緣何成就顯卡霸主?扒一扒英特爾集成顯卡的歷史

2021-01-12 愛好者網站

昨天智趣狗和大家分享了英特爾意欲重回獨顯市場,並簡單回顧了英特爾早期也曾經推出獨顯的歷史。今天,就讓我們再次撥開歷史迷霧,扒一扒英特爾是如何依靠集成顯卡成為整個顯卡市場霸主(不是指性能,而是最高佔有率)的?

緊跟DX的腳步 英特爾的集成顯卡之旅

自810/815晶片組一炮而紅後,英特爾就確立了晶片組整合GPU的發展策略,這種集顯設計不僅可以極大降低DIY平臺的開銷,更符合筆記本的瘦身方向,所以結局就變得顯而易見了。

Extreme Graphics初露鋒芒

2002年,為了配合Pentium 4(奔騰4)處理器的發售,英特爾同步推出了配套的i845G和i845E晶片組(隨後還衍生出了i845GL/GE/GV等。

為了便於推廣,英特爾給集成顯卡統一命名為「Intel Extreme Graphics」,它硬體支持DirectX7.0,性能接近NVIDIA同期的GeForece 2 MX200,通過DVMT技術可從內存中調動最多48MB用於共享顯存(需要配合Windows XP系統)。

這個時期的3D遊戲普遍都採用DirectX作為多媒體的編程接口,為了獲得最好的畫質,開啟全部特效,就需要GPU端完整支持某一DirectX標準才可以。

當DirectX步入8.0時期時,英特爾推出了改良的Extreme Graphics II,並將其集成在i865G晶片組內。需要注意的是,這款集成顯卡只是部分支持DirectX8.0,雖然它通過雙通道內存技術和新一代Zone Rendering技術提升了效能,接近NVIDIA同期的GeForece 2 MX400,但受限於不完整的DirectX8.0,對遊戲玩家的吸引力並不算大。

為了看到3DMark2001的這個測試項目,不知道多少DIY玩家咬牙升級支持DX8.0的顯卡

GMA集顯大獲榮光

2003年微軟發布了DirectX9.0,連完整DirectX8.0都不支持的Extreme Graphics II自然更是難以為繼。

於是,英特爾加大了集成顯卡的研發力量,並終於在2004年伴隨Intel 915G晶片組(包括移動端的915GM,以後英特爾移動晶片組都會帶個「M」)與玩家見面。

為了彰顯新品身份,英特爾將集成顯卡改名為「Graphics Media Accelerator」,而915G晶片組首發的GMA900就此誕生,其核心頻率可達333MHz,整體性能有了明顯的提升。一年後945G晶片組降臨,它集的GMA950可以視為GMA900的超頻版,核心頻率提升到了400MHz,並加入了對HDTV的支持。

由於這一時期筆記本電腦逐漸步入井噴期,而此時針對筆記本定製的獨立顯卡還未成熟,所以幾乎絕大多數筆記本新品都是GMA900集成顯卡的「客戶」。在新集成顯卡的幫助下,英特爾在2005年Q1季度佔到了圖形晶片市場份額的43.1%。後來迅馳平臺的出現更是加速了這一進程,英特爾強制要求唯有採用英特爾自家處理器、晶片組和無線網卡組合的筆記本才能貼上迅馳商標,而當年迅馳就是高端筆記本的代名詞。

微軟在2004年就推出了DirectX9.0c,但英特爾直到2006年發布的G965晶片組才集成了支持該技術的GMA X3000顯卡,其核心頻率依舊是400MHz。2008年,伴隨G31/G32/G35晶片組的問世,英特爾集成顯卡也先後升級到了GMA X3100和GMA X3500,後者不僅擁有677MHz的核心頻率,還首次加入了對DirectX10的支持,可惜由於驅動的拖累,這一時期的集成顯卡表現並不理想。

2008年,英特爾在G45/G43/G41系列晶片組中集成了GMA X4500顯卡,其最大的特色就是支持高清視頻的硬解碼,進一步完善了集顯的應用範圍,看全高清電影CPU佔用率100%的問題得到了有效的緩解。沒人能想到,GMA X4500系列(包含GMA X4500M、X4500HD等)竟然成為了集成顯卡的絕唱。

發展至今,英特爾集成顯卡逐漸遭遇了明顯的瓶頸:性能提升越來越乏力,而寄生於晶片組的形式也存在佔用主板空間和功耗較高的缺陷。於是,英特爾決定改變玩法,對集成顯卡的架構進行大刀闊斧的改革,並讓它和CPU聯姻,從而減少對主板空間的佔用,符合PC綠色節能和筆記本瘦身的長期發展需求。

