英特尔 back，全新架构 coming

原标题：英特尔 back，全新架构 coming

Intel is back！2021年度“架构日”就是最给力的注解。

因为这个时长仅两个多小时的活动，竟一口气披露了多达11项新产品新技术。而且与以往不同的是，英特尔首次在中国向公众开放了这个活动的线上直播，全面展示了这些架构创新方面的最新战果。

这些成果确实超出了很多人的预期：两款下一代x86内核微架构，Xe HPG以及英特尔独立显卡，专为数据中心设计的下一代至强可扩展处理器Sapphire Rapids，基础设施处理器 (IPU) Mount Evans IPU等等。如此惊艳的表现，非常完美地印证了英特尔CEO帕特·基辛格在活动中所说那句话：“Intel is back！”

意外吗？其实大可不必。回溯过去几年，早在2017年，英特尔就确立了“以数据为中心”的转型目标，并致力于释放数据指数级增长带来的无限潜力。针对这一战略，英特尔在之后的几年里制定了一系列计划；2018年，英特尔强调需要在六个关键领域持续创新，并定义了新计算时代所需的四种基本计算架构，即标量（对应CPU）、向量（对应GPU），矩阵（对应ASIC）、空间（对应FPGA）；在2020年英特尔还展示了一系列旨在将算力提高1000倍的尖端技术。

到2021年，随着英特尔新任CEO Pat Gelsinger就位，英特尔发布了一系列重大战略计划，包括在3月宣布IDM2.0战略，然后在7月，英特尔宣布了其历史上最详细的涉及晶体管、互连和封装等技术的创新路线图。

所以说，在这个8月，英特尔呈爆发式的技术力释放是有迹可循的。

具体而言，此次英特尔发布了全新的CPU架构和两个核心——性能核及能效核，将移动SoC中已广泛应用的CPU混合架构率先嵌入桌面级CPU中，并介绍了基于性能核开发的、融入了更多企业应用负载优化技术的下一代至强可扩展处理器Sapphire Rapids。在升级“拿手好戏”CPU的同时，英特尔还带来了关于独立GPU的更多详细信息。更值得注意的是，英特尔公司首次展示了Ponte Vecchio GPU，该GPU耗时近两年，包含1000亿个晶体管，是迄今为止英特尔计算密度最高的产品，可以提供业界最高的AI智能。除此之外，英特尔还推出了可帮助CPU卸载数据中心基础设施应用和服务的全新基础设施处理器（IPU）。

从CPU到GPU再到IPU，英特尔通过实际产品验证了在芯片异构时代以一家公司之力打造XPU全局的可行性。可以明确的是，英特尔的新CPU是值得期待的，GPU和IPU也将在业内引起必要的重视。

时代需要处理能力提升1000倍

英特尔公司高级副总裁兼加速计算系统和图形事业部总经理Raja Koduri在架构日上说：“目之所及，今天人类的生活都与数字技术交织在一起。在我们所研究的每一个高需求工作负载，遇见的每一位追求创新的客户中，都有一个共同的元性能要求——1000x（千倍级）的提升。而这个要求只给了英特尔4年时间。”

近年来，随着数据的多样化和数据量的爆炸性增长，世界正被技术以惊人的速度进行着改变。在新冠肆虐的时候，少了科技的帮助，人类社会生活将面目全非。不论是AI、AR、甚至是新冠疫苗的研发都需要超高性能的算力支持。对英特尔而言，每一位追求创新的客户都向其提出了问题，到2025，英特尔能让工作负载处理能力有1000x（千倍级）的提升吗？

英特尔是如何回答这个问题的呢？本文重点关注的是企业市场，也就是To B端。

数据中心市场革新

目前，全球半导体巨头都在数据中心市场布局，伴随技术升级，竞争正变得愈发激烈。在本次架构日当中，英特尔针对数据中心进行了一系列的技术更新，推出了Sapphire Rapids（下一代英特尔至强可扩展处理器），并表示这是业界在数据中心平台上进步的表现之一，英特尔方面认为，Sapphire Rapids将为数据中心架构树立新的标准。

Sapphire Rapids的核心是一个分区块、模块化的SoC架构，采用英特尔的嵌入式多芯片互连桥接（EMIB）封装技术，在保持单晶片CPU接口优势的同时，具有更出色的可扩展性。Sapphire Rapids提供了一个单一、平衡的统一内存访问架构，每个线程均可完全访问缓存、内存和I/O等所有单元上的全部资源，由此实现整个SoC层面的一致的低时延和高横向带宽。

除了Sapphire Rapids，如今在数据中心市场，DPU是许多巨头关注的重点之一，英特尔也推出了与此相关的IPU产品。英特尔基于FPGA的IPU已导入多个云端服务商。在本次架构日上，英特尔宣布将针对云和通信市场，推出两款基于FPGA的IPU产品——Oak Springs Canyon和Arrow Creek。其中，Oak Springs Canyon是基于英特尔至强 D 处理器和英特尔 Agilex FPGA构建；Arrow Creek则是专为搭载至强服务器设计的SmartNIC。

