22年后再战高性能显卡市场 Intel Xe GPU架构详解：王之野望
22年后再战高性能显卡市场 Intel Xe GPU架构详解：王之野望
作为CPU界的王者，Intel对高性能GPU市场一直没有死心，1998年就推出了i740独显，12年后又推出Larrabee，22年后的今天又重燃战鼓，推出了XeGPU架构。
Intel重新杀入高性能GPU市场的传闻已久，并挖来了AMDRTG部门前主管、首席架构师RajaKoduri坐镇GPU业务，这次是否会不一样呢？
今天的2020年架构日上，Intel终于详细地解开了XeGPU的面纱，这里我们就来管中窥豹一探Intel历时多年重新打造的GPU架构。
对于Xe架构，我们之前的报道已经多次提到Intel对它的期望是希望用一种架构去满足多种使用场景，从笔记本到游戏卡再到高性能超算，都是Xe架构，推动GPU算力从万亿次（TFLOPS）向千万亿次（PFLOPS）迈进。
IntelXe架构总览：一种架构通杀四方、适应AI、云时代
对于XeGPU架构，官方的定义是“并行矢量矩阵架构”，已经突出了这个架构的特点，那就是高度并行，适合扩展多种场景。
XeGPU架构有三大重点——软件第一、并行第二，同时适应全新的工作负载，比如AI、视觉云计算等等，这也是Intel作为GPU后来的一个优势，研发GPU架构的时候可以不用照顾太多之前的积累，直接面向未来潜力巨大的场景，比如AI、云计算等等。
XeGPU希望用一个架构统一所有应用场景，不过实际情况还是很复杂的，不同场景对性能、功耗的要求不同，可以细分为集成+低能耗、中端、发烧级、数据中心/AI、HPC百亿亿次计算等等。
在这些细分场景中，Intel打造了三种不同的架构——XeLP低功耗、XeHP高性能、XeHPC，不过实际上已经扩展到了四种，后面会再详细说。
虽然有三四种不同的架构，不过Intel现在做的主要是两种——适用于HPC的XeHPC及低功耗的XeLP，后者适合核显、笔记本及低端独显，包括之前曝光最多的DG1显卡。
IntelXeGPU架构详解：EU、存储、AI、显示、视频单元全都改了
目前进度最好的还是XeLP低功耗版，XeGPU的结构介绍都是基于XeLP的，具体如下：
XeLP架构简单来说就是在提升FLOPS浮点性能的同时，还要考虑功耗，所以能效很重要，性能及能效兼顾。
提升性能就要提升计算规模，Xe架构在Gen11基础上全面提升了执行单元的规模，EU单元从IceLake处理器上的Gen11核显最多64个提升到了96个，每周期Texel纹理、Pixel像素渲染能力也从32、16提升到48、24，总体性能1.5倍于目前Gen11显卡水平。
考虑到Gen11的规模实际上已经是目前Gen9.5的2倍多，理论上TigerLake上的Gen12核显性能是现有核显的至少3倍。
能效方面，在同样的电压下，XeLPGPU的频率大幅提升，从之前1.1GHz左右提升到了1.7GHz，还有其他手段一起降低了功耗，能效也全面改进了。
下面就是Gen11与Xe架构EU单元的具体对比了。
存储单元方面，XeLPGPU的改变也不小，L1新增了数据缓存，并支持端对端压缩，L3缓存从Gen11的3MB大幅提升到16MB，同时GTI（GraphicsTechnologyInterface图形技术接口）带宽翻倍。
在AI上，Xe架构之前的GPU主要是支持FP32、FP16及Int16浮点，而XeGPU开始支持INT8指令，AI性能是FP32的4倍。
多媒体引擎上，XeGPU架构的解码、编码带宽翻倍，支持AV1加速，同时支持4K/8K60播放，还有HDR、杜比音效等等。
显示输出方面，XeGPU支持4屏扩展，支持双eDP，接口支持DP1.4、HDMI2.0、TBT4及USB4，并支持8KUHD输出，还有360Hz高刷、自适应Sync，全面达到顶级水平。
为何说软件第一？IntelXeGPU驱动及软件优化
前面提到XeGPU架构的时候，Intel第一个强调的是软件，很多人可能并不理解，实际上Intel这次是抓到重点了，软件支持是GPU最容易翻车的地方，Intel的核显GPU多年来理论性能不弱，但是游戏表现一言难尽，就是驱动和优化是最大的锅。
这次Intel对软件及驱动的重视终于提上来了，这也跟RajaKoduri本人的风格有一定关系，2013年他回到AMD的时候，当年AMD第一个改革的就是催化剂驱动，全面放弃之前的界面及设计，变成了现在的肾上腺素Adrenalin驱动。
在图形软件方面，不同场景下的GPU面对的挑战也是不同的，3D渲染、计算、多媒体、性能、稳定性等等都很重要。
在驱动及编译器效率上，XeGPU改变了调度设计，支持AI优化指令，降低了DX11中的驱动开销（overhead），减少了API延迟等等。
针对GPU优化，XeGPU可以自适应优化，在后台就最大化GPU性能。
XeGPU还支持了VRS可变帧率渲染，根据渲染场景的不同来选择降低或者提升渲染内容，之前在IceLkae的Gen11上首先应用了。
还有就是IGCC控制面板，这里面提供了不少游戏辅助弓箭手，包括截屏、锐化、直播等等，如果大家用过NVIDIA的GFE及AMD的RIS，就知道Intel这是在一比一的致敬两位对手了，这对游戏玩家来说也是好事。
最后就是游戏支持，这个才是考验GPU厂商的关键，目前已经得到英雄萨姆4、GRID、GearTactics、RingofElysium、ChvalryII等游戏支持的，这个只能慢慢来了。
IntelXeGPU产品线：XeLP首发三款、OneMoreThing惊喜亮相
在尾声阶段，来看看IntelXeGPU最终的产品线，目前主要是XeLP及XeHPC两个架构有结果，其中LP架构会有三款产品。
最快见到的TigerLake处理器上的Gen12核显，然后就是DG1，这个是针对移动内容创造者的，还有就是针对服务器的SG1，后两者规格应该差不多。
然后就是OneMoreThing了，前面说到了XeGPU有LP、HP及HPC三种，现在Intel又增加了一个选择——XeHPG，专门为发烧级游戏玩家设计的。
XeHPG最大的特点就是支持RT光线追踪，硬件光追这个未来游戏的最大卖点也追上来了，至此AMD、NVIDIA及Intel三家都明确了支持光追了。
现在XeGPU的架构就变成了XeLP、XeHPG、XeHP及XeHPC四大金刚了，未来会覆盖核显到HPC超算在内的多个场景。
最最后就是四款GPU架构的工艺及封装了，XeLP会使用Intel的10nmSuperFin工艺，XeHPG及XeHP则是增强版10nmSuperFin工艺，其中XeHP还会使用EMIB2.5D封装技术。
在往上，XeHPC的计算卡之前原定是7nm工艺首发，现在随着7nm延期，也退回到了10nmSuperFin工艺了，不过封装技术是最先进的Foveros及Co-EMIB。
总之，今天公布的Xe架构可以让大家过过瘾，然而这些东西依然是纸面上的，停留在架构上的，有关DG1显卡、HPG光追卡的最终规格、性能、价格、上市时间等信息还得等等，最快也要年底左右了