英特爾推進全新架構(gòu)，面向數(shù)據(jù)中心、HPC-AI和客戶端計算

英特爾推出兩大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)。

本文作者：Raja M. Koduri

英特爾公司高級副總裁兼加速計算系統(tǒng)和圖形事業(yè)部總經(jīng)理

架構(gòu)是硬件和軟件的“煉金術”。它融合特定計算引擎所需的先進晶體管，通過領先的封裝技術將它們連接，集成高帶寬和低功耗緩存，在封裝中為混合計算集群配備高容量、高帶寬內(nèi)存和低時延、可擴展互連，并確保所有軟件無縫地加速。披露面向新產(chǎn)品的架構(gòu)創(chuàng)新，是英特爾架構(gòu)師在每年架構(gòu)日上的期許，今年舉辦的第三屆英特爾架構(gòu)日令人十分興奮。

今天，我們公布了英特爾?架構(gòu)在近年來重大的改變和創(chuàng)新。 這包括：第一次深入介紹了英特爾首個性能混合架構(gòu)Alder Lake，其搭載兩款新一代x86內(nèi)核以及智能英特爾?硬件線程調(diào)度器；英特爾全新引領行業(yè)標準的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)Sapphire Rapids，其搭載全新的性能核以及多種加速器引擎；英特爾全新的獨立游戲圖形處理器（GPU）架構(gòu)；英特爾全新的基礎設施處理器（IPU）以及超凡的數(shù)據(jù)中心GPU架構(gòu)Ponte Vecchio，其具備英特爾迄今為止最高的計算密度。

架構(gòu)突破為英特爾的下一波領先產(chǎn)品奠定基礎，率先推出的是Alder Lake。隨著從臺式機到數(shù)據(jù)中心的工作負載愈發(fā)龐大、愈發(fā)復雜、愈發(fā)多樣，我們在架構(gòu)日上展示的突破展現(xiàn)了架構(gòu)將如何滿足對更高計算性能的需求。

架構(gòu)師們奮力而行，結(jié)合英特爾獨特、豐富的標量、矢量、矩陣和空間計算引擎，打造混合計算架構(gòu)，為客戶的高需求工作負載提供非線性處理能力。

我為大家概述如下：

能效核：一個高度可擴展的x86微架構(gòu)，它能滿足客戶從低功耗移動應用到多核微服務的全方位計算需求。對比英特爾迄今為止最多產(chǎn)的CPU微架構(gòu)——Skylake，能效核可在相同功耗下提升40%的單線程性能，或者在提供同樣性能時，功耗僅為Skylake的40%不到。1就吞吐量性能而言，與運行四個線程的兩個Skylake內(nèi)核相比，四個能效核在性能提升80%的同時功耗更低，或者在提供相同吞吐量性能時，功耗降低80%。1

性能核：它不僅是英特爾迄今為止性能最高的CPU內(nèi)核，而且在CPU架構(gòu)性能方面實現(xiàn)階梯式提升，推動未來十年的計算發(fā)展。它是一個更寬、更深、更智能的架構(gòu)，展現(xiàn)出更高的并行性，提高執(zhí)行并行性，降低時延，提升通用性能。它還幫助支持大數(shù)據(jù)集和大型代碼體積的應用程序。與第11代酷睿架構(gòu)（Cypress Cove內(nèi)核）相比，相同頻率下，性能核在一系列工作負載上平均提升了約19%。1

針對數(shù)據(jù)中心處理器和機器學習的發(fā)展趨勢，性能核提供了專用硬件，包括新的英特爾高級矩陣擴展（AMX）來執(zhí)行矩陣乘法運算，以獲得數(shù)量級的性能——AI加速提升約8倍。這是為軟件易用性而設計，利用了x86編程模型。

英特爾硬件線程調(diào)度器：這是英特爾開發(fā)的獨特調(diào)度方法，旨在確保將能效核和性能核無縫銜接在一起，從開始就動態(tài)、智能地分配工作負載，從而優(yōu)化系統(tǒng)以在真實場景中實現(xiàn)更高的性能和效率。智能直接置于內(nèi)核，英特爾硬件線程調(diào)度器與操作系統(tǒng)無縫配合，在合適的時間把合適的線程分配給合適的內(nèi)核。

