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Intel架構日2020發表全新6大技術:包含Tiger Lake、Xe HPG遊戲顯示卡、Sapphire Rapids與Alder Lake與新技術解說 (上篇)

文.圖/Johan 2020-08-14 10:10:10
Intel於北美8月13日舉辦線上Architecture Day 2020 (架構日2020),由Raja Koduri主持,這次以6大技術主軸出發,包含「製程與封裝」、「XPU架構」、「記憶體」、「互連機制」、「安全性」、「軟體」等面向,來說明Intel這次的發展藍圖。

Intel架構日2020,發展6大技術主軸,由Raja Koduri主持


(01) 上篇:2021年的產品:Xe HPG、Sapphire Rapids、Alder Lake等 (本篇)
(02) 下篇:2020年的產品:Tiger Lake

Xe顯示卡家族,新增Xe HPG系列,針對遊戲玩家市場所打造

先說明玩家們最關心的Xe HPG遊戲顯示卡吧!如先前報導所述,Intel真的會推出針對遊戲玩家所打造的顯示卡,也就是Xe HPG系列,其定位在Xe LP與Xe HP之間。也就是Intel Xe顯示卡家族,共切割了4個市場區塊。分別敘述如下。

Intel GPU架構發展策略,將規劃出4個市場區塊:Xe HPC、Xe HP、Xe HPG、Xe LP。其中新的Xe HPG主打中階至高階遊戲市場


至於在產品名稱、封裝與製程方面,高階的Xe HPC將會有Ponte Vecchio產品,採用Foveros Co-EMIB封裝技術,其內部的基礎磚、運算磚、Rambo快取磚、Xe I/O互連磚等4個區域,皆採用不同的製程設計,如Intel 10nm SuperFin製程、先進版製程、下世代新製程,或委外製造。至於Xe HP則採用EMIB封裝技術,採用自家Intel 10nm SuperFin先進製程。

Xe家族產品、封裝與製程說明。其中Xe HPC、Xe HP、Xe LP皆採用Intel 10nm SuperFin製程或委外製造,只有遊戲卡Xe HPG是完全委外製造


而在Xe HPG遊戲卡部份,則是完全委外製造。最入門的Xe LP,則採用標準封裝、Intel自家10nm SuperFin製程。產品名稱部份則會有Tiger Lake、DG1,以及SG1 (針對入門伺服器所打造)。

Intel先前推出的Kaby Lake-G,就已經有委外代工的技術與經驗,因此未來不管是代工或是自製,Intel都能掌握的很好


Intel還透漏了有趣的產品,也就是已EOL(停產)的Kaby Lake-G處理器,這顆混搭的處理器裡面,共封裝了Intel自家CPU,加上AMD的GPU,以及HBM記憶體共三個部份,其中GPU技術部份正是由Raja兄從AMD帶到Intel的傑作,自然不免俗的要講一下先前的風光偉業!

Kaby Lake-G裡面的CPU是Intel自製,GPU是委外代工,Intel也成功的將這兩款處理器進行了封裝並交付給客戶,代表Intel當時就在為委外代工策略進行一連串的測試與嘗試,以便未來有機會將產品委外代工。雖說Kaby Lake-G停產了,但委外代工技術其實早就已經建立好Know-how了。因此要將Xe HPG完全委外代工,只要配合得好,且一切按照計畫進行的話,那麼Xe HPG顯示卡將會如期於2021年上市。屆時這個Xe HPG (正式名稱可能叫做DG2)顯示卡,就是完完全全Intel Inside的GPU了,而非像是Kaby Lake-G這種混搭版的GPU。

Intel推出的Xe HPG高效能遊戲顯示卡,結合了Xe HPC的運算效率、Xe HP的可擴充性、Xe LP的繪圖效率等優勢,還支援硬體光追,預計於2021年正式推出


▼ Intel Xe GPU家族規格與市場定位


至於Xe HPG的效能方面,若其時脈為1500MHz,且配置512組EU (執行單元)的話,其FP32的效能預估將可達到12.2 TFLOPs,大約介於RTX 2080 Super與RTX 2080 Ti之間(11.15~13.45 TFLOPs),若搭配優化的驅動程式,以及Intel CPU本身就對遊戲比較有優勢的話,那麼要輕鬆駕馭4K遊戲應該是沒問題的!屆時玩家們就能完全擁有3I (Intel CPU + Intel Chipset + Intel GPU)的電競平台了!

