核顯進(jìn)化之旅

若干年之后，圖形處理界的知名廠商N(yùn)VIDIA和AMD都相繼推出了高性能的集顯芯片組，也就是我們所熟知的C61與690G這類經(jīng)典產(chǎn)品，讓消費(fèi)者認(rèn)識(shí)到，原來集顯也是可以用來玩大型3D游戲的，也就是這些高性能集顯成就了當(dāng)時(shí)AMD在低端平臺(tái)的高性價(jià)比美譽(yù)。隨后，這些iGP就被直接整合到CPU里面了，而整合顯卡的主板現(xiàn)在已經(jīng)十分稀有了。

曾幾何時(shí)，集成顯卡給人的印象還只是提供基本的圖像輸出，運(yùn)算處理也只是簡(jiǎn)單的2D圖形，要想玩一些3D游戲那只能是癡人說夢(mèng)了。若干年之后，圖形處理界的知名廠商N(yùn)VIDIA和AMD都相繼推出了高性能的集顯芯片組，也就是我們所熟知的C61與690G這類經(jīng)典產(chǎn)品，讓消費(fèi)者認(rèn)識(shí)到，原來集顯也是可以用來玩大型3D游戲的，也就是這些高性能集顯成就了當(dāng)時(shí)AMD在低端平臺(tái)的高性價(jià)比美譽(yù)。隨后，這些iGP就被直接整合到CPU里面了，而整合顯卡的主板現(xiàn)在已經(jīng)十分稀有了。

事實(shí)上，在AMD在收購(gòu)ATI之后，就率先提出了CPU與GPU融合的概念，然而第一個(gè)把實(shí)際產(chǎn)品做出來的卻是其老對(duì)手Intel。早在2010年，Intel就推出了第一款整合GPU的CPU，隨后Intel的核顯每年都會(huì)隨酷睿系列處理器一同升級(jí)一次，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了第六代產(chǎn)品。值得注意的是，GPU的規(guī)模如今是越來越大，這就好比以前是買CPU送GPU，現(xiàn)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，我們見證了集成核顯的規(guī)模在不斷增大，同時(shí)，核顯的處理性能也是以倍數(shù)增加。不過，CPU的每次升級(jí)以往都是以提高能耗比為主，而從Sandy Bridge到Skylake，CPU本身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(diǎn)。下面我們就來回顧一下，重溫Intel核心顯卡的進(jìn)化歷程。

首款整合GPU的CPU：Clarkdale

盡管有些人會(huì)認(rèn)為Intel的做法有點(diǎn)“狡猾”，但不可否認(rèn)的是，2010年推出的Clarkdale處理器的確是首款整合GPU的CPU，這款處理器由32nm制程CPU Die和45nm制程的GPU Die共同封裝在一塊PCB上組成，兩顆芯片使用QPI總線相連?？雌饋硎遣皇怯悬c(diǎn)復(fù)雜？若換用通俗一點(diǎn)的說法，Intel其實(shí)就是把CPU和北橋芯片用膠水“粘”在一起了而已。

Clarkdale系列的處理器只推出了雙核型號(hào)，有Core i5-600和Core i3-500兩個(gè)型號(hào)，當(dāng)然，在LGA 1156時(shí)代的四核處理器是沒有整合GPU的。

在當(dāng)時(shí)，Intel把Clarkdale上的GPU統(tǒng)稱為“Intel HD Graphics”，這一命名一直沿用到現(xiàn)在。而這個(gè)GPU其實(shí)就是G45上X4500 HD的升級(jí)版，其EU增加了兩個(gè)達(dá)到12個(gè)，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(shù)，支持DX10、SM4.0，支持OpenGL 2.1。另外，移動(dòng)版處理器的GPU可以通過Turbo Boost動(dòng)態(tài)調(diào)整頻率，但桌面版無此功能。

真正的核顯：Sandy Bridge

Intel在2011年推出的Sandy Bridge架構(gòu)處理器，則是真正把CPU和GPU做到同一塊芯片上的產(chǎn)品。其CPU、GPU、內(nèi)存控制器、PCI-E控制器全部整合到一個(gè)核心里面，它的最大改進(jìn)在于三級(jí)緩存改用了環(huán)形總線設(shè)計(jì)，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(zhí)行單元、統(tǒng)一執(zhí)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(gòu)與上一代核顯相比有了較大變動(dòng)。

