性能百倍提升 Intel集成顯卡進化之路

    曾經很早的時候，集成顯卡給人的印象只是能提供圖像輸出，玩游戲什么的就別想了，然后過了些年，NVIDIA和AMD相繼推出了高性能集顯芯片組，也就是C61與690G這類經典產品，讓大家見識到集顯也是能玩大型游戲的，也就是這些高性能集顯成就了當時AMD在低端平臺的高性價比，隨后這些iGP就被直接整合到CPU里面了，現在整合顯卡的主板已經很稀有了。

    AMD在收購ATI后，首先提出了CPU與GPU融合的概念，然而第一個把實際產品做出來的卻是老對手Intel，早在2010年就推出了第一款整合GPU的CPU，隨后Intel的核顯每年都會隨酷睿系列處理器一同升級一次，現在已經發展到了第六代，GPU的規模越長越大，以前是買CPU送GPU，現在都快成買GPU送CPU了。

    從第一代酷睿處理器Clarkdale到今天的第六代酷睿處理器Skylake，可見整合核顯的規模正在不斷的增大，性能也是以倍數增加，而CPU每次升級都是以提高能耗比為主，說真的從Sandy Bridge到Skylake CPU的性能提升幅度并不算太突出，GPU性能反而成了每代處理器的性能提升重點，下面我們就來回顧一下Intel的核顯進化歷程。

首款整合GPU的CPU：Clarkdale

    雖然說Intel的做法有點狡猾，但是2010年推出的Clarkdale處理器確實首款整合GPU的CPU，這款處理器由32nm制程CPU Die和45nm的GPU Die共同封裝在一塊PCB上組成，兩顆芯片使用QPI總線相連，通俗點來講Intel把CPU和北橋芯片用膠水粘在了一起。

    Clarkdale內核結構圖，GPU Die上包含了PCI-E控制器和內存控制器，其實就是一個北橋芯片

    Clarkdale系列處理器只有雙核的型號，有Core i5-600和Core i3-500兩個型號，在LGA 1156時代四核處理器是沒有整合GPU的。

    當時的Intel把Clarkdale上的GPU統稱為“Intel HD Graphics”，這名字一直用到現在。而這個GPU其實就是G45上的X4500 HD的升級版，EU增加了兩個達到了12個，核心頻率最高可以到900MHz，支持Hierarchical Z（層次Z緩存算法）與Fast Z Clear（快速Z清除）技術，支持DX10、SM4.0，支持OpenGL 2.1，移動版處理器的GPU可以通過Turbo Boost動態調整頻率，而桌面版不行。

真正的核顯：Sandy Bridge

Sandy Bridge核心圖

    正在把CPU和GPU做到同一塊芯片上的是在2011年上推出的Sandy Bridge架構處理器，CPU、GPU、內存控制器、PCI-E控制器全部整合到一個核心里面，它的最大改進在于三級緩存改用了環形總線設計，并且其核心、GFX以及顯示/媒體控制器可共享L3高速緩存。

    Sandy Bridge的GPU主要包含了指令流處理器、媒體處理器、多格式媒體解碼器、執行單元、統一執行單元陣列、媒體取樣器、紋理采樣器以及指令緩沖等等，架構與上一代相比有了較大修改。

    Sandy Bridge按照型號劃分了標準版以及“K”系倍頻解鎖版本，標準版本GFX命名為HD Graphics 2000，而唯獨K系列所擁有的GFX為等級更高的HD Graphics 3000，兩者的區別是前者擁有6個EU，而后者則達到了12個，全面支持Turbo Boost動態調整頻率，最高頻率可達1350MHz，支持DX10.1、SM4.1，支持OpenGL 3.0，性能上HD Graphics 3000比上一代有了翻倍的增長。

    此外這一代核顯還增加了Quick Sync轉碼加速技術，利用內置的編碼器可以支持MPEG2、VC1和H.264視頻各種的硬件編碼，Sandy Bridge所整合的圖形核心已實現了視頻解碼和編碼兩部分的硬件加速功能，可為用戶在視頻轉碼時節省更多的時間。

迎來DX11時代：Ivy Bridge

Ivy Bridge架構圖

    在Ivy Bridge上Intel針對核顯的改進還是兩個方向，首先是進一步提高GPU的性能，并且讓其支持DX11，第二點則是繼續提高核顯的功能，多屏輸出、高分辨率支持等。

    Ivy Bridge的GPU增強了幾何前端、光柵化、像素后端處理、采樣器、尋址單元的并行運算能力，每周期可以執行2個MAC操作，GPU可以直接讀取L3緩存中的數據，圖形單元新增兩個可編程操作以及一個固定功能單元以支持曲面細分計算，并在解碼與顯示功能上做了升級。

    同樣的核顯也分為兩種，分別是有16個EU單元的HD 4000和6個EU單元的的HD 2500，“K”系列處理器用的是HD 4000而其他處理器用的是HD 2500，最高頻率與SNB時代一樣是1350MHz，支持DX11、SM5.0，支持OpenGL 3.2，性能上HD 4000比上一代的HD 3000提升是67%。

    Ivy Bridge支持Quick Sync 2.0編碼加速技術，與第一代相比，2.0版不僅速度更快，而且畫質也會更高。視頻輸出方面也從原來的雙屏上升到三屏輸出，最大分辨率從原來的2560*1600上升到4k*4k級別。