製程簡述:SuperFin的用處

有關於製程方面,SuperFin就是SuperMIM + 重新定義的 FinFET 所產生的全新製程,Intel透過增強型的FinFET電晶體搭配Super MIM電容,以及改進版本的互連金屬堆疊來相結合起來,這樣的技術比起全節點製程轉換來說,能提供更好的性能,這也代表Intel有史以來在單一節點與跨內部節點技術中的重大突破。

而Intel未來在自製的XPU (即CPU、GPU等)中,將會陸續導入10nm SuperFin與Enhanced (先進) SuperFin技術,讓其效能再次提升!

Intel自2014年導入14nm之後,到了2019年才開始導入自家的SuperFin (SuperMIM + 重新定義的 FinFET)


Intel封裝技術藍圖,從標準封裝、內嵌橋接、Foveros技術、未來技術,以及擴充性為主的Co-EMIB與ODI


Xe HP真的有4磚版本! 效能以100%提升,不掉速!

從上表可以看到,高階的Xe HP,代號為Arctic Sound,採用1、2、4磚設計,目前Intel也證實了會推出這樣的產品。採用MCM (多晶片模組)封裝技術,因此不僅長寬超大顆,就連厚度也非常可觀。

Intel針對數據中心所打造的Xe HP家族,擁有絕佳可擴充性、多磚設計,可成為多媒體專用超級電腦


Intel Xe HP GPU,將有1磚、2磚、4磚的版本


● Xe HP 1-Tile GPU:512 EU 預計4096核心,1.3GHz,10.6 TFLOPs,150W
● Xe HP 2-Tile GPU:1024 EU 預計8192核心,1.3GHz,21.2 TFLOPs,300W
● Xe HP 4-Tile GPU:2048 EU 預計16384核心,1.3GHz,42.3 TFLOPs,400W/500W

據悉1磚將擁有512組EU,並擁有4096個核心,效能將達10.6 TFLOPs,因此4磚的版本,將擁有16384個核心,FP32單精度的效能將達到42.3 TFLOPs,非常驚人!相較於NVIDIA的A100 GPU其FP32最佳效能只達19.5 TFLOPs,Xe HP的2磚版本(21.2 TFLOPs)就可以打死對手。

Intel Xe HP GPU,在1磚、2磚、4磚下的效能表現。展現出堆磚後的效能是以100%成長,不會掉速 (外接顯示卡用SLI或CFX通常增加70%就很偷笑)


至於多GPU的效能是否會發生「1核遇難、3核旁觀」的狀況?若您覺得之前以外接顯示卡,透過2張卡來做SLI或CFX之後,通常GPU效能增加個70%就很偷笑的話!在線上發表會中,Intel也透過轉碼來展示Xe HP的驚人效能。這裡可以看到Intel Xe HP的2磚效能是1磚的200%,4磚則是1磚的400%,等於是100%成長,不會掉速!徹底展現出Intel的堆磚實力!從其高達42 TFLOPs的FP32單精度效能表現,可說是當今最強的單GPU產品 (雖然裡面封裝了4磚Xe HP GPU啦)。

伺服器家族:Sapphire Rapids支援DDR5、PCIe 5.0與CXL 1.1

GPU說完了,再來看看CPU的部份吧!先來看看伺服器家族產品,Intel預計於2021年正式推出下世代Sapphire Rapids處理器,這次可說是被對手惹火了!當對手一直強調他們支援PCIe 4.0、更快互連機制云云,Intel這次直接給你支援到DDR5,以及PCIe 5.0,怎樣?怕了吧?

Intel的數據中新處理器發展藍圖,最新Sapphire Rapids將支援DDR5、PCIe Gen.4、CXL 1.1等全新技術


Intel目前的伺服器處理器,是Cooper Lake家族,但2020年下半年將會發表Ice Lake-SP,支援到PCIe Gen.4與8通道記憶體,其TME (Total Memory Encryption)就是全系統記憶體加密機制,可讓存放於記憶體的內容完全加密,讓駭客即使想透過記憶體傾倒方式來偷資料,也只能得到無用的資料。不過,這樣的規格也只是跟AMD的EPYC Rome打平而已,在AMD也將推出新的EPYC Milan,該處理器也已被NVIDIA拿來當成DGX A100數據中心的伺服器處理器了。正因此,先別管製程好了,論規格和效能的話,Intel要是不再推出更棒的伺服器處理器,勢必會被對手蠶食市場!