沒錯,核芯顯卡的序幕就要被拉開了。

從開放逐漸走向封閉

英特爾集成顯卡的市佔率之所以可以不斷提升,與其從開放走向封閉的市場策略也不無關係。當年NVIDIA、ATI、VIA和SIS都曾為英特爾處理器研發過晶片組,與其配套的主板要麼在成本上,要麼在集成顯卡的性能上都有著不俗的競爭力。

其中,英特爾和NVIDIA的關係算是最為曖昧的。在很長一個時期NVIDIA都拿不到英特爾的授權,只能為AMD設計主板。而隨著「nForce4 SLI+Althon 64+NVIDIA顯卡」組合表現出了強大的戰鬥力,英特爾終於在2004年底和NVIDIA籤訂了多項專利交互授權協議,於是才有了後面無數經典的Intel平臺NVIDIA晶片組,比如nForce 600和MCP73等,後者集成的GeForce 7系列圖形核心更是深得玩家的喜愛,性能可秒殺英特爾同期的GMA集成顯卡。

可惜,隨著ATI被AMD收購,英特爾收回NVIDIA授權,英特爾處理器逐漸變得只有Intel自家晶片組可用的封閉局面。所以,每賣出1顆處理器,就意味著英特爾GPU銷量+1,哪怕PC還額外配備了獨立顯卡也不影響英特爾集成顯卡在3D圖形市場上的份額。

CPU+GPU二合一 回顧英特爾核顯時

收購ATI之後,AMD最早提出來融聚理念:將CPU和GPU打包成為一顆晶片。然而,英特爾卻憑藉32nm製程工藝的領先優勢,搶先在第一代酷睿Westmere(桌面/筆記本代號分別為Clarkdale/Arrandale)嘗鮮CPU和GPU的融合,從此掀開了核顯時代的序幕。

一代酷睿:掀開核顯序幕

雖然第一代酷睿趕上了CPU融合GPU的頭班車,但不得不說英特爾此次有些匆忙了,因為此時CPU和GPU還都是獨立存在的,只是被封裝在同一塊PCB上而已,它們之間使用QPI總線相連,被玩家形象地稱為英特爾用「膠水」將CPU和GPU粘在了一起。

不過,至少在形態和空間佔用上,這一代的酷睿處理器已經達成了目的,英特爾也做出了集成顯卡→核芯顯卡的更名。

需要注意的是,這代處理器的CPU部分採用了32nm工藝,GPU部分還停留在45nm工藝層面。

其中,GPU部分裡包含了PCI-E控制器和內存控制器,其本質就是一顆北橋晶片。和上代GMA4500集成顯卡相比,第一代核芯顯卡將EU單元從10個提升到了12個,核心頻率提升到了最高900MHz,性能提升還是頗為顯著的。為了延長筆記本的續航時間,移動版處理器的GPU還可以通過Turbo Boost動態調整頻率。

二代酷睿:實現真正的融合

有了Westmere的經驗積累,英特爾2011年發布的第二代酷睿處理器(Sandy Bridge)終於實現了CPU和GPU「真融合」的目標:CPU和GPU全部為32nm工藝打造,並和內存控制器、PCI-E控制器全部整合到一個核心之中。

為了滿足不同客戶的需求,英特爾將第二代核芯顯卡細分為了HD2000和HD3000,其中HD2000內置6個EU單元,為不支持超頻的桌面處理器所用;HD3000擁有12個EU單元,專為移動酷睿(筆記本專用)和桌面K系列可超頻的處理器獵裝。

需要注意的是,由於二代酷睿處理器的三級緩存改用了環形總線設計,而GPU可共享三級緩存,所以哪怕是6個EU單元的HD2000,其性能也會明顯超過第一代核芯顯卡。

三代酷睿:性能功能大躍進

2012年上市的第三代酷睿處理器(Ivy Bridge)憑藉首發22nm工藝,對GPU部分進行了大幅度的優化更新。首先,英特爾將和核芯顯卡細分為HD2500和HD4000,前者EU單元為6個(桌面處理器),而後者EU單元則提升到了16個(移動酷睿和K系列桌面處理器),同時加入了對DirectX11、OpenGL3.2的支持,增強了並行運算能力,Quick Sync 2.0編碼加速技術還能加速視頻編輯進度,視頻輸出能力也從原來的雙屏上升到三屏輸出。

從HD4000開始,筆記本電腦終於可以憑藉唯一的核芯顯卡應對主流3D遊戲的挑戰了,比如在低畫質下流暢運行《英雄聯盟》不再是奢望。要知道,當年《英雄聯盟》可是堪稱集顯殺手的存在哦。

四代酷睿:規範命名 銳炬誕生

2013年,第四代酷睿處理器(Haswell)對核芯顯卡進行了「大手術」,引入了模塊化設計、可擴展的設計,從而走上了暴力堆砌核顯規格的道路,並規範了以「GT+數字」的核芯命名方式。