“銳炬”登場：Haswell

Haswell架構圖

    Haswell采用的是Gen7.5核顯，這一代開始Intel的核顯開始了模塊化、可擴展的設計，Haswell的顯示核心采用兩級EU團簇結構設計，上級的叫Slice，下級的叫Subslice，每個Subslice擁有10個EU，2組Subslice單元組成了1組Slice單元，這一代在GT1和GT2兩個級別之上又誕生了GT3核心，從此Intel就走上了暴力堆砌核顯規格的道路。

    Haswell的GT1、GT2、GT3核顯分別擁有10個、20個和40個EU單元，此外還有一個帶嵌入式eDRAM的GT3e，核顯集成了128MB eDRAM，位寬512bit，帶寬可達64GB/s，這個嵌入式eDRAM是作為L4緩存存在的，可以同時提升CPU和GPU性能。

    Intel的核顯一直以來都用HD Graphics來命名，不過與NVIDIA的GeForce還有AMD的Radeon相比這個名字還是不夠霸氣，因此從Haswell處理器的核芯顯卡開始，英特爾將引入新的名字“Iris”和“Iris Pro”，中文名為“銳炬”和“銳炬Pro”，分別對應GT3以及GT3e核顯，具體型號則是Iris Graphics 5100和Iris Pro Graphics 5200。

    這一代的桌面版酷睿處理器基本上都是使用GT2核顯，型號是HD Graphics 4600/4400，后者只用在Core i3-41xx系列處理器上，只有16個EU，對非K系列處理器來核顯性能是較上一代有大幅提升的，而真正需要高性能核顯的也是Core i3那種級別的，高端處理器基本都是配個獨顯。

    奔騰和賽揚處理器配的是GT1核顯，而這一代最強的GT3e核顯只出現在兩款桌面級處理器上，就是Core i7-4770R和Core i5-4670R，然而這兩個都不零售，是針對OEM市場的產品。

最強桌面核顯：Broadwell

Broadwell-H內部結構

    Broadwell主要都是面向移動市場，在桌面零售市場上其實就只有兩個CPU，Core i7-5775C和Core i5-5675C，配備Intel目前最強的Iris Pro 6200核顯，擁有128MB的eDRAM緩存，另外倍頻無鎖，可進行超頻。

Broadwell上的Gen8 GPU架構示意圖

    Broadwell上使用的是Gen8圖形核心，Intel重新設計了Subslice單元，每組的EU單元從之前的10個下降到了8個，在同樣的采樣器及調度器下這意味著每個EU單元的效率提升了，而彌補EU數量可以通過提升Subslice單元 總數來完成，所以Broadwell的1組Slice單元有3組Subslice單元，EU單元總數是24個，Broadwell的GT1、GT2、GT3核顯分別擁有12個、24個和48個EU單元。

    桌面零售版那兩個配備的Iris Pro 6200屬于帶eDRAM的GT3e核心，得益于核心規模的大幅提升，Core i7-5775C的核顯性能較上一代Core i7-4790K提升了將近80%，而已由于現在的Skylake桌面版只有GT2核心，所以Broadwell架構的這兩款處理器成為目前擁有最強核顯的桌面級處理器，然而這兩個處理器在國內根本沒有正式上市，要買的話比較難找。

越堆越大的GPU：Skylake

Skylake處理器核心

    Skylake使用的Gen9代GPU其實與Gen8有很多地方都是相似的，每組Subslice單元依舊是24個EU，但是最多可以擴展到3組Slice單元，也就是說最多會配備72個EU單元，因此Skylake也多出GT4這個級別的核顯。

    GT4核顯可以支持3組Slice單元，72個EU單元

    Skylake的Gen9架構支持DX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等圖形規范，支持新的編譯器堆棧，功耗范圍從4W-65W+不等。此外，Gen9還支持HEVC/H.265、AVC、SVC、VP8、MJPG硬件加速，支持攝像頭RAW架構。

    多媒體方面，Gen9架構支持單一固定功能單元以降低功耗，Quick Sync轉碼單元也設計了固定功能的編碼器以降低功耗、延遲。此外，Gen9的視頻解碼、轉碼加速還支持了HEVC（H.265）、VP8、MJPEG等標準。

Skylake處理器上啟用全新的核顯命名

    然而GT3/GT3e/GT4e這樣的高性能核顯只使用在移動版處理器上，桌面版的Skylake處理器基本上都是使用只有24EU的GT2，雖然較桌面版Haswell來說性能還是有所提升，但是幅度只有20%。另外還有兩個“P”后續的處理器用的是GT1核顯。

從Gen1到Gen9，Intel的圖形核心性能有上百倍的提升

    Intel這些年來在核顯確實下了不少功夫，性能提升幅度相當的大，入門級顯卡基本上都被核顯趕盡殺絕了， 而反觀CPU，性能提升幅度就沒那么明顯了，降低功耗反而成了重點，低功耗的處理器造就了現在超級本和各種Windows平板的盛行，而這些年來移動設備都上高分辨率屏幕，這對核顯又有了性能上的需求，市場的需求影響了Intel近年來的處理器改進方向，未來Intel CPU也是以提升核顯性能并降低整體功耗為主。■