Sandy Bridge按照型號(hào)劃分了標(biāo)準(zhǔn)版以及“K”系倍頻解鎖版本，標(biāo)準(zhǔn)版本GFX命名為HD Graphics 2000，而唯獨(dú)K系列所擁有的GFX為等級(jí)更高的HD Graphics 3000，兩者的區(qū)別是前者擁有6個(gè)EU，而后者則達(dá)到了12個(gè)EU，該系列全面支持Turbo Boost動(dòng)態(tài)調(diào)整頻率，最高頻率可達(dá)1350MHz，支持DX10.1、SM4.1，支持OpenGL 3.0，HD Graphics 3000在性能上比前代產(chǎn)品有了翻倍的增長(zhǎng)。

此外，Sandy Bridge核顯還增加了Quick Sync轉(zhuǎn)碼加速技術(shù)，利用內(nèi)置的編碼器可以支持MPEG2、VC1和H.264視頻格式的硬件編碼。事實(shí)上，Sandy Bridge所整合的圖形核心已實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)碼時(shí)節(jié)省更多的時(shí)間。

迎來DX11時(shí)代：Ivy Bridge

在Ivy Bridge上，Intel針對(duì)核顯的改進(jìn)還是兩個(gè)方向，首先是進(jìn)一步提高GPU的性能，并且讓其支持DX11，第二點(diǎn)則是繼續(xù)提高核顯的功能，例如多屏輸出、高分辨率支持等等。

Ivy Bridge的GPU增強(qiáng)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(yùn)算能力，每周期可以執(zhí)行2個(gè)MAC操作，GPU可以直接讀取L3緩存中的數(shù)據(jù)，圖形單元新增兩個(gè)可編程操作以及一個(gè)固定功能單元以進(jìn)行曲面細(xì)分計(jì)算，并在解碼與顯示功能上做了升級(jí)。

與Sandy Bridge時(shí)的情形類似，Ivy Bridge的核顯同樣也分為兩種，分別是有16個(gè)EU單元的HD 4000和6個(gè)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(shí)代一樣是1350MHz，支持DX11、SM5.0，支持OpenGL 3.2，在性能方面，HD 4000比上一代的HD 3000提升了67%。

Ivy Bridge支持Quick Sync 2.0編碼加速技術(shù)，與第一代相比，2.0版不僅速度更快，而且畫質(zhì)也會(huì)更高。而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(jí)別。

“銳炬”登場(chǎng)：Haswell

Haswell采用的是Gen7.5核顯，從這一代開始，Intel的核顯開始了模塊化、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)。Haswell的顯示核心采用了兩級(jí)EU團(tuán)簇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上級(jí)的叫Slice，下級(jí)的叫Subslice，每個(gè)Subslice擁有10個(gè)EU，2組Subslice單元組成了1組Slice單元，這一代在GT1和GT2兩個(gè)級(jí)別之上又誕生了GT3核心，從此，Intel就走上了暴力堆砌核顯規(guī)格之路。

Haswell的GT1、GT2、GT3核顯分別擁有10個(gè)、20個(gè)和40個(gè)EU單元，此外還有一個(gè)帶嵌入式eDRAM的GT3e，核顯集成了128MB eDRAM，位寬512bit，帶寬可達(dá)64GB/s，這個(gè)嵌入式eDRAM是作為L(zhǎng)4緩存存在的，可以同時(shí)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以及AMD的Radeon相比，這個(gè)名字似乎還少點(diǎn)霸氣。因此，從Haswell處理器的核芯顯卡開始，Intel引入了新的名字“Iris”和“Iris Pro”，中文名為“銳炬”和“銳炬Pro”，分別對(duì)應(yīng)GT3以及GT3e核顯，具體型號(hào)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使用的是GT2核顯，型號(hào)是HD Graphics 4600/4400，后者只用在Core i3-41xx系列處理器上，只有16個(gè)EU，對(duì)非K系列處理器來說，其核顯性能較前代產(chǎn)品有了大幅提升。當(dāng)然，真正需要高性能核顯的也主要是Core i3所對(duì)應(yīng)的用戶群，而對(duì)于高端處理器，基本上都會(huì)另配獨(dú)立顯卡。