此次英特爾將核顯細分為了GT1(具體型號為HD Graphics,內置10個EU單元,用於賽揚等低端處理器)、GT2(HD4200/HD4400/HD4600,內置20個EU單元,主要為移動酷睿和桌面處理器所用)。

GT3內置40個EU單元,並被進一步細分為15W GT3、28W GT3和GT3e。其中,15W GT3具體型號為HD5000,為i5-4260U等移動酷睿所用;28W GT3名為Iris(銳炬)5100,專為i5-4258U等移動酷睿所用;而GT3e被命名為Iris Pro 5200,集成額外的128MB eDRAM(可作為L4緩存,性能堪比當時的GeForce GT650M獨顯,被i7-4980HQ移動酷睿和i7-4770R等桌面酷睿所用。

可惜,銳炬核顯只為小眾的高端和頂級處理器所用,而搭配它們的產品卻大都還配備了額外的高性能獨顯,核顯的重要性被大幅淡化。最需要更強核顯加持的中低端處理器則只能使用GT1和GT2,這是時至今日英特爾也沒能改進的無奈特色。

五代酷睿:蓄勢待發中

第五代酷睿處理器(Broadwell)誕生於2014年,其核顯在API方面有了大幅提升,支持DirectX11.2、OpenGL4.2和OpenCL2.0,甚至已經領先於NVIDIA當時主打的麥克斯韋架構。

這一代核顯GT1、GT2、GT3內置的EU單元分別提升到了12個、24個和48個,分別對應HD Graphics、HD5300/HD5500和HD6000/Iris 6100/Iris Pro 6200。這一年,英特爾還推出了TDP僅有4.5W的酷睿M(集成HD5300,針對新興的二合一設備),同時桌面(如i7-5775c)也開始集成Iris Pro 6200。

還是上面的問題,買i7-5775c的用戶怎能不配獨立顯卡,再強的核顯又有什麼意義?此外,這一代酷睿主要是為英特爾試水14nm工藝,嘗試「真正」的SoC(System on a Chip)設計,為第六代酷睿的推出奠定基礎。

六代酷睿:核顯最終定型

第六代酷睿處理器(Skylake)在2015年發布,這一代的核顯有著較大的革新,支持最新的DirectX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等圖形規範,還支持HEVC/H.265、AVC、SVC、VP8、MJPG硬體加速。同時,英特爾還對核顯進行了更名,後綴型號由四位數縮減為三位數(如HD515、HD520、HD530),並推出了集成72個EU單元的GT4(Iris Pro 580)。

可以說,正是從Skylake開始英特爾核顯才最終定型,第七代和第八代酷睿處理器的核顯都是在其基礎上進行的修修補補。

七代酷睿:提供硬體級解碼能力

2016年上市的第七代酷睿(Kaby Lake)集成的核顯取名為HD615、HD620、HD630和Iris Plus,它們和上代核顯在規格上並無不同,只是取消了GT4,全系列加入了HEVC Main/Main10、VP9 8-bit/10-bit的硬解碼能力,在應對4K級別視頻的播放變得無比輕鬆和省電。

八代酷睿:馬甲改名再戰一年

2017年9月面世的第八代酷睿處理器(Kaby Lake-Refresh和Coffee Lake)集成的核顯與上代依舊沒有太大變化,只是名字從HD620等改為了UHD620,性能上的提升幾乎都源於更高 頻GPU和內存頻率帶來的增益效果。這一代的核顯最大特色是支持HDMI 2.0/HDCP 2.2標準,以及硬體編解碼10bit 4K HEVC,可流式處理4K UHD視頻。

核顯性能遭遇瓶頸

縱觀英特爾近些年的核顯戰略,移動酷睿的整體規格都要優於桌面處理器,目的就是幫助沒有空間安置獨立顯卡的輕薄本提升圖形性能。然而,從Skylake開始,最近三代核顯在性能上處於原地踏步的節奏,雖然多媒體特性有所增強,但還不足以駕馭最新3D遊戲的挑戰。

哪怕英特爾旗下還有銳炬核顯,但其性能也只是勉強比肩NVIDIA GeForce 930MX的水準,隨著以MX150為代表的新一代主流獨顯的出現,英特爾高端核顯優勢不再。

問題來了,更輕更薄更強是未來PC的發展趨勢,特別是對超薄本和PC平板二合一類型的設備而言,英特爾酷睿處理器的CPU運算性能沒的說,如何才能彌補核顯性能層面的瓶頸?為了滿足未來市場的發展需要,英特爾做出了一個破天荒的決定——攜手AMD一起打造處理器!

那麼,英特爾與AMD攜手打造的融合了Vega核顯的Kaby Lake-G平臺又有多強?這個話題咱們明天再聊~

 

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