Alder Lake：它重構(gòu)了多核架構(gòu)，是英特爾首個搭載全新英特爾硬件線程調(diào)度器的性能混合架構(gòu)。它是英特爾最智能的客戶端SoC架構(gòu)，結(jié)合了能效核和性能核，適用于從移動端到臺式機的產(chǎn)品，并通過多種業(yè)界領先的I/O和內(nèi)存而引領行業(yè)變革?；贏lder Lake的產(chǎn)品將在今年開始出貨。

Xe HPG和Alchemist SoC：一款全新的獨立顯卡微架構(gòu)，專為游戲和創(chuàng)作工作負載提供發(fā)燒友級別的性能。Xe HPG微架構(gòu)采用新的Xe內(nèi)核，聚焦計算、可編程、可擴展，并全面支持DirectX 12 Ultimate。Xe內(nèi)核中的全新矩陣引擎（Xe Matrix eXtensions，XMX）能夠加速AI工作負載，比如XeSS，是一項全新升頻技術（upscaling technology），可以實現(xiàn)高性能、高保真游戲體驗?；赬e HPG的Alchemist SoC（之前代號為DG2）將于2022年第一季度上市，并采用新的品牌名英特爾?銳炫?。

Sapphire Rapids：它結(jié)合了英特爾的性能核與全新加速器引擎，樹立了下一代數(shù)據(jù)中心處理器的標準。Sapphire Rapids的核心是一個模塊化的分區(qū)SoC架構(gòu)，得益于英特爾的EMIB多晶片互連封裝技術和先進網(wǎng)格架構(gòu)，它具有顯著的可擴展性，同時仍保持單晶片CPU接口的優(yōu)勢。

基礎設施處理器（IPU）：Mount Evans是英特爾首款專用ASIC IPU，以及全新的基于FPGA的IPU參考平臺——Oak Springs Canyon。通過基于英特爾IPU的架構(gòu)，云服務提供商（CSPs）可以通過把基礎設施任務從CPU轉(zhuǎn)移到IPU，從而讓數(shù)據(jù)中心收益更大化。把基礎設施任務轉(zhuǎn)移到IPU，能夠讓云服務提供商（CSPs）可以把所有的服務器CPU租給客戶。

Xe HPC， Ponte Vecchio：Ponte Vecchio是英特爾迄今為止最復雜的SoC，也是我們踐行IDM 2.0戰(zhàn)略的絕佳示例，它采用多種先進的半導體制程工藝、英特爾變革性的EMIB技術以及Foveros 3D封裝技術。這是我們實現(xiàn)堪比登月難度創(chuàng)新后的一款產(chǎn)品，它包含1000億個晶體管，提供業(yè)界領先的浮點運算和計算密度，以加速人工智能、高性能計算和高級分析工作負載。在架構(gòu)日上，英特爾展示了早期的Ponte Vecchio芯片就已經(jīng)顯示出領先的性能，在一個流行的AI基準測試上創(chuàng)造了推理和訓練吞吐量的行業(yè)紀錄。1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。如Xe架構(gòu)一樣，Ponte Vecchio將由oneAPI支持，后者是英特爾一個開放、基于標準、跨架構(gòu)、跨供應商的統(tǒng)一軟件堆棧。

回望過去一年，科技處于所有人如何溝通、工作、娛樂和應對新冠肺炎疫情的核心。事實證明，強大的計算能力至關重要。展望未來，我們面臨龐大的算力需求，預計到2025年將是1000x（千倍級）的提升，而四年內(nèi)增加1，000倍相當于摩爾定律的5次方。

英特爾CEO帕特·基辛格也是一位架構(gòu)師，他說：“我們面臨艱巨的計算挑戰(zhàn)，一定要通過變革性的架構(gòu)和平臺來解決……正是英特爾才華橫溢的架構(gòu)師和工程師們，讓這些技術‘魔法’得以成真?！?/p>

世界正依賴架構(gòu)師和工程師來解決艱巨無比的計算問題，以造福人類。這就是為什么我們的戰(zhàn)略和執(zhí)行不斷加速以滿足所需。我們疾步前行。