重振半导体领导者荣光：解读英特尔2021架构日

在半导体领域，英特尔绝对是一家绕不开的公司，作为半导体领域的巨头，英特尔过去为大家带来了相当多的黑科技，同时在CPU市场也是绝对的霸主，只不过近几年AMD的强势让Intel这家半导体巨头倍感压力，旗下的处理器的产品似乎也少了点竞争力。特别是其推出的11代酷睿处理器，遭到了市场的冷落，玩家对此也是兴趣寥寥。

而12代酷睿处理器似乎成为了英特尔的一根救命稻草，事实上作为第一款采用性能混合架构的量产处理器，12代酷睿处理器在曝光之时就受到了消费者的特别关注。而英特尔在今天举办的2021架构日上，向公众详细地介绍了12代酷睿处理器，并且也介绍了包括DG2显卡、Sapphire Rapids以及Ponte Vecchio等诸多黑科技产品，向世人们证明自己才是半导体领域真正的大哥。可以说干货满满，下面我们就通过这篇文章为大家带来对于英特尔2021架构日的解读。

作为和大家息息相关的硬件，英特尔的12代酷睿处理器自然是值得一说的，在遭遇了11代酷睿处理器的滑铁卢之后，英特尔也希望能够通过12代酷睿处理器再次夺取CPU王者的地位。

首先是架构，过去很长一段时间内，X86架构的CPU都采用了相同的核心，而现在英特尔终于将性能混合架构带入到了12代酷睿处理器之中。不过12代酷睿处理器并非是英特尔第一款采用性能混合架构设计的CPU，过去Intel演示了Lakefield处理器，不过更多的还是以试水为主，市面上也难以见到这款处理器。可以说12代酷睿处理器是第一款采用性能混合架构的量产处理器。

对于英特尔来说，仅仅是性能混合架构的称呼显然不能完整阐述这两颗核心，事实上它们除了在性能上有所不同之外，在功能上同样有所区别。英特尔将大核心称之为“性能核心”或者称P核心，采用的是Golden Cove架构，支持AVX 512指令集以及DLBoost深度学习等功能，并且还支持超线程功能，最高可以达到8核16线程。而小核心称之为“效能核心”或者称为E核心，基于Gracemont架构，最高支持8核8线程，并不支持包括AVX 512在内的各种功能。也就是说12代酷睿处理器最高拥有16核心24线程的规格。

首先我们先来看下基于Golden Cove架构下的P核，P核基于11代酷睿处理器改进而来，除了架构进行了改良之外，对于CPU的基础运算进行了大量的革新，这种设计理念未来将会影响到Intel今后的处理器设计思路。

相比较11代酷睿处理器，P核的解码器从过去的4个升级到了6个，6µop缓存增至8µop，分配由5路增至6路，而物理寄存器也扩大了不少，重排序缓冲区提升至512条目。同时英特尔还大幅提升了12代酷睿处理器的分支预测准确度，这样子可以降低一级的时延，并且提升了二级的预测带宽。而且P核还搭载了英特尔高级矩形扩展，内置了下一代的AI加速技术，可用于学习推理以及训练，让CPU的数学运算更加强劲。

对于消费者来说，这些改进或许十分地陌生，英特尔也给出了P核的具体性能提升，相比较11代酷睿处理器，P核的平均IPC提升了19%，换句话说就是在同频下性能提升19%，考虑到更加先进的工艺带来的频率提升，实际的单线程提升将会高于19%，这个提升幅度对于游戏玩家来说显然更有益处，那就是单线程性能的提升带来的结果就是游戏帧率的提升。

Intel的P核性能还是相当给力，除了P核之外，12代酷睿处理器还首次搭载了小核心的E核。E核实际上基于的是Atom家族，采用Gracemont架构，这是一款为低功耗设备所打造的处理器，而这一次也是其首次来到主流处理器之中。与P核相比，E核在面积上就小了很多，比如说一颗P核的面积可以塞下四颗E核的面积，同时四颗E核共享4MB的二级缓存。

