dá)10nm節(jié)點(diǎn)。
2019年5月1日：高級(jí)首席工程師兼渲染和可視化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Jim Jeffers宣布Xe在FMX19上的光線追蹤能力。
2019年11月17日：Raja Koduri透露Xe將有三種風(fēng)格，高性能、低功耗和高性能計(jì)算。他說(shuō)，后一類的第一個(gè)GPU將是Ponte Vecchio，將于2021年在7 nm節(jié)點(diǎn)上推出。
2019年1月9日：Discrete Graphics One Software Development Vehicle（DG1 SDV）的第一張圖片發(fā)布，顯示了一張RGB-infused小型卡片，幫助開發(fā)人員針對(duì)Xe架構(gòu)優(yōu)化他們的軟件。
即將到來(lái)的是……
2020年3月17日：高級(jí)開發(fā)者關(guān)系工程師Antoine Cohade將在GDC上“詳細(xì)介紹硬件架構(gòu)”和Xe的“性能影響”。
官方的敘述講述了英特爾努力構(gòu)建神秘的GPU的故事，這些GPU注入了許多令人向往的功能：更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)、光線追蹤、新的封裝技術(shù)。但你我都知道，GPU的關(guān)鍵不在于噱頭，而在于馬力和資金。這就是本文的主題。
架構(gòu)
好的架構(gòu)始于一磚一瓦，GPU也不例外，除了英特爾。AMD和英偉達(dá)的內(nèi)核每時(shí)鐘執(zhí)行1次操作，而英特爾的執(zhí)行單元（EU）執(zhí)行8次操作。盡管存在技術(shù)上的不準(zhǔn)確，但是為了便于比較，我們把一個(gè)EU描述為相當(dāng)于8個(gè)內(nèi)核。
除了英特爾需要一次用8塊磚建造之外，他們的建造技術(shù)非常簡(jiǎn)單。他們可以把幾塊磚扔在一起做成一堵墻。有了幾面墻，就有了一個(gè)房間，把幾個(gè)房間放在一起，就可以建一座公寓了。
跳過中間步驟，Xe最大的獨(dú)立單元（公寓）被稱為一個(gè)slice，每個(gè)slice包含512或768個(gè)內(nèi)核，分別用于高性能和低功耗slice。你只需要一間公寓，所以低功耗顯卡只用一個(gè)slice。但是，如果你不想在那里定居，那么英特爾將制造由許多slice組成的摩天大樓式的發(fā)燒級(jí)GPU。
一個(gè)單slice LP GPU和一個(gè)4-slice HP GPU，每個(gè)藍(lán)色的方塊代表一個(gè)執(zhí)行單元。圖片基于英特爾的架構(gòu)和Supercomputing 2019演示文稿，以及EEC歸檔和已編輯的驅(qū)動(dòng)程序。 可能不完全準(zhǔn)確。
這就是關(guān)于Xe架構(gòu)所需要了解的全部?jī)?nèi)容，但是如果你想要了解一些技術(shù)術(shù)語(yǔ)和數(shù)字指標(biāo)，那么就不要跳過下面的內(nèi)容。
在Gen11中，英特爾的集成GPU有一個(gè)slice ，它由8個(gè)sub-slice組成，而每個(gè)sub-slice又有8個(gè)執(zhí)行單元。他們對(duì)Gen12（Xe的第一代產(chǎn)品）進(jìn)行了一些微調(diào)，包括計(jì)算單元（CU）以及渲染后端的更改。
9月份，意外上傳到GitHub的代碼泄露了DG1、Ponte Vecchio和一個(gè)DG2變體的配置。這次泄密是可靠的，因?yàn)槭聦?shí)證明它對(duì)Ponte Vecchio將有2個(gè)slice的反直覺預(yù)測(cè)是正確的。它預(yù)測(cè)DG1的每個(gè)slice將有6個(gè)sub-slice，因此96個(gè)EU也或多或少地被給出相同數(shù)字的EEC 文件所證實(shí)。
泄露的信息顯示，在英特爾所有的Gen12型號(hào)中，每個(gè)sub-slice有16個(gè)EU，特別是在Ponte Vecchio中，每個(gè)slice有4個(gè)sub-slice。Koduri后來(lái)透露Ponte Vecchio有兩個(gè)slice和16個(gè)CU。
