作者：刘钊屹
夏秋更迭之际是各大科技公司新产品发布会的密集期。8月19日，英特尔（Intel）在线上召开2021年第三届英特尔架构日活动，发布了若干技术架构的改变和创新。面对各方挑战，英特尔深化IDM2.0战略，着手面向数据中心、高性能计算机AI和客户端计算的未来架构，推出了一系列产品。
此次发布的首款产品，是性能混合架构Alder Lake。两款新一代x86内核分为能效核“Gracemont”（E-Core）和性能核“Golden Cove”（P-Core）：能效核相比自家的第六代微架构Skylake，能带来单线程同功耗的40%性能提升或同性能40%的能耗需求。
同时，四个能效核相比运行四线程的两个Skylake内核，能带来低功耗下80%的吞吐量性能提升或同性能20%的能耗需求。而在性能核方面，与第11代酷睿架构Cypress Cove相比，相同频率下在一系列工作负载上平均提升了约19%，也提供了专门针对数据中心处理器和机器学习的专用硬件，AI加速提升约8倍。
同时搭载的英特尔硬件线程调度器，旨在动态和智能地在能效核和性能核之间分配工作负载。其中，能效核在吞吐量效率方面、以及在单线程性能方面也有所提升。性能核上则突破了低时延和单线程性能的限制。硬件线程调度器通过使用硬件遥测工具，可将需要更高性能的线程引导到当时适合的性能核，并通过扩展的PowerThrottling API和全新的EcoQoS分类，使开发人员和调度程序更好地明确线程所需的性能和能效。
图 | 英特尔Alder Lake混合性能架构（来源：资料图）
“Monts的设计旨在实现最佳的面积效率和多线程性能，而Coves则为最大限度地提升单线程性能而设计，”英特尔高级副总裁兼加速计算系统和图形事业部总经理拉贾·科杜里（Raja Koduri）表示。据悉，Alder Lake基于 Intel 7（10nm SuperFin） 制程，适用于从移动端到台式机的产品，并将在今年开始出货。
此次，英特尔使用新品牌名锐炫（Intel Arc）回归，并展示了Alchemist（DG2）、Battlemage、Celestial和Druid SoC的独立显卡路线图。Alchemist SoC将于2022年第一季度上市，采用搭载Xe内核的Xe HPG独立显卡微架构。Xe内核使用台积电6nm工艺制造，拥有16个矢量引擎和16个被称为XMX的矩阵引擎、高速缓存和共享内部显存。因为使用软件优先的设计逻辑，Xe使计算密集型游戏的吞吐量提高了15% （至多80%），游戏加载时间缩短了25%。
图 | 英特尔高级副总裁兼加速计算系统和图形事业部总经理Raja Koduri和英特尔锐炫Intel Arc（来源：资料图）
同时推出的还有类似Nvidia DLSS和AMD FSR的XeSS技术，利用Alchemist的内置XMX AI进行深度学习以合成接近原生高分辨率渲染质量的图像，对游戏进行高画质和高分辨率下的帧数提升。 “因为我们这是一个软件优先的方案，也会支持开放的开源生态，” 英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强表示，“我们也会有一个通过DP4a的方式去支持更多的其他的显卡，所以这是一个软件的方案，同时也会利用到XPG里面专门的XMX加速器。”
这使得XeSS可以在包括集成显卡在内的各种硬件上提供基于AI的超级采样。据悉，英特尔也将于本月向独立软件供应商（ISV）提供XMX初始版本的SDK，DP4a版本将于今年晚些时候推出。
针对数据中心和服务器的“Sapphire Rapids”下一代英特尔至强CPU由Intel 7工艺生产，在提高计算性能的同时对云、微服务和AI等弹性计算模型上也着重进行了优化。它采用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，具有较好的可扩展性。
而统一内存访问架构使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，可降低时延并提升带宽。Sapphire Rapids还提供了数据中心相关加速器，包括支持对加速器和设备调度与同步的加速器接口架构指令集（AIA）、为深度学习算法的Tensor提供加速的高级矩阵扩展（AMX）、和优化数据移动的数据流加速器（DSA）。
IPU（Infrastructure Processing Unit）基础设施处理器是该公司此次提出的新概念。“根据很多领先的云计算服务商，通过现在的工作负载和业务运营模式的转化，需要能够把用户、客户的一些业务程序和基础设施的支持程序分开，因为他们属于不同的人，他们也需要用不同的硬件来去加速。那么如果要把它分开就不能让所有东西都运行在CPU上，” 该公司表示，“IPU是一种可编程的网络设备，旨在使云和通信服务提供商减少在中央处理器（CPU）方面的开销，并充分释放性能价值，都是跟怎么样去虚拟化基础设施有关的。”
据介绍， IPU与CPU结合的数据中心结构有如下优势：它能够隔离基础设施功能和用户的工作负载，使用户全面掌控CPU；云运营商可以把基础设施任务转移到IPU上，有助于最大化CPU利用率和公有云收入； IPU允许云数据中心内存在无磁盘服务器架构。
据此，英特尔拿出三款有针对性的产品： “Oak Springs Canyon”参考平台、N6000加速开发平台“Arrow Creek”和“Mount Evans”。其中，“Mount Evans”作为英特尔的首个专用IPU，具有超大规模就绪、支持防火墙和虚拟路由等用例、支持高级加密和压缩加速等特点。
图 | 英特尔Mount Evans基础设施处理器（来源：资料图）
“Ponte Vecchio”是英特尔推出的高性能计算卡，包含1000多亿个晶体管，采用5个不同的制程工艺和包括EMIB及Foveros 3D的封装技术。它基于Xe HPC微架构：每一块计算单元有8个Xe内核，4MB一级缓存，由台积电5nm制程制造；基础单元是Ponte Vecchio的连接组织，包括PCIe Gen5、HBM2e 内存、MDFI链路和 EMIB桥接等各种高带宽输入输出，基于Intel 7制程制造；Xe 链路单元提供了GPU之间的连接，支持每单元8个链路，实现高达90G的SerDes带宽。Ponte Vecchio已经下线提供样品，预计将于2022年发布。
图 | 英特尔Ponte Vecchio A0验证结果：高达45TFlops的32位浮点算力，5TBps的内存带宽，和2TBps的连接带宽（来源：资料图）
此次架构日，该公司还宣布了高性能计算统一软件栈oneAPI的新动态，其具有开放、规范、跨架构和跨厂商等特点，旨在提供跨架构的兼容性，并横跨Nvidia GPU、AMD GPU和Arm CPU。其表示：“ oneAPI现在已经在PC领域推得比较成功......是大家参与度也很高的开放的异构软件编程框架。目前已经有20万的用户，有300多个应用在开始使用。”
作为老牌计算芯片巨头和少有的半导体垂直整合型（设计、制造、封装、测试一体化、IDM）企业，英特尔正在努力前进。 2021年2月15日新任CEO 帕特·盖尔辛格（Pat Gelsinger）上任以后，IDM模式升级和深化成2.0版本，强调在发展先进制程的同时，加强与芯片代工厂的合作和制造外包服务。那么，IDM 2.0模式否成功？相关市场表现，还需拭目以待。