尽管是Atom家族，但是过去几年英特尔也在Atom家族中下了苦功夫。比如说和Skylake相比，Gracemont核心的延迟性能比Skylake提升40%，同性能下的功耗比降低40%，而数据吞吐峰值量更可以提升80%。英特尔也称小核心设计可以在有限的芯片空间内，实现多核任务负载，换句话说就是降低CPU的功耗。需要注意的是，英特尔所说的小核心性能对比指的是延迟性能以及数据吞吐量这种，并不是CPU的绝对性能，至于Gracemont核心的绝对性能能够达到怎样的水平，我们还是需要等到12代酷睿处理器正式发布之后才能知晓。

尽管P核与E核的设计对于平衡性能与功耗大有益处，但是如何让CPU的资源进行合理的调配却大有学问，在X86处理器进入到性能混合架构时代之前，ARM处理器早已进入了混合架构设计，而目前的旗舰处理器甚至已经进入到三丛集时代，然而实际效果相信大家也看到了，手机处理器中翻车的可不在少数，如何能够完美调度E核与P核，是英特尔的工程师们需要解决的一个棘手的问题。

对此英特尔发明了一项叫做“Thread Director”或者说线程调度器的设计，来调配P核与E核之间的计算资源。首先英特尔在CPU中嵌入了一个微型控制器，这个控制器用来监视每个线程的计算负载与参数，包括延迟、指令类型等，随后英特尔将会把这些线程的参数告知微软Windows 11中的系统调度器，由Win11来决定哪款进程适合P核，又有哪款进程适合E核，英特尔称Thread Director最快只要30微妙就可以确定线程状态，这可比传统的系统调度器快得多，这项技术在移动端领域尤其重要。

从文章之中大家也发现了，想要让Thread Director发挥最佳的作用，采用的系统自然是微软Win11系统，不过即使是Win11系统，目前微软与英特尔之间还需要更多时间去磨合，让CPU的调度更加准确，至于Win10系统，英特尔表示现在还在初步的调试，所花费的时间也就更高，从英特尔的表态来看，还是建议Win10系统的用户升级Win11系统。

英特尔在架构日上也公布了三款不同类型的12代酷睿处理器，除了桌面版之外也包括移动标压处理器与低压处理器，它们三款的Gracemont核心最高均为八个，桌面版采用LGA 1700接口，而移动标压处理器则是6+8架构，14核20线程，至于超低压处理器，则是2+8架构，10核12线程，移动版处理器在GPU上最高采用96EU单元，图形性能还是值得肯定的。

除了上述主要的架构介绍之外，12代酷睿处理器也支持包括DDR5-4800、DDR4-3200、LPDDR5-5200、LPDDR4X-4266等多种内存制式，让用户正式进入DDR5内存时代，此外12代酷睿处理器也将原生支持PCIe 5.0，带来更为充裕的带宽。只不过PCIe 5.0对于目前的存储设备以及显卡来说远远过剩，算是锦上添花的功能。同时12代酷睿处理器拥有三种不同的高速通道，包括Compute Fabric、Memory Fabric以及I/O Fabric，三者带宽分别是1TB/S，204GB/S以及64GB/S，充裕的带宽显然大大降低了处理器之间的传输延迟。

除了12代酷睿处理器之外，英特尔也在2021架构日上介绍了DG2架构GPU，当然现在英特尔将采用该架构的显卡称之为Intel Arc显卡，中文名为英特尔锐炫。与DG1相比，英特尔锐炫显卡专门为游戏发烧友打造，预计第一批产品将会在2022年第一季度和大家正式见面，届时除了NV和AMD之外，游戏显卡终于来了第三位选手。

英特尔在过去推出的各类GPU中，都采用了“执行单元”，而到了DG2架构中，则变成了全新的Xe内核，从命名就可以看到，英特尔对Xe架构显卡进行了重新设计。从架构图来看， DG2显卡类似于NVIDIA的显卡，每个Xe内核中，包含着16个矢量引擎，以及16个矩阵数学引擎，这些引擎用来进行FP32、FP16以及INT8的计算，也就是传统的单精度以及AI计算。除了Xe内核之外，Intel也介绍了图形单元簇，将其称之为渲染切片，这是专门为图形处理所搭载的架构，包括四个Xe内核以及为3D渲染所打造的计算单元，比如说光追单元，纹理单元、几何前端，能够支持DX12U的各种特征以及实时光线追踪，同时也将支持类似于DLSS的XeSS功能。

