英特爾、AMD、英偉達(dá)這三大“芯片巨頭”在GPU市場(chǎng)上的格局悄然發(fā)生變化。?

英特爾已經(jīng)涉足GPU領(lǐng)域數(shù)十年，從其首款 iGPU 到該公司如今在市場(chǎng)上推出當(dāng)前專用顯卡。它比其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手 AMD 和英偉達(dá)領(lǐng)先多年，目前主要在低價(jià)格范圍內(nèi)與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)。

英特爾、AMD、英偉達(dá)三大GPU架構(gòu)有何不同？

來(lái)自英特爾GPU的執(zhí)行單元?

眾所周知，英偉達(dá)使用所謂的 SM 或流式多處理器，而 AMD 稱其為 CU 或計(jì)算單元。在英特爾的架構(gòu)中，它可以在某些架構(gòu)或矢量引擎上顯示為執(zhí)行單元或 EU 。

要了解 英特爾GPU 與其對(duì)手在組織或架構(gòu)上的差異，有必要從這些執(zhí)行單元開始，它們將是基本的著色器單元。這些單元被設(shè)計(jì)為小型處理器或矢量 FPU 單元以添加傳輸線脈沖發(fā)生器(TLP)。

也就是說(shuō)，它們不僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算單元，它們還有一些額外的組件，比如它們自己的控制單元，它們自己的寄存器，以及它們對(duì)應(yīng)的執(zhí)行單元。最終，它們更像是一個(gè) CPU 內(nèi)核，而不是一個(gè)簡(jiǎn)單的 FPU。事實(shí)上，我們可以看到在英特爾的架構(gòu)中使用了4個(gè)FP32 FPU，即單精度浮點(diǎn)或32位，作為SIMD或向量單元工作。我們還有其他 4 個(gè)用于整數(shù)交換的 ALU，它們支持 SIMD over register。

由于它對(duì)寄存器進(jìn)行操作，即計(jì)算單元被細(xì)分，因此每個(gè)時(shí)鐘周期可以處理兩倍的操作數(shù)。例如，可以使用 FP32，但也可以同時(shí)使用兩個(gè) FP16 或每個(gè)周期使用四個(gè) FP8。這就是 Shader 程序的運(yùn)行方式。

另一方面，Raja Koduri 對(duì) 英特爾Xe 的影響也很受歡迎。前者來(lái)自 AMD 的圖形部門，在執(zhí)行單元方面采用了與英特爾類似的理念，因?yàn)樗鼈兪请p重的，并且每?jī)蓚€(gè) EU 共享相同的控制單元。也就是說(shuō)，與我們?cè)?AMD 的 RDNA 架構(gòu)中看到的非常相似，正如您在上一張圖片中看到的那樣。

至于英偉達(dá)，它的CUDA核心分別比英特爾和AMD的EUs和CUs簡(jiǎn)單得多，但包含了更多這樣的單元。在英偉達(dá)的情況下，CUDA 基本上是著色器單元，基本上是 32 位浮點(diǎn)和整數(shù)單元：

英特爾 GPU 上的子切片

正如我們?cè)谏弦还?jié)中看到的，專門用于處理著色或著色器的執(zhí)行單元被劃分為子切片，它們?cè)?英特爾Xe GPU 的 EU 內(nèi)分組。

英特爾所說(shuō)的子切片由內(nèi)部的 16 個(gè) EU 組成，對(duì)于 FP32 總共轉(zhuǎn)換為 64 個(gè) FPU，對(duì)于 32 為整數(shù)總共轉(zhuǎn)換為 64 個(gè) ALU。這使得這些子部分在原始功率方面類似于 AMD 計(jì)算單元。然而，它們并不完全是副本，英特爾GPU 處理的 ISA 將與 Radeon 的不同。

Sub-Slice或基本著色器單元內(nèi)部是 GPU 中通常存在的部分，盡管英特爾使用與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不同的命名法。例如，我們發(fā)現(xiàn)：

3D 采樣器——這是一個(gè)經(jīng)典的紋理操作和過(guò)濾單元，自第一個(gè) 3D 加速器出現(xiàn)以來(lái)就一直在使用。

媒體采樣器——這個(gè)單元是英特爾 GPU 獨(dú)有的，由固定功能計(jì)算單元組成。

視頻運(yùn)動(dòng)引擎——該單元提供像素運(yùn)動(dòng)的估計(jì)，是視頻編碼的關(guān)鍵。

Adaptive Video Scalar——是負(fù)責(zé)處理濾波器以使圖像平滑的單元。

去噪/去隔行——在這種情況下，它是專注于降低圖像噪聲并將視頻從隔行模式轉(zhuǎn)換為逐行模式的單元。

在英特爾Xe中，GPU 架構(gòu)的圖片中可以看出，Media Sampler已經(jīng)完全移除，成為一個(gè)單獨(dú)的單元。這與英偉達(dá)和AMD的設(shè)計(jì)完全不同。

