一顆芯片47個(gè)模塊 英特爾GPU的葫蘆賣得什么藥？

　　日前，芯片行業(yè)的峰會(huì)Hot Chips 33召開(kāi)，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(pán)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(mén)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(jiàn)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�上的瑕疵是隨機(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(kāi)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(píng)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(kāi)始，未來(lái)我們會(huì)看到更多的怪獸級(jí)芯片。