從IDM到IDM 2.0，從異構(gòu)計算到超異構(gòu)計算，英特爾作為一家以數(shù)據(jù)為中心的企業(yè)，是唯一能夠顛覆行業(yè)概念，也是唯一有底氣可以重新定義概念的企業(yè)。

彼時，英特爾CEO帕特·基辛格曾言道，英特爾不僅要繼續(xù)IDM，還要創(chuàng)造全新的IDM 2.0；那日，英特爾研究院副總裁、英特爾中國研究院院長宋繼強曾談到，英特爾不僅要發(fā)展異構(gòu)計算，還要利用先進(jìn)的封裝互聯(lián)和軟件技術(shù)構(gòu)建超異構(gòu)計算。

日前，在2021年的英特爾架構(gòu)日上，英特爾一口氣放出一連串硬核產(chǎn)品，包括兩大x86 CPU內(nèi)核、兩大數(shù)據(jù)中心SoC、兩款獨立GPU，以及變革性的客戶端多核性能混合架構(gòu)。

21ic家認(rèn)為，這些產(chǎn)品不僅是對此前超異構(gòu)計算的理念和技術(shù)方向給出很好的印證，也是超異構(gòu)計算應(yīng)對不同數(shù)據(jù)計算、傳輸、存儲要求的最好的實例。另外，這些產(chǎn)品之中也無不透露著IDM2.0這一戰(zhàn)略所釋放的新動能。走向新架構(gòu)，讓英特爾的路越來越寬了，也讓英特爾的整體格局越來越大了。

x86 CPU架構(gòu)向極致性能出發(fā)

去年架構(gòu)日上，英特爾也預(yù)告了混合架構(gòu)、兩個新內(nèi)核和Alder Lake，本次發(fā)布會上預(yù)告已久的產(chǎn)品終于揭開面紗。

總結(jié)來說，英特爾這一次在處理器的架構(gòu)上主要是通過推出能效核（E-Core）和性能核（P-Core）兩個x86 CPU內(nèi)核，兩個內(nèi)核不僅擁有各自的側(cè)重，還可藉由兩種有機組合獲得更大的靈活性。

其中AlderLake這一SoC架構(gòu)便是針對E-Core和P-Core的不同組合，產(chǎn)生多種不級別的性能、功耗、面積比（PPA）產(chǎn)品。

另外，為了更好讓E-Core和P-Core協(xié)同工作，英特爾還推出硬件線程調(diào)度器（IntelThreadDirector）作為二者的“橋梁”。

俗話說“大小搭配，干活不累”，但仍需注意的是，這本質(zhì)上是一個性能混合架構(gòu)。業(yè)界此前曾有“大小核”這種架構(gòu)，但英特爾的AlderLake更加注重綜合性能，并稱之為“PerformanceHybrid”。

通過這種全新的設(shè)計英特爾在提升性能、功耗、面積比上又多了一個維度，通過按需分配負(fù)載讓性能和功耗正確分配到所需應(yīng)用之上。

實際上，E-Core和P-Core不僅適用于各種架構(gòu)的性能混合上，單獨拿出來也是各具特色的。根據(jù)宋繼強的介紹，E-Core將能效I/O的吞吐量優(yōu)先考慮，能夠提高處理多種任務(wù)，同時保證比較好的功耗。通過能耗比的優(yōu)化目標(biāo)，E-Core適用于移動筆記本到臺式機不同配置不同產(chǎn)品。英特爾拿出E-Core與Skylake的參數(shù)對比，單線程40%能耗比提升，四線程兩內(nèi)核80%能耗比提升，也能看出來E-Core的能耗比優(yōu)化幅度是較大的。

P-Core則是目前英特爾性能最高的一個內(nèi)核架構(gòu)，該核更多針計算密度較大場景，與此同時需要一些專門加速硬件配合。該核的優(yōu)化級別是更高的集成密度、更高的主頻、更短的計算延遲。與第11代酷睿架構(gòu)（Cypress Cove內(nèi)核）相比，相同頻率下，P-Core在一系列工作負(fù)載上平均提升了約19%。另外，搭配專用加速硬件英特爾高級矩陣擴展（AMX），可執(zhí)行矩陣乘法運算，AI加速提升約8倍。

