日前,芯片行業(yè)的峰會(huì)Hot Chips 33召開,芯片行業(yè)的巨頭英特爾、AMD和IBM紛紛拿出來(lái)自己的最新技術(shù)和產(chǎn)品。AMD把市場(chǎng)上獲得成功的Zen3拿出來(lái)自我表演了一番。IBM在以前內(nèi)存共享的基礎(chǔ)上,搞出來(lái)緩存共享。
而最引人注目的是英特爾。英特爾除了拿出大小核的十二代酷睿以外,還拿出來(lái)一個(gè)驚世駭俗的頂級(jí)GPU產(chǎn)品。
這款GPU比nVIDIA最強(qiáng)大的GPU還要強(qiáng)很多,而更令人稱奇的是英特爾的GPU并不是傳統(tǒng)上的一塊大芯片,而是由47個(gè)小芯片通過(guò)英特爾的EMIB技術(shù)連接成一個(gè)整體。這讓參會(huì)者驚掉了下巴,紛紛質(zhì)疑這個(gè)東西能量產(chǎn)嗎?
一顆芯片47個(gè)模塊,英特爾為何要這樣搞?未來(lái)的CPU和GPU又會(huì)如何發(fā)展呢?我們來(lái)看一下。
一、英特爾為何要做GPU?
雖然英特爾起步的時(shí)候做過(guò)內(nèi)存,但是多年來(lái),它都是以CPU產(chǎn)品聞名的,從奔騰處理器到酷睿處理器,英特爾常年占據(jù)高性能CPU的王座,AMD在漫長(zhǎng)的40年里面,只翻盤了兩次。
英特爾也嘗試過(guò)做GPU,那也是20多年前的事情了。當(dāng)年英特爾收購(gòu)了洛克希德馬丁(造F22的廠商)旗下的3D技術(shù),發(fā)展出i740獨(dú)立顯卡,試圖在市場(chǎng)上爭(zhēng)鋒。
但是很快,顯卡市場(chǎng)就淘汰了英特爾,英特爾的圖形核心被集成到主板北橋芯片之中,后來(lái)又一起集成到CPU之中。成為入門級(jí)別的GPU解決方案。
那么,時(shí)隔20多年,為何英特爾又要重新做獨(dú)立顯卡,還要搞出一個(gè)47個(gè)模塊的怪獸與nVIDIA和AMD爭(zhēng)鋒呢?
原因很簡(jiǎn)單,現(xiàn)在高性能計(jì)算已經(jīng)不用CPU了。
長(zhǎng)期以來(lái),人們都是用高性能的CPU做計(jì)算,但是后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)高性能CPU用來(lái)做計(jì)算不經(jīng)濟(jì),CPU是為復(fù)雜邏輯計(jì)算設(shè)計(jì)的,而很多計(jì)算只需要簡(jiǎn)單計(jì)算,這樣晶體管都被浪費(fèi)了。
于是,IBM搞出來(lái)一個(gè)Cell的方案(Cell是PS3游戲機(jī)的處理器),用一個(gè)全功能的CPU,帶上一堆暴力計(jì)算單元,這樣可以用比較少的晶體管,獲得比較強(qiáng)的計(jì)算能力。雖然編程麻煩一些,但是算力提升立竿見影。
差不多在同時(shí),做顯卡的nVIDIA也發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題,為了3D顯示把GPU搞出來(lái)強(qiáng)大的計(jì)算能力,平時(shí)用不少浪費(fèi)啊,于是nVIDIA搞出來(lái)CUDA,把GPU中的計(jì)算單元通用化,用來(lái)算高性能計(jì)算。
這個(gè)道路走了十多年,遇到了人工智能的爆發(fā),人工智能是一個(gè)典型的需要海量簡(jiǎn)單計(jì)算的應(yīng)用,GPU相比CPU有天然優(yōu)勢(shì),結(jié)果大量高性能計(jì)算需求,都用GPU了,英特爾的計(jì)算產(chǎn)品市場(chǎng)被吃掉一大塊。
英特爾其實(shí)很早也嘗試過(guò)計(jì)算卡這類東西,也是用多個(gè)小核心組成一個(gè)類似于GPU的大型計(jì)算卡,但是這個(gè)東西只能計(jì)算,無(wú)法通過(guò)游戲市場(chǎng)分?jǐn)偝杀,價(jià)格高昂,競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)nVIDIA和AMD,經(jīng)過(guò)幾代產(chǎn)品也就淘汰了。
痛定思痛,英特爾決定也搞GPU,搞出來(lái)GPU,可以在家用游戲市場(chǎng)賣,分?jǐn)偟粞邪l(fā)和制造成本,這個(gè)GPU用于高性能計(jì)算的成本就下來(lái)了,就可以與nVIDIA競(jìng)爭(zhēng)了。所以英特爾做GPU。
二、英特爾為什么搞47個(gè)模塊的怪獸?
