22年後再戰高性能顯卡市場 Intel Xe GPU架構詳解:王之野望

作為CPU界的王者，Intel對高性能GPU市場一直沒有死心，1998年就推出了i740獨顯，12年後又推出Larrabee，22年後的今天又重燃戰鼓，推出了Xe GPU架構。

Intel重新殺入高性能GPU市場的傳聞已久，並挖來了AMD RTG部門前主管、首席架構師Raja Koduri坐鎮GPU業務，這次是否會不一樣呢？

今天的2020年架構日上，Intel終於詳細地解開了Xe GPU的面紗，這裡我們就來管中窺豹一探Intel歷時多年重新打造的GPU架構。

對於Xe架構，我們之前的報導已經多次提到Intel對它的期望是希望用一種架構去滿足多種使用場景，從筆記本到遊戲卡再到高性能超算，都是Xe架構，推動GPU算力從萬億次（TFLOPS）向千萬億次（PFLOPS）邁進。

Intel Xe架構總覽：一種架構通殺四方、適應AI、雲時代

對於Xe GPU架構，官方的定義是「並行矢量矩陣架構」，已經突出了這個架構的特點，那就是高度並行，適合擴展多種場景。

Xe GPU架構有三大重點——軟體第一、並行第二，同時適應全新的工作負載，比如AI、視覺雲計算等等，這也是Intel作為GPU後來的一個優勢，研發GPU架構的時候可以不用照顧太多之前的積累，直接面向未來潛力巨大的場景，比如AI、雲計算等等。

Xe GPU希望用一個架構統一所有應用場景，不過實際情況還是很複雜的，不同場景對性能、功耗的要求不同，可以細分為集成+低能耗、中端、發燒級、數據中心/AI、HPC百億億次計算等等。

在這些細分場景中，Intel打造了三種不同的架構——Xe LP低功耗、Xe HP高性能、Xe HPC，不過實際上已經擴展到了四種，後面會再詳細說。

雖然有三四種不同的架構，不過Intel現在做的主要是兩種——適用於HPC的Xe HPC及低功耗的Xe LP，後者適合核顯、筆記本及低端獨顯，包括之前曝光最多的DG1顯卡。

Intel Xe GPU架構詳解：EU、存儲、AI、顯示、視頻單元全都改了

目前進度最好的還是Xe LP低功耗版，Xe GPU的結構介紹都是基於Xe LP的，具體如下：

Xe LP架構簡單來說就是在提升FLOPS浮點性能的同時，還要考慮功耗，所以能效很重要，性能及能效兼顧。

提升性能就要提升計算規模，Xe架構在Gen11基礎上全面提升了執行單元的規模，EU單元從Ice Lake處理器上的Gen11核顯最多64個提升到了96個，每周期Texel紋理、Pixel像素渲染能力也從32、16提升到48、24，總體性能1.5倍於目前Gen11顯卡水平。

考慮到Gen11的規模實際上已經是目前Gen9.5的2倍多，理論上Tiger Lake上的Gen12核顯性能是現有核顯的至少3倍。

能效方面，在同樣的電壓下，Xe LP GPU的頻率大幅提升，從之前1.1GHz左右提升到了1.7GHz，還有其他手段一起降低了功耗，能效也全面改進了。

下面就是Gen11與Xe架構EU單元的具體對比了。

存儲單元方面，Xe LP GPU的改變也不小，L1新增了數據是緩存，並支持端對端壓縮，L3緩存從Gen11的3MB大幅提升到16MB，同時GTI（Graphics Technology Interface 圖形技術接口）帶寬翻倍。

在AI上，Xe架構之前的GPU主要是支持FP32、FP16及Int16浮點，而Xe GPU開始支持INT8指令，AI性能是FP32的4倍。

多媒體引擎上，Xe GPU架構的解碼、編碼帶寬翻倍，支持AV1加速，同時支持4K/8K60播放，還有HDR、杜比音效等等。

顯示輸出方面，Xe GPU支持4屏擴展，支持雙eDP，接口支持DP 1.4、HDMI 2.0、TBT4及USB4，並支持8K UHD輸出，還有360Hz高刷、自適應Sync，全面達到頂級水平。

為何說軟體第一？Intel Xe GPU驅動及軟體優化

前面提到Xe GPU架構的時候，Intel第一個強調的是軟體，很多人可能並不理解，實際上Intel這次是抓到重點了，軟體支持是GPU最容易翻車的地方，Intel的核顯GPU多年來理論性能不弱，但是遊戲表現一言難盡，就是驅動和優化是最大的鍋。

這次Intel對軟體及驅動的重視終於提上來了，這也跟Raja Koduri本人的風格有一定關係，2013年他回到AMD的時候，當年AMD第一個改革的就是催化劑驅動，全面放棄之前的界面及設計，變成了現在的腎上腺素Adrenalin驅動。

在圖形軟體方面，不同場景下的GPU面對的挑戰也是不同的，3D渲染、計算、多媒體、性能、穩定性等等都很重要。

在驅動及編譯器效率上，Xe GPU改變了調度設計，支持AI優化指令，降低了DX11中的驅動開銷（overhead），減少了API延遲等等。

針對GPU優化，Xe GPU可以自適應優化，在後臺就最大化GPU性能。

Xe GPU還支持了VRS可變幀率渲染，根據渲染場景的不同來選擇降低或者提升渲染內容，之前在Ice Lkae的Gen11上首先應用了。

還有就是IGCC控制面板，這裡面提供了不少遊戲輔助弓箭手，包括截屏、銳化、直播等等，如果大家用過NVIDIA的GFE及AMD的RIS，就知道Intel這是在一比一的致敬兩位對手了，這對遊戲玩家來說也是好事。

最後就是遊戲支持，這個才是考驗GPU廠商的關鍵，目前已經得到英雄薩姆4、GRID、Gear Tactics、Ring of Elysium、Chvalry II等遊戲支持的，這個只能慢慢來了。

Intel Xe GPU產品線：Xe LP首發三款、One More Thing驚喜亮相

在尾聲階段，來看看Intel Xe GPU最終的產品線，目前主要是Xe LP及Xe HPC兩個架構有結果，其中LP架構會有三款產品。

最快見到的Tiger Lake處理器上的Gen12核顯，然後就是DG1，這個是針對移動內容創造者的，還有就是針對伺服器的SG1，後兩者規格應該差不多。

然後就是One More Thing了，前面說到了Xe GPU有LP、HP及HPC三種，現在Intel又增加了一個選擇——Xe HPG，專門為發燒級遊戲玩家設計的。

Xe HPG最大的特點就是支持RT光線追蹤，硬體光追這個未來遊戲的最大賣點也追上來了，至此AMD、NVIDIA及Intel三家都明確了支持光追了。

現在Xe GPU的架構就變成了Xe LP、Xe HPG、Xe HP及Xe HPC四大金剛了，未來會覆蓋核顯到HPC超算在內的多個場景。

最最後就是四款GPU架構的工藝及封裝了，Xe LP會使用Intel的10nm SuperFin工藝，Xe HPG及Xe HP則是增強版10nm SuperFin工藝，其中Xe HP還會使用EMIB 2.5D封裝技術。

在往上，Xe HPC的計算卡之前原定是7nm工藝首發，現在隨著7nm延期，也退回到了10nm SuperFin工藝了，不過封裝技術是最先進的Foveros及Co-EMIB。

總之，今天公布的Xe架構可以讓大家過過癮，然而這些東西依然是紙面上的，停留在架構上的，有關DG1顯卡、HPG光追卡的最終規格、性能、價格、上市時間等信息還得等等，最快也要年底左右了。