英特爾 back，全新架構(gòu) coming

原標(biāo)題：英特爾 back，全新架構(gòu) coming

Intel is back！2021年度“架構(gòu)日”就是最給力的注解。

因?yàn)檫@個(gè)時(shí)長(zhǎng)僅兩個(gè)多小時(shí)的活動(dòng)，竟一口氣披露了多達(dá)11項(xiàng)新產(chǎn)品新技術(shù)。而且與以往不同的是，英特爾首次在中國(guó)向公眾開放了這個(gè)活動(dòng)的線上直播，全面展示了這些架構(gòu)創(chuàng)新方面的最新戰(zhàn)果。

這些成果確實(shí)超出了很多人的預(yù)期：兩款下一代x86內(nèi)核微架構(gòu)，Xe HPG以及英特爾獨(dú)立顯卡，專為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器Sapphire Rapids，基礎(chǔ)設(shè)施處理器 (IPU) Mount Evans IPU等等。如此驚艷的表現(xiàn)，非常完美地印證了英特爾CEO帕特·基辛格在活動(dòng)中所說那句話：“Intel is back！”

意外嗎？其實(shí)大可不必?；厮葸^去幾年，早在2017年，英特爾就確立了“以數(shù)據(jù)為中心”的轉(zhuǎn)型目標(biāo)，并致力于釋放數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)帶來的無(wú)限潛力。針對(duì)這一戰(zhàn)略，英特爾在之后的幾年里制定了一系列計(jì)劃；2018年，英特爾強(qiáng)調(diào)需要在六個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，并定義了新計(jì)算時(shí)代所需的四種基本計(jì)算架構(gòu)，即標(biāo)量（對(duì)應(yīng)CPU）、向量（對(duì)應(yīng)GPU），矩陣（對(duì)應(yīng)ASIC）、空間（對(duì)應(yīng)FPGA）；在2020年英特爾還展示了一系列旨在將算力提高1000倍的尖端技術(shù)。

到2021年，隨著英特爾新任CEO Pat Gelsinger就位，英特爾發(fā)布了一系列重大戰(zhàn)略計(jì)劃，包括在3月宣布IDM2.0戰(zhàn)略，然后在7月，英特爾宣布了其歷史上最詳細(xì)的涉及晶體管、互連和封裝等技術(shù)的創(chuàng)新路線圖。

所以說，在這個(gè)8月，英特爾呈爆發(fā)式的技術(shù)力釋放是有跡可循的。

具體而言，此次英特爾發(fā)布了全新的CPU架構(gòu)和兩個(gè)核心——性能核及能效核，將移動(dòng)SoC中已廣泛應(yīng)用的CPU混合架構(gòu)率先嵌入桌面級(jí)CPU中，并介紹了基于性能核開發(fā)的、融入了更多企業(yè)應(yīng)用負(fù)載優(yōu)化技術(shù)的下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器Sapphire Rapids。在升級(jí)“拿手好戲”CPU的同時(shí)，英特爾還帶來了關(guān)于獨(dú)立GPU的更多詳細(xì)信息。更值得注意的是，英特爾公司首次展示了Ponte Vecchio GPU，該GPU耗時(shí)近兩年，包含1000億個(gè)晶體管，是迄今為止英特爾計(jì)算密度最高的產(chǎn)品，可以提供業(yè)界最高的AI智能。除此之外，英特爾還推出了可幫助CPU卸載數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用和服務(wù)的全新基礎(chǔ)設(shè)施處理器（IPU）。

從CPU到GPU再到IPU，英特爾通過實(shí)際產(chǎn)品驗(yàn)證了在芯片異構(gòu)時(shí)代以一家公司之力打造XPU全局的可行性?？梢悦鞔_的是，英特爾的新CPU是值得期待的，GPU和IPU也將在業(yè)內(nèi)引起必要的重視。

時(shí)代需要處理能力提升1000倍

英特爾公司高級(jí)副總裁兼加速計(jì)算系統(tǒng)和圖形事業(yè)部總經(jīng)理Raja Koduri在架構(gòu)日上說：“目之所及，今天人類的生活都與數(shù)字技術(shù)交織在一起。在我們所研究的每一個(gè)高需求工作負(fù)載，遇見的每一位追求創(chuàng)新的客戶中，都有一個(gè)共同的元性能要求——1000x（千倍級(jí)）的提升。而這個(gè)要求只給了英特爾4年時(shí)間?！?/p>