這些信息足以說(shuō)明Ponte Vecchio可能的工作方式是：8個(gè)EU組合成一個(gè)CU（64個(gè)內(nèi)核），它們配對(duì)成一個(gè)sub-slice（128個(gè)內(nèi)核/16個(gè)EU），其中4個(gè)組成一個(gè)slice（512個(gè)內(nèi)核/64個(gè)EU）。有兩個(gè)slice意味著Ponte Vecchio有128個(gè)EU，1024個(gè)內(nèi)核。請(qǐng)注意，兩個(gè)slice的結(jié)構(gòu)可能僅適用于原型。
Ponte Vecchio的基本slice配置預(yù)計(jì)也將用于高性能和低功耗型號(hào)。
DG2：高性能
代號(hào)為Discrete Graphics Two（DG2）的高性能微架構(gòu)涵蓋了中端和發(fā)燒友級(jí)的GPU市場(chǎng)。這些顯卡將具有光線跟蹤和RGB閃光功能，但最令人興奮的是，英特爾有可能挑戰(zhàn)英偉達(dá)對(duì)600美元以上高端產(chǎn)品的壟斷。
“Xe HP……將很容易成為印度設(shè)計(jì)的最大的芯片，并且是世界上最大的芯片。”
——Raja Koduri
去年7月，英特爾意外發(fā)布了一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序，其中包含3個(gè)DG2代號(hào)：iDG2HP128，iDG2HP256和iDG2HP512。我們可以合理地假設(shè)，末尾的3個(gè)數(shù)字表示顯卡的EU數(shù)量，那么它們將分別擁有1024、2048和4096個(gè)內(nèi)核，即2、4、8個(gè)slice。
然而，不久之后，我們就看到了開發(fā)1536核的3-slice GPU的確鑿證據(jù)。考慮到英特爾開發(fā)第4款規(guī)格與現(xiàn)有型號(hào)如此相似的顯卡很不合邏輯，我們可以安全地假設(shè)這是禁用了1個(gè)slice的iDG2HP256。這印證了人們的普遍懷疑，即英特爾正在采用3種基本型號(hào)，并禁用一個(gè)或多個(gè)slice，以將第4、第5、第6，甚至第7種型號(hào)添加到它們的產(chǎn)品線中。
*DG1有6個(gè)sub-slice，DG2有4個(gè)sub-slice，因此每個(gè)slice的內(nèi)核數(shù)量不同。
DG2未來(lái)不僅僅是游戲GPU。它們無(wú)法處理像Ponte Vecchio這樣的科學(xué)工作負(fù)載，但如果它們發(fā)布后物有所值，它們肯定可以作為視頻編輯或三維建模硬件的專業(yè)驅(qū)動(dòng)重新銷售，比如英偉達(dá)的Quadro顯卡。
DG1：低功耗
低功耗段被定義為5W~50W。集成GPU為5W~20W，獨(dú)立GPU為20W~50W。
英特爾已經(jīng)向我們介紹了LP家族的第一位成員。DG1 SDV系列在CES 2020上進(jìn)行了重點(diǎn)展示，運(yùn)行帶RGB等功能的《命運(yùn)2》和《星際戰(zhàn)甲》。但它只是偽裝成一張游戲顯卡。DG1 SDV是一個(gè)專為開發(fā)人員設(shè)計(jì)的版本，旨在幫助將軟件和驅(qū)動(dòng)程序過渡到Xe平臺(tái)。
然而，這并不意味著你最終無(wú)法買到類似的東西，英特爾已經(jīng)展示了它可以在筆記本電腦上運(yùn)行。
據(jù)報(bào)道，集成形式的LP GPU有64~768個(gè)內(nèi)核，而獨(dú)立的LP GPU僅有全部768個(gè)內(nèi)核。這相當(dāng)于AMD最好的集成硬件和英偉達(dá)最低端的獨(dú)立GPU的內(nèi)核數(shù)量。但Xe LP可能會(huì)在時(shí)鐘速度方面勝過它們。
一份泄露的Rocket Lake手機(jī)處理器在Geekbench上的測(cè)試結(jié)果顯示，該處理器集成了768個(gè)核心的LP GPU，運(yùn)行速度為1.5 GHz，測(cè)試結(jié)果為2.3 TFLOPs。這與GTX 1650的性能相當(dāng)。即使在最壞的情況下，1.5 GHz使用完整的20W TDP，而英特爾在發(fā)布之前甚至不能將速度提高1 MHz，這令人印象深刻。
想象一下這個(gè)處理器有多高效。GTX 1650的TFLOPS略低，具有75W的TDP：LP GPU幾乎是GTX 1650的4倍。推到50W的LP GPU將會(huì)提高時(shí)鐘速度，并可能達(dá)到與GTX 1660相同的性能等級(jí)。