XeSS使用深度学习来合成非常接近原生高分辨率渲染质量的图像，在实际演示中，基于XeSS技术的虚幻5引擎的4K渲染图像与原生4K相比几乎不变，体现在游戏上就是帧率的增加。

而在纯算力上，Intel锐炫显卡的频率提升幅度为50%，而且每瓦性能提升幅度也达到了50%，从而带来更高的算力。为了让英特尔的这款显卡能够发挥最出色的性能，英特尔也选择了台积电的6nm工艺，同时在驱动程序上，英特尔也和诸多游戏开发者一起，对Xe架构进行不断地优化，目前该项工作已经有了初步的成效，在密集型图形游戏之中，吞吐量提升15%，最高可以达到80%，从而让游戏加载时间降低了25%。当然距离显卡的正式发布还有近半年的时间，未来英特尔也将不断地对显卡进行改良，让其更加符合游戏玩家的期盼。

当然除了这两个大家最为关注的硬件之外，英特尔也在本次架构会上介绍了面向数据中心的Sapphire Rapids至强处理器与面向超算的Xe HPC和Ponte Vecchio。其中Sapphire Rapids基于Intel 7制程工艺技术，支持加速器接口架构指令集、高级矩阵扩展，以及数据流加速器，能够提供更高的整体工作负载性能，在CPU、内存和缓存以及所有附加的内存、存储和网络设备之间移动数据。当然作为面向数据中心的新一代处理器，Sapphire Rapids通过先进的内存和下一代I/O，包括PCIe 5.0、CXL 1.1、DDR5和HBM技术，来推动行业技术转型。

英特尔在之前表示Xe架构的GPU是一个大家族，除了面向发烧级玩家的Arc显卡之外，也有针对超算推出的采用Xe HPC架构的Ponte Vecchio。Ponte Vecchio由多个复杂的单元构成，通过嵌入式多芯片互连桥接进行封装，实现了设备之间的低功耗与高速的连接。

英特尔表示在Ponte Vecchio中，每一个单元均有8个Xe内核，提供4MB的一级缓存，基于台积电最先进的5nm制程工艺，目前Ponte Vecchio芯片还处于早期的A0阶段，不过先进的工艺以及豪华的参数已经可以让其实现45T的FP32吞吐量，内存带宽达到了5TBps，连接带宽也达到了2TBps，英特尔称通过训练，目前A0芯片已经可以实现每秒43000张图像的识别，达到了行业领先的水准。毫无疑问Ponte Vecchio的出现让NVIDIA Tesla计算卡面临巨大的挑战，同时也可以让整个超算行业得到进一步的发展。

除了上述这些硬件产品之外，英特尔也介绍了oneAPI，一个开放、规范、跨架构和跨厂商的统一软件栈，让开发者能够摆脱专有语言和编程模型的束缚。未来也将有越来越多的开发者采用英特尔的oneAPI进行开发和优化，从而提升开发者的实际生产能力。

在本次的架构日上，英特尔为消费者以及企业用户带来了海量的架构说明，可以说是干货十足，尤其是12代酷睿处理器，对于现在的消费级市场来说无疑是一针强心剂，让英特尔能够在日益激烈的CPU市场中占领脚跟。事实上对于X86架构的处理器来说，性能核与性能核的设计无疑是一个全新的领域，未来该设计是否成功，一切都是未知数，而英特尔作为半导体领域的领导者，勇敢地跨出了这一步，显然还是有做大哥的担当。我们也发现，想要让英特尔新一代的产品发挥最出色的作用，毫无疑问软件厂商需要跟上，接下来大家就应该期待微软为消费者带来一套令人满意的Win11系统了。