近年來，隨著數(shù)據(jù)的多樣化和數(shù)據(jù)量的爆炸性增長(zhǎng)，世界正被技術(shù)以驚人的速度進(jìn)行著改變。在新冠肆虐的時(shí)候，少了科技的幫助，人類社會(huì)生活將面目全非。不論是AI、AR、甚至是新冠疫苗的研發(fā)都需要超高性能的算力支持。對(duì)英特爾而言，每一位追求創(chuàng)新的客戶都向其提出了問題，到2025，英特爾能讓工作負(fù)載處理能力有1000x（千倍級(jí)）的提升嗎？

英特爾是如何回答這個(gè)問題的呢？本文重點(diǎn)關(guān)注的是企業(yè)市場(chǎng)，也就是To B端。

數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)革新

目前，全球半導(dǎo)體巨頭都在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)布局，伴隨技術(shù)升級(jí)，競(jìng)爭(zhēng)正變得愈發(fā)激烈。在本次架構(gòu)日當(dāng)中，英特爾針對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行了一系列的技術(shù)更新，推出了Sapphire Rapids（下一代英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器），并表示這是業(yè)界在數(shù)據(jù)中心平臺(tái)上進(jìn)步的表現(xiàn)之一，英特爾方面認(rèn)為，Sapphire Rapids將為數(shù)據(jù)中心架構(gòu)樹立新的標(biāo)準(zhǔn)。

Sapphire Rapids的核心是一個(gè)分區(qū)塊、模塊化的SoC架構(gòu)，采用英特爾的嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）封裝技術(shù)，在保持單晶片CPU接口優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，具有更出色的可擴(kuò)展性。Sapphire Rapids提供了一個(gè)單一、平衡的統(tǒng)一內(nèi)存訪問架構(gòu)，每個(gè)線程均可完全訪問緩存、內(nèi)存和I/O等所有單元上的全部資源，由此實(shí)現(xiàn)整個(gè)SoC層面的一致的低時(shí)延和高橫向帶寬。

除了Sapphire Rapids，如今在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，DPU是許多巨頭關(guān)注的重點(diǎn)之一，英特爾也推出了與此相關(guān)的IPU產(chǎn)品。英特爾基于FPGA的IPU已導(dǎo)入多個(gè)云端服務(wù)商。在本次架構(gòu)日上，英特爾宣布將針對(duì)云和通信市場(chǎng)，推出兩款基于FPGA的IPU產(chǎn)品——Oak Springs Canyon和Arrow Creek。其中，Oak Springs Canyon是基于英特爾至強(qiáng) D 處理器和英特爾 Agilex FPGA構(gòu)建；Arrow Creek則是專為搭載至強(qiáng)服務(wù)器設(shè)計(jì)的SmartNIC。

英特爾還推出了一款基于AISC的IPU，即Mount Evan，是英特爾的首個(gè)ASIC IPU。這是英特爾與一家一流云服務(wù)提供商共同設(shè)計(jì)和開發(fā)的，融合了多代FPGA SmartNIC的經(jīng)驗(yàn)。

難如登月也要上，繼續(xù)征戰(zhàn)獨(dú)立GPU市場(chǎng)

在架構(gòu)日上，Raja直接展示了英特爾與業(yè)界領(lǐng)先水平的差距：“我們面臨的是將近持續(xù)十年之久的問題。英特爾在吞吐量計(jì)算密度和對(duì)高帶寬內(nèi)存的支持方面都落后。這兩者都是 HPC和AI的基本指標(biāo)，也是GPU架構(gòu)的基石。當(dāng)2017年GPU架構(gòu)開始為AI數(shù)據(jù)類型的矩陣處理添加特殊引擎時(shí)，問題變得更糟。我們真得很想盡快縮小這個(gè)差距，所以我們需要一個(gè)堪比登月難度的創(chuàng)新產(chǎn)品。”

為此，英特爾推出了全新的獨(dú)立顯卡微架構(gòu)Xe HPG，采用新的Xe內(nèi)核，聚焦計(jì)算、可編程、可擴(kuò)展，并全面支持DirectX 12 Ultimate，Xe-HPG 的Xe 內(nèi)核包括16個(gè)矢量引擎和16個(gè)矩陣引擎，英特爾將其稱為XMX，或 Xe Matrix eXtensions。從客戶端產(chǎn)品來看，Xe HPG微架構(gòu)為Alchemist系列SoC提供動(dòng)力，首批相關(guān)產(chǎn)品將于2022年第一季度上市，并采用新的品牌名——英特爾銳炫。

同時(shí)，基于Xe-HPC微架構(gòu)，英特爾還推出了面向高性能計(jì)算和人工智能工作負(fù)載的新款GPU——Ponte Vecchio。英特爾方面也稱，Ponte Vecchio是英特爾迄今為止最復(fù)雜的SoC。