但好東西還不止這些。對(duì)Linux內(nèi)核的更新表明，英特爾正在計(jì)劃一種同時(shí)運(yùn)行集成顯卡和獨(dú)立顯卡的方式，并且有可能聯(lián)合運(yùn)行。如果能夠成功實(shí)現(xiàn)，則可以將iGPU的全部功能與獨(dú)立GPU的功能相結(jié)合，從而創(chuàng)建一款節(jié)省空間和成本效益的1536核的組合GPU。這是從同樣的芯片中榨取更多性能的絕佳方法。
Ponte Vecchio：數(shù)據(jù)計(jì)算
當(dāng)我在介紹中說(shuō)只有GPU的原始馬力才重要時(shí)，我有些標(biāo)題黨了。這不是數(shù)據(jù)中心GPU的情況，特別是Ponte Vecchio。Ponte Vecchio講的都是能最大限度提高效率的技巧和技術(shù)。
有趣的事實(shí)：Koduri 以佛羅倫薩的一座橋的名字命名Ponte Vecchio，是因?yàn)樗矚g那里的冰淇淋。
Ponte Vecchio是專門為Aurora超級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的，這應(yīng)該會(huì)讓你了解它將針對(duì)哪種類型的工作負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化。
如果這沒有給你提示，那我就說(shuō)出來(lái)：雙精度。這基本上是每個(gè)數(shù)據(jù)中心GPU的第一件事，Koduri在發(fā)布會(huì)上花了很多時(shí)間討論它。
然而不幸的是，他唯一給出的數(shù)字是Ponte Vecchio的每EU理論上的FP64性能，這個(gè)數(shù)字大約是Gen11的40倍。
讓我們簡(jiǎn)單算一算，每1024內(nèi)核顯卡在FP64上大約有20 TFLOP。不過，不要把這當(dāng)成福音，因?yàn)樵谟?jì)算中沒有足夠的重要數(shù)字來(lái)產(chǎn)生有意義的結(jié)果。
僅次于高精度工作負(fù)載的自然是超低精度工作負(fù)載。Ponte Vecchio支持INT8、BF16以及人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理中常用的FP8和FP16。每個(gè)EU都配備了矩陣引擎（如英偉達(dá)張量?jī)?nèi)核），它比標(biāo)準(zhǔn)EU的矩陣處理速度快32倍。
然而，這些都不是特別新奇的。Ponte Vecchio的真正優(yōu)勢(shì)在于它的內(nèi)存子系統(tǒng)，它可以讓GPU以新的方式處理問題。
為此，Ponte Vecchio利用了英特爾的關(guān)鍵新互連技術(shù)Foveros和EMIB（嵌入式多芯片互連橋）。Foveros使用硅通孔在有源插入器裸片上堆疊多個(gè)芯片，提供了類似于片內(nèi)的速度，又提供了片外的連接性。相比之下，EMIB是兩個(gè)芯片之間的“啞巴”連接，它使用無(wú)源裸片，但以較低的成本提供高帶寬。
EMIB和Foveros
基于英特爾架構(gòu)圖的圖表、2018年架構(gòu)日和Supercomputing 2019演示文稿，以及來(lái)自WikiChip的信息。它沒有準(zhǔn)確地描述真實(shí)的實(shí)現(xiàn)。
EMIB用于將GPU的計(jì)算硬件直接連接到HBM，從而獲得Ponte Vecchio驚人的內(nèi)存帶寬。Foveros用于將sub-slice上的兩個(gè)CU連接到英特爾新的超級(jí)緩存RAMBO Cache的一個(gè)chiplet上。多虧了Foveros，RAMBO對(duì)其容量或占用空間沒有任何限制，并且在從HBM或其他sub-slice發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時(shí)可以繞過CU。
擁有巨大的緩存顯然是非常昂貴的（我指的是巨大，英特爾的圖表顯示蘭博chiplet與CU的大小相同），但它開啟了一些絕妙的選擇。例如，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理中，RAMBO可以存儲(chǔ)比其他GPU緩存大一個(gè)數(shù)量級(jí)的矩陣。其他GPU會(huì)隨著矩陣變大和精度水平的提高而降低性能，但Ponte Vecchio能夠保持峰值性能。
Ponte Vecchio
藍(lán)色方塊是執(zhí)行單元，綠色代表RAMBO和HBM。此圖基于英特爾架構(gòu)圖和Supercomputing 2019演示文稿。可能不完全準(zhǔn)確。