因此,這次Intel預計於2021年推出的Sapphire Rapids伺服器處理器,將直接支援到DDR5記憶體,並支援到PCIe Gen. 5,成為真正的「下世代」數據中心處理器。當然在互連機制方面,也導入最新CXL (Compute Express Link) 1.1規格,效能再往上提升!至於製程方面,Intel還沒公佈Sapphire Rapids的製程,但推斷若是在Intel自家製造的話,其應該跟GPU家族一樣,採用的是10nm SuperFin先進製程。此外,Intel還計劃在2020年稍晚時正式發表OneAPI 黃金版本,以期透過其軟體生態圈,來將數據中心的夥伴們全部綁進來,讓其成為Intel死忠的用戶!

有鑑於Sapphire Rapids來勢洶洶,AMD這邊則是2021年預計推出Zen 4架構的EPYC Genoa,將採用新的SP5腳位設計,並也將升級到DDR5與PCIe 5.0等先進規格,並有可能以5nm製程設計,屆時又可以在能效上大作文章。針對這點,Intel內部有兩個關鍵的部門來處理這個問題,其中一個部門主要是用來提升每核心的效能,並降低每核心的TCO成本,此外再透過支援新的CXL規格,以及其自由加入的Intel龐大生態圈,擁有絕佳的軟體相容性與設備相容性,來說服客戶們不要只是因為AMD單核成本較低就轉換到AMD平台,而是必須考量整個營運成本與轉換成本,來讓客戶繼續擁抱Intel,畢竟Intel在伺服器市場稱霸多年,並會承諾他們給的菜,真的會比對手還香!

記憶體提升到144層QLC

再來看看記憶體部份,繼先前Intel於2019年推出了3D NAND 96層QLC快閃記憶體之後,2020年再次展現其堆棧技術,也就是新的144層QLC顆粒,其密度比96L QLC還多50%。也就是說同樣體積下,儲存容量可以再增加個50%。
Intel將導入144L QLC,讓數據中心儲存容量再向上提升!

Intel在3D NAND快閃記憶體發展藍圖中,說明2020年會推出144層的QLC顆粒,比2019年96層QLC還增加50%的密度


混合架構設計確認,Alder Lake確定會以大小核推出

先前我們也報導了Intel在最新第12代Alder Lake桌機處理器,將採用大小核設計,這次Intel首度確認了,且根據最新CPU核心發展藍圖來看,Intel將大核心命名為COVE微架構,包含2019年的Sunny Cove、2020年的Willow Cove (Tiger Lake使用此架構)與2021年的Golden Cove。而小核心則命名為MONT微架構,包括2019年的Tremont與2021年的Gracemont。

Intel在最新CPU核心發展藍圖中,確認Alder Lake將採用Golden Cove大核與Gracemont 小核架構


至於混合架構方面,則有2019年推出的Lakefield (採用Sunny Cove大核與Tremont小核架構),以及2021年即將推出的Alder Lake (採用Golden Cove大核與Gracemont小核架構),將會提供更高的時脈與IPC (每時脈指令執行數)。

採用類似ARM的big.LITTLE大小核架構設計,能夠兼顧效能與省電需求,因此Intel也視Alder Lake將能成為未來桌機甚至筆電市場的王牌產品,因為小核心將可減少高達91%的待機功耗,可以大幅延長筆電與各式行動裝置的電池續航力,而大核心則可完全發揮全速來執行高負載的程式,如此一來,就能兼顧桌機的高效能與筆電的低功耗!一舉兩得!

當然程式方面,也是要改寫,甚至搭配作業系統來改善其執行緒分派器,讓適當的執行緒放在對的核心來執行。否則在ARM領域所出現「一核遇難,九核旁觀」的事件,也有可能在x86領域中發生!

下篇將繼續介紹將於2020年底前推出的Tiger Lake平台!

更多細節,可參考:Intel Architecture Day 2020影片

延伸閱讀:

(01) Intel架構日2020發表全新6大技術:包含Tiger Lake、Xe HPG遊戲顯示卡、Sapphire Rapids與Alder Lake與新技術解說 (上篇) (本篇)
(02) Intel架構日2020發表全新6大技術:包含Tiger Lake、Xe HPG遊戲顯示卡、Sapphire Rapids與Alder Lake與新技術解說 (下篇)

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