需要注意的是，多核調(diào)度在此前多為電池使用效率的優(yōu)化，而英特爾的硬件線程調(diào)度更多是從性能上進(jìn)行調(diào)度。從原理上來講，CPU硬件層級擁有很多硬件遙測功能，可以獲取指令混合狀態(tài)、功耗、I/O負(fù)載信息，從而進(jìn)行動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整，這些參數(shù)也可回饋到操作系統(tǒng)內(nèi)，再進(jìn)一步進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

根據(jù)宋繼強的介紹，E-Core和P-Core是英特爾近十年最重大的架構(gòu)進(jìn)展，擁有兩個內(nèi)核的設(shè)計作為基礎(chǔ)，未來可快速構(gòu)建更多產(chǎn)品種類。這是因為其基礎(chǔ)核和內(nèi)存一致性均已做好，后續(xù)僅需在SoC架構(gòu)上選擇不同搭配，利用兩個內(nèi)核可以奠定未來十年內(nèi)SoC產(chǎn)品架構(gòu)的性能能效比產(chǎn)品組合。

由此可見，英特爾關(guān)注的是整體的性能提升，此前是通過制程、封裝和結(jié)構(gòu)上全面提升性能。上個月，帕特·基辛格宣布制程節(jié)點改為以PPA的方式進(jìn)行命名，變?yōu)镮ntel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A、Intel 18A，并圍繞晶體管結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。而本次則是從架構(gòu)方面著手，產(chǎn)品性能增強的維度繼續(xù)增加。

當(dāng)然，單獨拿出來P-Core也是非?！澳艽颉钡模⑻貭柕拇枮椤癝apphire Rapids”的下一代英特爾至強可擴展處理器將采用P-Core和硬件加速器的組合形式呈現(xiàn)在業(yè)界。

至強可擴展處理器一直以來都是英特爾“親兒子”系列，所有的先進(jìn)技術(shù)都將堆疊在該產(chǎn)線，Sapphire Rapids也不例外，不僅采用先進(jìn)的封裝互連技術(shù)，先進(jìn)的內(nèi)存和下一代I/O，同時還采用Intel 7制程工藝技術(shù)。除此之外，全新內(nèi)置三款新的加速引擎，包括英特爾?加速器接口架構(gòu)指令集（AIA）、英特爾?高級矩陣擴展（AMX）、英特爾?數(shù)據(jù)流加速器（DSA）。

至強可擴展處理器一直以來都是超異構(gòu)計算中標(biāo)量計算的核心，如此堆料之下的新產(chǎn)品必然也擁有顛覆市場的能力。

獨立GPU架構(gòu)展開“升維打擊”

事實上，英特爾并不是第一天投入獨立GPU。信息顯示，英特爾曾在1998年嘗試開發(fā)過獨立GPU，且發(fā)布第一款成品“i740AGP顯卡”，但在1999年被迫停滯；而后又在2009年嘗試第二代獨立顯卡“Larrabee"，而后也被迫停滯。

從去年架構(gòu)日開始，英特爾再談獨立GPU，不僅推出代號為”DG1”的GPU，還將獨立GPU劃分為Xe-LP（低功耗）、Xe-HP（數(shù)據(jù)中心級）、Xe-HPG（游戲微架構(gòu)）、Xe-HPC（高性能計算）四個定位。

本次發(fā)布的獨立顯卡則是Xe-HPG微架構(gòu)及其產(chǎn)品Alchemist SoC，Xe-HPC及其產(chǎn)品Ponte Vecchio。另外，還為游戲開發(fā)商推出了Xe-SS，讓只能在低畫質(zhì)設(shè)置或低分辨率下玩的游戲也能在更高畫質(zhì)設(shè)置和分辨率下順利運行。

Xe-HPG方面，英特爾已完成了內(nèi)核顯卡驅(qū)動程序組件的重新架構(gòu)，特別是內(nèi)存管理器和編譯器，從而使計算密集型游戲的吞吐量提高了15% （至多80%），游戲加載時間縮短了25%。Xe-HPG內(nèi)核包括16個矢量引擎和16個矩陣引擎，英特爾將其稱XMX或Xe Matrix eXtensions。

在產(chǎn)品方面，基于Xe-HPG的Alchemist SoC（此前代號為DG2）將于2022年Q1上市，并采用新的品牌名英特爾銳炫（IntelARC）。值得一提的是，英特爾的Alchemist獨立顯卡選擇了臺積電的N6制程工藝。另外，英特爾還為Xe-HPG架構(gòu)下產(chǎn)品劃分路線圖為Alchemist、Battlemage、Celestial、Druid。