奔騰和賽揚(yáng)處理器搭配的則是GT1核顯，而這一代最強(qiáng)的GT3e核顯只出現(xiàn)在兩款桌面級(jí)處理器上，就是Core i7-4770R和Core i5-4670R，然而這兩款CPU都不零售，是針對(duì)OEM市場(chǎng)的產(chǎn)品。

最強(qiáng)桌面核顯：Broadwell

Broadwell主要都是面向移動(dòng)市場(chǎng)，在桌面零售市場(chǎng)上其實(shí)就只有兩款CPU，Core i7-5775C和Core i5-5675C，配備Intel目前最強(qiáng)的Iris Pro 6200核顯，擁有128MB的eDRAM緩存，另外倍頻無鎖，可進(jìn)行超頻。

Broadwell上使用的是Gen8圖形核心，Intel重新設(shè)計(jì)了Subslice單元，每組的EU單元從之前的10個(gè)下降到了8個(gè)，在同樣的采樣器及調(diào)度器下這意味著每個(gè)EU單元的效率提升了，而彌補(bǔ)EU數(shù)量可以通過提升Subslice單元總數(shù)來完成，所以Broadwell的1組Slice單元有3組Subslice單元，EU單元總數(shù)是24個(gè)，Broadwell的GT1、GT2、GT3核顯分別擁有12個(gè)、24個(gè)和48個(gè)EU單元。

桌面零售版那兩款CPU配備的Iris Pro 6200屬于帶eDRAM的GT3e核心，得益于核心規(guī)模的大幅提升，Core i7-5775C的核顯性能較之前的Core i7-4790K提升了將近80%，而且，鑒于現(xiàn)在的Skylake桌面版只有GT2核心，所以Broadwell架構(gòu)的這兩款處理器自然而然成為目前擁有最強(qiáng)核顯的桌面級(jí)處理器。不過，這兩款處理器在國(guó)內(nèi)還沒有正式上市，購(gòu)買渠道比較難找。

越堆越大的GPU：Skylake

Skylake使用的是Gen9代GPU，其實(shí)，它與Gen8有很多地方都是相似的，例如，每組Subslice單元依舊是24個(gè)EU，但是最多可以擴(kuò)展到3組Slice單元，也就是說最多會(huì)配備72個(gè)EU單元，因此Skylake也多出GT4這個(gè)級(jí)別的核顯。

Skylake的Gen9架構(gòu)支持DX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等圖形規(guī)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?jǐn)z像頭RAW架構(gòu)。

多媒體方面，Gen9架構(gòu)支持單一固定功能單元以降低功耗，Quick Sync轉(zhuǎn)碼單元也設(shè)計(jì)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(zhuǎn)碼加速還支持了HEVC（H.265）、VP8、MJPEG等標(biāo)準(zhǔn)。

然而，GT3/GT3e/GT4e這樣的高性能核顯只使用在移動(dòng)版處理器上，桌面版的Skylake處理器基本上仍在使用只有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(gè)“P”后續(xù)的處理器用的是GT1核顯。

Intel這些年來在核顯方面確實(shí)下了不少功夫，每一代產(chǎn)品間的性能提升幅度相當(dāng)大，入門級(jí)獨(dú)立顯卡基本上快被核顯“趕盡殺絕”了。而反觀CPU，性能提升的幅度就沒那么明顯了，降低功耗反而成了重點(diǎn)，毫無疑問，低功耗處理器成就了現(xiàn)在的眾多超級(jí)本和各種Windows平板，而且，這些年來移動(dòng)設(shè)備的顯示分辨率都在不斷攀升，這對(duì)核顯的性能又有了更高的需求，正是市場(chǎng)的變化影響了Intel近年來處理器的發(fā)展方向，可以想見，未來Intel的CPU仍會(huì)以提升核顯性能并降低整體功耗為方向不斷前行。