英特尔还推出了一款基于AISC的IPU，即Mount Evan，是英特尔的首个ASIC IPU。这是英特尔与一家一流云服务提供商共同设计和开发的，融合了多代FPGA SmartNIC的经验。

难如登月也要上，继续征战独立GPU市场

在架构日上，Raja直接展示了英特尔与业界领先水平的差距：“我们面临的是将近持续十年之久的问题。英特尔在吞吐量计算密度和对高带宽内存的支持方面都落后。这两者都是 HPC和AI的基本指标，也是GPU架构的基石。当2017年GPU架构开始为AI数据类型的矩阵处理添加特殊引擎时，问题变得更糟。我们真得很想尽快缩小这个差距，所以我们需要一个堪比登月难度的创新产品。”

为此，英特尔推出了全新的独立显卡微架构Xe HPG，采用新的Xe内核，聚焦计算、可编程、可扩展，并全面支持DirectX 12 Ultimate，Xe-HPG 的Xe 内核包括16个矢量引擎和16个矩阵引擎，英特尔将其称为XMX，或 Xe Matrix eXtensions。从客户端产品来看，Xe HPG微架构为Alchemist系列SoC提供动力，首批相关产品将于2022年第一季度上市，并采用新的品牌名——英特尔锐炫。

同时，基于Xe-HPC微架构，英特尔还推出了面向高性能计算和人工智能工作负载的新款GPU——Ponte Vecchio。英特尔方面也称，Ponte Vecchio是英特尔迄今为止最复杂的SoC。

英特尔展示了早期的Ponte Vecchio芯片显示出的领先性能：在一个流行的AI基准测试上创造了推理和训练吞吐量的行业纪录。据英特尔称，“我们的A0芯片已经实现了超过每秒45万亿次浮点运算的FP32吞吐量，超过5 TBps的持续内存结构带宽以及超过 2 TBps的连接带宽。”

英特尔在GPU方面的进步不仅显示了其技术发展方向，也落实了其IDM 2.0计划——其Alchest GPU基于台积电的N6工艺制造，Ponte Vecchio采用台积电的N5制程技术。

当然，在没有IDM 2.0之前，英特尔也是有一部分生产是与台积电合作的，IDM 2.0战略更加清晰指出未来的路。作为老牌计算芯片巨头和少有的半导体垂直整合型企业，在IDM 2.0战略的框架之下，英特尔在设计、制造、封装、测试一体化、IDM方面拥有了更多可选择的余地，可以快速推动产品进程并拓展生态合作，在成本和性能上面做到更好的平衡。采用第三方代工产能，用不同的制程来生产英特尔产品，是IDM2.0策略中的关键一环，也是英特尔应对剧变，迎合数字化发展需求所做出的关键决策。

正如英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强所言：“未来的发展趋势一定是在英特尔的工艺节点上，以及我们的代工合作伙伴的工艺节点上选取不同的节点做优化配置。”

全新x86内核架构，靶向极致性能

最后我们再简单谈谈本次架构日中上英特尔介绍的两种全新的x86内核微架构设计：能效核（E-Core）与性能核（P-Core）。

E-Core和P-Core不仅适用于各种架构的性能混合上，单独拿出来也各具特色。据介绍，E-Core将能效I/O的吞吐量优先考虑，能够提高处理多种任务，同时保证比较好的功耗。与Skylake对比，E-Core单线程40%能耗比提升，四线程两内核80%能耗比提升，可见E-Core的能耗比优化幅度非常明显。

P-Core则是目前英特尔性能最高的一种CPU内核架构，该核更多针对计算密度较大的场景，与此同时需要一些专门加速硬件配合。该核的优化级别是更高的集成密度、更高的主频、更短的计算延迟。

英特尔表示，E-Core和P-Core是英特尔近十年最重大的架构进展，以这两处内核的设计作为基础，未来可快速构建更多产品种类。

结语

通过以上不难发现，英特尔的XPU愿景正在一步步得到完善，英特尔也许将成为业内最早能够搭建完善的XPU架构的芯片巨头。

未来十年将是计算架构的黄金十年。对此，业内芯片龙头企业也纷纷针对多计算架构进行了部署，从大佬们的动作当中，很明显能看到围绕着计算架构的竞争正在展开。

一句话总结，英特尔在此次架构日活动中推出的针对CPU、GPU和IPU的技术架构的改变和创新，都表明英特尔已经做好准备。此外，所有这些产品也都展示了IDM2.0战略发布的新动力。向新架构迈进，使英特尔的道路越来越宽泛，也使英特尔的整体格局越来越大。种种一切，都让大家看到，一个更开放、更有想象力、也更有创新实践力的英特尔正在积极拥抱新的市场和竞争。

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