英特爾展示了早期的Ponte Vecchio芯片顯示出的領(lǐng)先性能：在一個(gè)流行的AI基準(zhǔn)測(cè)試上創(chuàng)造了推理和訓(xùn)練吞吐量的行業(yè)紀(jì)錄。據(jù)英特爾稱，“我們的A0芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過每秒45萬(wàn)億次浮點(diǎn)運(yùn)算的FP32吞吐量，超過5 TBps的持續(xù)內(nèi)存結(jié)構(gòu)帶寬以及超過 2 TBps的連接帶寬。”

英特爾在GPU方面的進(jìn)步不僅顯示了其技術(shù)發(fā)展方向，也落實(shí)了其IDM 2.0計(jì)劃——其Alchest GPU基于臺(tái)積電的N6工藝制造，Ponte Vecchio采用臺(tái)積電的N5制程技術(shù)。

當(dāng)然，在沒有IDM 2.0之前，英特爾也是有一部分生產(chǎn)是與臺(tái)積電合作的，IDM 2.0戰(zhàn)略更加清晰指出未來的路。作為老牌計(jì)算芯片巨頭和少有的半導(dǎo)體垂直整合型企業(yè)，在IDM 2.0戰(zhàn)略的框架之下，英特爾在設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試一體化、IDM方面擁有了更多可選擇的余地，可以快速推動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)程并拓展生態(tài)合作，在成本和性能上面做到更好的平衡。采用第三方代工產(chǎn)能，用不同的制程來生產(chǎn)英特爾產(chǎn)品，是IDM2.0策略中的關(guān)鍵一環(huán)，也是英特爾應(yīng)對(duì)劇變，迎合數(shù)字化發(fā)展需求所做出的關(guān)鍵決策。

正如英特爾研究院副總裁、英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)所言：“未來的發(fā)展趨勢(shì)一定是在英特爾的工藝節(jié)點(diǎn)上，以及我們的代工合作伙伴的工藝節(jié)點(diǎn)上選取不同的節(jié)點(diǎn)做優(yōu)化配置。”

全新x86內(nèi)核架構(gòu)，靶向極致性能

最后我們?cè)俸?jiǎn)單談?wù)劚敬渭軜?gòu)日中上英特爾介紹的兩種全新的x86內(nèi)核微架構(gòu)設(shè)計(jì)：能效核（E-Core）與性能核（P-Core）。

E-Core和P-Core不僅適用于各種架構(gòu)的性能混合上，單獨(dú)拿出來也各具特色。據(jù)介紹，E-Core將能效I/O的吞吐量?jī)?yōu)先考慮，能夠提高處理多種任務(wù)，同時(shí)保證比較好的功耗。與Skylake對(duì)比，E-Core單線程40%能耗比提升，四線程兩內(nèi)核80%能耗比提升，可見E-Core的能耗比優(yōu)化幅度非常明顯。

P-Core則是目前英特爾性能最高的一種CPU內(nèi)核架構(gòu)，該核更多針對(duì)計(jì)算密度較大的場(chǎng)景，與此同時(shí)需要一些專門加速硬件配合。該核的優(yōu)化級(jí)別是更高的集成密度、更高的主頻、更短的計(jì)算延遲。

英特爾表示，E-Core和P-Core是英特爾近十年最重大的架構(gòu)進(jìn)展，以這兩處內(nèi)核的設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)，未來可快速構(gòu)建更多產(chǎn)品種類。

結(jié)語(yǔ)

通過以上不難發(fā)現(xiàn)，英特爾的XPU愿景正在一步步得到完善，英特爾也許將成為業(yè)內(nèi)最早能夠搭建完善的XPU架構(gòu)的芯片巨頭。

未來十年將是計(jì)算架構(gòu)的黃金十年。對(duì)此，業(yè)內(nèi)芯片龍頭企業(yè)也紛紛針對(duì)多計(jì)算架構(gòu)進(jìn)行了部署，從大佬們的動(dòng)作當(dāng)中，很明顯能看到圍繞著計(jì)算架構(gòu)的競(jìng)爭(zhēng)正在展開。

一句話總結(jié)，英特爾在此次架構(gòu)日活動(dòng)中推出的針對(duì)CPU、GPU和IPU的技術(shù)架構(gòu)的改變和創(chuàng)新，都表明英特爾已經(jīng)做好準(zhǔn)備。此外，所有這些產(chǎn)品也都展示了IDM2.0戰(zhàn)略發(fā)布的新動(dòng)力。向新架構(gòu)邁進(jìn)，使英特爾的道路越來越寬泛，也使英特爾的整體格局越來越大。種種一切，都讓大家看到，一個(gè)更開放、更有想象力、也更有創(chuàng)新實(shí)踐力的英特爾正在積極擁抱新的市場(chǎng)和競(jìng)爭(zhēng)。

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