Xe-HPC方面，據(jù)宋繼強介紹，因其定位便是為了高密度計算和AI加速，所以該架構(gòu)擁有全新設(shè)計，具體包括每個Xe核的8個矢量和矩陣引擎，英特爾稱為XMX Xe Matrix eXtensions；切片和堆棧信息；以及包括計算、基礎(chǔ)和Xe Link單元的處理節(jié)點的單元信息。

在產(chǎn)品方面，基于Xe-HPC的Ponte Vecchio提供業(yè)界領(lǐng)先的每秒浮點運算次數(shù)（FLOPs）和計算密度，以加速AI、HPC和高級分析工作負(fù)載。Ponte Vecchio基于Intel 7制程工藝的大型芯片，針對Foveros技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。據(jù)介紹：“我們的A0芯片已經(jīng)實現(xiàn)了超過每秒45萬億次浮點運算的FP32吞吐量，超過5 TBps的持續(xù)內(nèi)存結(jié)構(gòu)帶寬以及超過 2 TBps的連接帶寬?！?/p>

通過發(fā)布的全新架構(gòu)和產(chǎn)品上來說，不難發(fā)現(xiàn)均為SoC，集結(jié)了英特爾所有的先進(jìn)科技。獨立GPU作為提供矢量計算能力的重要力量，也是展開超異構(gòu)計算的維度必須擁有的產(chǎn)品。新架構(gòu)和新產(chǎn)品充分印證了超異構(gòu)計算戰(zhàn)略的可行性，特別是Ponte Vecchio這一產(chǎn)品本身就是異構(gòu)封裝集成的。

Ponte Vecchio通過嵌入式多芯片互連橋接（EMIB）單元進(jìn)行組裝，實現(xiàn)單元之間的低功耗、高速連接。這些設(shè)計均被集成于Foveros封裝中，為提高功率和互連密度形成有源芯片的3D堆疊。高速MDFI互連允許1到2個堆棧的擴展。據(jù)了解，Ponte Vecchio已走下生產(chǎn)線進(jìn)行上電驗證，并已開始向客戶提供限量樣品。Ponte Vecchio預(yù)計將于2022年面向HPC和AI市場發(fā)布。

“Ponte Vecchio是英特爾迄今為止最復(fù)雜的SoC，也是異構(gòu)集成的絕佳典范。在制造過程中，產(chǎn)品既使用了英特爾加工廠，也使用了合作伙伴的加工廠。所以它是一個非常典型的多芯片異構(gòu)集成，最后它達(dá)到了一個目前業(yè)界最領(lǐng)先的高性能計算的密度，AI方面目前給出的指標(biāo)，無論是從訓(xùn)練還是推理，目前預(yù)測都是最好的”，宋繼強這樣語重心長地為記者介紹。

超異構(gòu)計算不再是“紙上談兵”

標(biāo)量運算、矢量運算、矩陣運算、空間運算，在數(shù)據(jù)逐漸復(fù)雜和硅基半導(dǎo)體逼近極限的現(xiàn)如今，讓不同器件去進(jìn)行不同擅長的計算領(lǐng)域是快速提升性能的必經(jīng)之路。

宋繼強曾在2021年WAIC表示，英特爾不僅要讓CPU去處理標(biāo)量運算、讓GPU處理矢量運算、讓AI加速器處理矩陣運算、讓FPGA處理空間運算，還要用讓這些器件封裝在更小系統(tǒng)內(nèi)，通過oneAPI的一體化軟件的統(tǒng)一管理，整個計算系統(tǒng)如同被緊緊“拴”在一起，讓計算性能提升一個層級。

本次發(fā)布會上，宋繼強表示，不同的架構(gòu)之間，實際上并不是一個簡單粗暴的CPU+GPU+加速器+FPGA疊加，CPU、GPU內(nèi)部也是擁有不同內(nèi)核的，因此內(nèi)部計算單元配置也不盡相同。為了應(yīng)對未來不同數(shù)據(jù)對計算、傳輸、存儲等各方面帶來的要求，必須要用不同架構(gòu)去做不同種類的定制芯片方案解決數(shù)據(jù)產(chǎn)生的問題。