要做GPU,其實(shí)也不算太難。用先進(jìn)的工藝,把計(jì)算單元做得足夠多,晶體管效率上去,顯存帶寬上去,自然有高性能。
但是,這里有一個(gè)問(wèn)題,就是要把單元做的足夠多,GPU用掉的晶體管就要足夠多,GPU的芯片就要做得很大。而芯片的良率與芯片大小是有關(guān)的。
因?yàn)樾酒系蔫Υ檬请S機(jī)的,芯片面積越大,遇到瑕疵概率越大,遇到了就是廢品,廢品率高了,成品的價(jià)格就上去了。
那么,能不能用小芯片堆砌呢?當(dāng)然可以,AMD的CPU就是這么干的,但是小芯片堆砌有個(gè)問(wèn)題,是小芯片之間互聯(lián)會(huì)降低效率,性能會(huì)損失很大。所以,GPU現(xiàn)在還是用大芯片。
而英特爾有一個(gè)叫做EMIB的技術(shù),這個(gè)技術(shù)用一個(gè)比一顆香米粒還小的復(fù)雜多層薄硅片,可以在相鄰芯片間傳輸大量數(shù)據(jù)。比傳統(tǒng)電路基板的帶寬要高,可以解決多個(gè)小芯片互聯(lián)性能下降的問(wèn)題。
有這個(gè)技術(shù),英特爾就開始發(fā)威了。它的旗艦GPU用個(gè)47個(gè)模塊,分成兩個(gè)部分。
兩個(gè)部分之間連接器用一個(gè)模塊,每個(gè)部分有23個(gè)模塊。這23個(gè)模塊,8個(gè)模塊是通用計(jì)算,8個(gè)模塊是AI用的計(jì)算,兩個(gè)模塊連接這些計(jì)算單元,四個(gè)模塊是存儲(chǔ)器,一個(gè)模塊用于外部互聯(lián)。
這樣就堆砌出47個(gè)模塊,建立起強(qiáng)大的算力,而單個(gè)芯片的良率遠(yuǎn)比大芯片方案更高。
三、未來(lái)的芯片會(huì)走向何方?
隨著nVIDIA要約收購(gòu)ARM,英特爾做GPU,目前在高性能計(jì)算市場(chǎng)上,nVIDIA,英特爾、AMD三足鼎立已經(jīng)形成。還有一個(gè)潛在的巨頭是獨(dú)立做CPU和GPU的蘋果。
這四家都希望有CPU和GPU,完成高性能計(jì)算。從目前各家的技術(shù)探索來(lái)看。未來(lái)很可能形成統(tǒng)一的幾個(gè)趨勢(shì)。
第一個(gè)趨勢(shì)是CPU和GPU統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)。
現(xiàn)在AMD已經(jīng)把三級(jí)緩存做到192M了,也把GPU的緩存做到了128M,AMD也在游戲機(jī)里面做到了統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)。統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)可以提升CPU和GPU和數(shù)據(jù)交換速度,提升性能,未來(lái)隨著工藝的提升,CPU和GPU共享緩存,共享內(nèi)存是一個(gè)趨勢(shì)。
第二個(gè)趨勢(shì)是小芯片堆砌。小芯片的成本優(yōu)勢(shì)一直有,英特爾EMIB的技術(shù)解決了芯片之間互聯(lián)的帶寬問(wèn)題,減少了性能損失,這樣一來(lái),小芯片堆砌可以帶來(lái)高性能和低成本,這種方案會(huì)越來(lái)越多。
第三個(gè)趨勢(shì)是大小核,人們基本的計(jì)算需求對(duì)性能要求很低。用高性能核心,浪費(fèi)功耗。而用大小核,可以在性能和功耗之間找到比較合適的平衡點(diǎn)。
所以,一顆芯片47個(gè)模塊只是開始,未來(lái)我們會(huì)看到更多的怪獸級(jí)芯片。
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