在上圖中，您可以看到英偉達(dá)將其許多 CUDA 內(nèi)核捆綁到一個(gè) SM 中，并將多個(gè) SM 捆綁到它所謂的GPC中。也就是說(shuō)，它們是圖形處理集群。

另一方面， AMD 將幾個(gè) CU 的分組稱為Shader Engine，或著色引擎。但英特爾在其 Xe GPU 中打破了這一點(diǎn)，并使用了術(shù)語(yǔ)切片，這將是等價(jià)的。里面是英偉達(dá)和AMD通用的子切片和一些固定功能單元。

但區(qū)別不僅在于英特爾使用的命名法，還有另一個(gè)細(xì)節(jié)將它們與英偉達(dá)和AMD區(qū)分開來(lái)。而且就是這兩家公司用的是raster unit 和生成統(tǒng)一深度buffer的，在raster階段，用的是common unit。相反，英特爾將這些驅(qū)動(dòng)器解耦并單獨(dú)放置。

Pixel Dispatch 和 Pixel Back-End 也會(huì)發(fā)生類似的情況。在英特爾 GPU 的情況下，英偉達(dá)和 AMD架構(gòu)的ROP 單元的這些功能也被分離為兩個(gè)不同的元素。但是功能是一樣的。

緩存層次結(jié)構(gòu)

最后，我們還必須詳細(xì)介紹英特爾GPU緩存的層次結(jié)構(gòu)。這也大大區(qū)分了英特爾 GPU 架構(gòu)與英偉達(dá)和AMD的架構(gòu)。眾所周知，AMD 在 RDNA 2 中為 Radeon RX 6000 系列引入了 Infinity Cache，而英偉達(dá)在其 GeForce RTX 中也遵循了自己的理念。

就AMD而言，如你所知，使用了三個(gè)緩存級(jí)別，一個(gè)L0，或者0級(jí)，一個(gè)L1，一個(gè)L2。在英偉達(dá)的情況下，我們有一個(gè) L1 用于每個(gè)核心，然后是一個(gè)共享的 L2，不用多說(shuō)，簡(jiǎn)化了這個(gè)內(nèi)存的層次結(jié)構(gòu)，雖然這既不好也不壞，每個(gè)核心都只是根據(jù)自己的特定架構(gòu)進(jìn)行修改。

就英特爾而言，在這方面有所不同。在英特爾子段中，我們有 L1 數(shù)據(jù)緩存和共享本地內(nèi)存。但是添加了一個(gè)額外的 L2 緩存，可以從 3D 采樣器和媒體采樣器訪問(wèn)它。這使得 L3 真正成為該 GPU 的頂級(jí)緩存。

另一方面，用于為 EU 提供數(shù)據(jù)的 L1 緩存和用于紋理的 L2 緩存之間通常存在差異。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，現(xiàn)在英特爾保持了完全標(biāo)準(zhǔn)的配置，這在英特爾之前推出的 GPU 架構(gòu)中并非如此。

LLC，在這種情況下是3 級(jí)或 L3 緩存，也與該公司以前的架構(gòu)有所不同。如您所知，當(dāng)前的 GPU 支持一種稱為 Tiled Caching 的技術(shù)，該技術(shù)包括按圖塊或部分圖像進(jìn)行光柵化。這是在緩存的最后一級(jí)完成的，這就是英特爾選擇顯著擴(kuò)展它的原因，但這是我們?cè)?AMD 和英偉達(dá)上看不到的。

其他差異

當(dāng)然，英特爾與 AMD 和英偉達(dá)也有其他細(xì)微差別，例如構(gòu)建 GPU 芯片的節(jié)點(diǎn)、明顯的晶體管數(shù)量、PCB、TDP、總線寬度等。但從廣義上講，它與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也有很多相似之處。

在外部，我們看到 英特爾GPU板沒(méi)有像英偉達(dá)和AMD那樣的 AIB，但它們本身提供了一個(gè)獨(dú)特的參考 PCB。另一方面，在這些獨(dú)立顯卡中集成的VRAM顯存芯片，與AMD并沒(méi)有太大的區(qū)別，因?yàn)槭褂昧讼嗤腉DDR6，以及其移動(dòng)版中的英偉達(dá)獨(dú)立GPU，因?yàn)镻C的它們搭載GDDR6X。

PCB 層面的組件也大同小異，除了 GPU 和 VRAM 芯片外，我們還發(fā)現(xiàn)了圖形 BIOS等其他必不可少的單元。當(dāng)然，使用的端口也是標(biāo)準(zhǔn)的，將卡連接到主板的接口也是標(biāo)準(zhǔn)的，也是 PCIe。

編輯：黃飛

?