宋繼強強調(diào)，目前這幾款新產(chǎn)品已經(jīng)顯現(xiàn)出超異構(gòu)計算的進(jìn)展，通過展示實際產(chǎn)品，充分說明了超異構(gòu)計算已經(jīng)不再是概念，而是可以實際實施的技術(shù)。新產(chǎn)品增強了客戶對超異構(gòu)計算的信心度，新內(nèi)核的發(fā)布能夠有效加快產(chǎn)品迭代周期，超異構(gòu)計算也將會擁有更多種類的異構(gòu)集成產(chǎn)品。

特別是Sapphire Rapids和Ponte Vecchio這兩個SoC，前者面向通用的云計算廠商、服務(wù)器群應(yīng)用，因此采用EMIB 55微米凸點間距異構(gòu)封裝集成；后者面向更高端的超算中心，因此更加“激進(jìn)”地采用EMIB+第二代Foveros，整體異構(gòu)封裝集成度會更高。

在軟件方面，自oneAPI推出第一版至今，如今已擁有超過20萬用戶，300多個應(yīng)用程序在其上使用。“如此迅猛的發(fā)展趨勢說明這個方向廣受認(rèn)可，大眾也愿意集體貢獻(xiàn)推動異構(gòu)集成，無論是從異構(gòu)硬件還是異構(gòu)編程，未來一定會有更多好產(chǎn)品在oneAPI上浮現(xiàn)”，宋繼強如是說。

IDM2.0讓英特爾的路走寬了

英特爾自從轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)為中心的戰(zhàn)略之時，似乎就早已看清自己的優(yōu)勢所在，即“我什么都有，而且什么都是頂尖的”，早前就一直強調(diào)六大支柱和異構(gòu)計算。轉(zhuǎn)眼來到帕特·基辛格時代，更是將這種能力發(fā)揚光大，并讓格局更大了。

這位技術(shù)出身的CEO所看到的比任何人都遠(yuǎn)，帕特·基辛格曾豪爽放話：“我們在軟件、芯片和平臺、封裝和大規(guī)模制造制程領(lǐng)域的深度和廣度，使得英特爾能夠以獨特優(yōu)勢抓住這一巨大的增長機遇?！币虼耍貧w不久后的技術(shù)老兵就提出了IDM 2.0的戰(zhàn)略，讓自己的IDM變得更深更廣。

IDM 2.0中，值得關(guān)注的就是在代工方面的戰(zhàn)略，采用第三方的代工產(chǎn)能，這充分增強了產(chǎn)品的工藝維度，通過自家代工和三方代工有機結(jié)合，路子越走越寬。

宋繼強告訴記者，采用第三方代工不同制程來生產(chǎn)產(chǎn)品，是IDM2.0策略中的關(guān)鍵一環(huán)。Xe-HPG的Alchemist SoC采用了臺積電N6制程技術(shù)，而X-HPC的Ponte Vecchio也大量采用臺積電N5和N7的制程技術(shù)，未來發(fā)展趨勢一定是在英特爾的工藝節(jié)點以及代工合作伙伴的工藝節(jié)點上選取不同的節(jié)點進(jìn)行配置優(yōu)化。當(dāng)然，在沒有IDM 2.0之前，英特爾也是有一部分生產(chǎn)是與臺積電合作的，IDM 2.0戰(zhàn)略更加清晰指出未來的路。

“雖然我們的大部分產(chǎn)品將繼續(xù)在內(nèi)部工廠生產(chǎn)，但未來幾年，我們將看到外部代工生產(chǎn)的芯片單元會在英特爾的模塊化產(chǎn)品中扮演更重要的角色——包括采用先進(jìn)制程節(jié)點的核心計算功能，以支持客戶端、數(shù)據(jù)中心和其他領(lǐng)域的新興工作負(fù)載。如果說過去一年有什么心得，那就是：建立敏捷、韌性的供應(yīng)鏈至關(guān)重要。代工合作伙伴能幫助我們按計劃前行，以可預(yù)測的節(jié)奏為我們所處的各個領(lǐng)域的客戶交付領(lǐng)先產(chǎn)品”，英特爾公司企業(yè)規(guī)劃事業(yè)部高級副總裁Stuart Pann如是說。

除了加入第三方代工，IDM2.0中也開放了代工服務(wù)IFS。甚至這項計劃剛宣布不久，基辛格表示英特爾已與“大約100家客戶進(jìn)行了交談，他們正在與我們討論代工機會?！?/p>

IDM 2.0從提出到現(xiàn)在僅僅相隔5個月，就已對英特爾產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。未來時日且多，帕特·基辛格所設(shè)想的路還有更多驚喜值得期待。