RAMBO緩存還支持Xe Memory Fabric，Xe Memory Fabric是由連接和技術(shù)組成的網(wǎng)絡(luò)，可匯集服務(wù)器節(jié)點(diǎn)中每個(gè)GPU和CPU的資源。每個(gè)GPU的RAMBO緩存都被合并到一個(gè)存儲(chǔ)體中，對(duì)任何東西都是可用的，最慢的連接是通過PCIe 5.0以63 Gb/s速度相連的CPU連接。
在最近的年度收益投資者會(huì)議上，英特爾證實(shí)，Ponte Vecchio將在2021年第4季度開始出貨。目前尚不清楚這是全面出貨，還是先期單獨(dú)用于Aurora超級(jí)計(jì)算機(jī)的出貨。
軟件
硬件雖好，但是沒有足夠的軟件支持，硬件就完全沒用了。而且門檻相當(dāng)高：即使1%的游戲沒有得到適當(dāng)?shù)闹С郑矔?huì)流失數(shù)百萬(wàn)的游戲玩家。好消息是英特爾似乎正在盡最大努力。
英特爾正在為現(xiàn)代高性能應(yīng)用重新設(shè)計(jì)其最低級(jí)別的軟件——指令集架構(gòu)（ISA）。“ Gen12計(jì)劃包括自最初的i965以來(lái)對(duì)英特爾EU ISA進(jìn)行的最深入的改造之一。幾乎每個(gè)指令字段、硬件操作碼和寄存器類型的編碼都需要更新。”
在驅(qū)動(dòng)程序?qū)用妫⑻貭栠€有很長(zhǎng)的路要走，但他們正在取得進(jìn)展。他們的集成GPU驅(qū)動(dòng)程序沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更新頻繁，我們比較一下最近10次更新之間的平均時(shí)間：英特爾為26天，英偉達(dá)為14天，AMD為12天。但是它們的穩(wěn)定性和支持在2019年確實(shí)有了很大的提高，并且有275個(gè)新驅(qū)動(dòng)程序針對(duì)英特爾架構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。
另一方面，英特爾面向消費(fèi)者的軟件則是一流的。例如，他們最近發(fā)布的Graphics Command Center比英偉達(dá)的GeForce Experience提供了更多的控制，而且更容易使用。就像GeForce Experience一樣，它可以針對(duì)特定的硬件配置優(yōu)化游戲，但它也解釋了每種設(shè)置的作用以及它將對(duì)性能產(chǎn)生多大影響。驅(qū)動(dòng)程序控制簡(jiǎn)單明了。
Command Center在提供高級(jí)顯示控制方面也是獨(dú)一無(wú)二的。它提供輕松的多顯示器設(shè)置、刷新率和旋轉(zhuǎn)同步，以及用于調(diào)整顏色樣式的全面選項(xiàng)。盡管我運(yùn)行的是英偉達(dá)硬件，但我還是使用它來(lái)控制系統(tǒng)。
此外，英特爾還支持可變刷新率，因此Xe產(chǎn)品將支持FreeSync和G-Sync顯示器。
發(fā)布
雖然英特爾對(duì)他們將在3月份的GDC上宣布的內(nèi)容有點(diǎn)含糊其辭，但我們很有可能會(huì)看到一份全面的披露。如果是這樣的話，我們可以期待新產(chǎn)品在接下來(lái)的幾個(gè)月里發(fā)布。最有可能的是在6月。
去年10月，Koduri在推特上發(fā)了一張他的新車牌圖片，給出了一個(gè)不太明顯的暗示。它的名字是“Think Xe”，日期是2020年6月。他拒絕對(duì)這個(gè)日期的意義進(jìn)行評(píng)論，這表明它可能有意義。
如果這不是一輛車，而是英特爾的暗示呢？——Richart
以這種方式泄露日期的一個(gè)好處是，它告訴業(yè)界應(yīng)該期待什么，同時(shí)又不會(huì)引起太多的興奮，以至于如果GPU在7月份問世，粉絲們會(huì)很生氣。所以可以認(rèn)為這是一個(gè)模糊的目標(biāo)；英特爾的目標(biāo)可能是在6月份發(fā)布（正好趕上Computex），但這可能需要更長(zhǎng)的時(shí)間，具體取決于事情的進(jìn)展。
英特爾暗示了一些很酷的東西，我們?nèi)匀粚?duì)圖形領(lǐng)域的第三大玩家抱有希望。但在時(shí)機(jī)成熟之前，我們只能持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度。
