面向未來英特爾布局加速計算和圖形市場

張平

2022年2月17日，英特爾在線上舉行了2022年投資者大會，主要介紹了未來一年乃至更長期的發展戰略，其公布的技術發展信息涵蓋數據中心和人工智能、客戶端計算、加速計算和圖形、代工業務、軟件和先進技術、網絡和邊緣計算以及未來的技術展望。會上，英特爾對2021年6月才成立的加速計算和圖形AXG部門的規劃最為引人關注，從中我們不僅可以透過行業巨頭的眼睛去觀察未來的計算世界，更可以了解科技將如何擁抱未來。

擁抱市場更為開放

英特爾將Core計算劃分為三個階段，1980年到2000年左右為第一階段，Web 1.0連接了大約10億臺x86架構的PC終端，這個時代的主要任務是“數據化一切”。第二階段則是從2000年至今，計算基于移動和云端，大約有100億臺連接上云端的設備，這個階段的主旨是“連接一切”，客戶端方面則以創意、創作和Web 2.0為主。第三階段，則是2022年以后的時代，主要設備包括x86CPU、英特爾Xe架構GPU以及相關軟件，大約有1000f乙設備連接，實現“無處不在的智能”。其主要的呈現方式是為每一個人賦能，實現每個人的內容創造和數字化產權，這個時代也被稱為Web 3.0時代。

英特爾在加速計算和圖形部分所需要執行的任務，就是為第二、第三個階段的應用需求提供算力。英特爾認為2022年以后，將出現智能機器人、虛擬經濟等內容，所需要的算力更為恐怖。現在人們大概需要10的10 -15次方的算力，未來可能會提升至10的30次方。這種數量級的大幅度增長依靠的就是持續增強的芯片算力和軟件平臺。

為此，英特爾將傳統的核心計算和加速計算結合起來，在傳統計算方面，數字化一切、連接一切、賦能一切是其運作的核心;加速計算方面，游戲、媒體、HPC以及虛擬經濟是計算核心。這兩者通過Zetta級別的算力以及元宇宙結合在一起，創造“無處不在的AI”和“持久沉浸的網絡”體驗。為了完成上述目標、持續推動計算發展，英特爾AXG將分為三個部門，分別是超級計算（主管HPC-AI以及媒體）、自定義計算（區塊鏈、邊緣計算）以及虛擬計算（游戲、內容創作和元宇宙）。英特爾估計，現在AXG部門的營收大約是100億美元，而到2026年，這個數據將暴漲到1550f乙美元，其中超級計算部分年化增長率高達23%、自定義計算部分高達11%，虛擬計算部分增長率也有4%，2026年這三個部分將帶來450億美元、300億美元、250f乙美元的營收，其余的550億美元營收來自軟件、系統和服務。

AXG部門在具體實現相關目標的時候，需要將整個計算系統進行細分。在Xe系統沒有加入英特爾的系統架構時，英特爾將計算任務從內到外分為工藝、封裝、內存、10、架構以及軟件系統等多個部分。英特爾在工藝方面計劃未來通過Intel 7、Intel 4、Intel 3以及Intel20A、Intel 18A等工藝來實現自己的目標。值得注意的是Intel 4，之前它的名稱是Intel 5，但是這—次，英特爾認為其能夠達到更高的效能，因此改名為Intel 4。在封裝方面，英特爾提出了利用EMIB、Foveros、Foveros Omni和Foveros Direct等技術綜合實現多芯片和封裝架構的升級。內存方面則是DDR和HBM，10方面通過Ethernet以及PCle，架構方面則是未來的x86性能核心和x86效能核心。最后則是龐大的軟件系統，英特爾將持續為Unity、KVM、vmware、Windows、Linux、XGBoost等：一攬子軟件提供支持，使其更好、更快地運行在英特爾的軟硬件平臺上。

在英特爾加入了Xe架構家族之后情況發生了變化。在內存方面，英特爾增加了RAMBO緩存，這是—種連接CPU、GPU和HBM緩存的中介層，用于改善不同檔次緩存之間的性能鴻溝，實現比較平穩的性能過渡。在10方面，英特爾加入了Xe Link以及CXL，其中前者是用于Xe GPU互聯的總線，后者是英特爾基于PCle 5.0提出的連接擴展，可以使得內存和設備存儲在保持緩存一致性的情況下，還擁有Bias靈活性，這種功能對大規模計算來說是非常重要的。在架構方面，英特爾加入了Xe LP、Xe HPG以及Xe HPC等多種GPU架構，為未來的加速計算打下堅實的基礎。

不過，這還沒有結束，英特爾龐大的IP庫資源還需要全新的IDM2.0計劃的加持。在IDM 1.0時代，所有這些IP都被英特爾綁定，尤其是制造工藝只依賴英特爾這一個單一來源。但是進入IDM 2.0時代后，英特爾對待市場和技術更為開放，在工藝方面加入了臺積電作為合作伙伴，英特爾接下來將利用臺積電的N7、N6、N5等工藝加強了自己的產能和技術實力。GPU路線圖

在了解了英特爾有關產業的一些宏大構想之后，再來看看英特爾在虛擬計算領域的進展。

英特爾目前在虛擬計算領域的產品主要是支持英特爾DeepLink技術、具有x86核心和集成顯卡的處理器以及英特爾ARC獨立GPU。Deep Link技術是英特爾推出的可以自動同時調用集成顯卡和獨立顯卡功能乃至性能的技術。英特爾宣稱，目前旗下的ARC獨立顯卡在OEM廠商中擁有超過50款設計，超過100個軟件方面的合作伙伴（主要針對XeSS技術和Deep Link技術），2022年將推出首款獨立顯卡，筆記本電腦的產品在第一季度推出，面向桌面的產品在第二季度推出，第三季度還將推出面向工作站的產品，預計全年英特爾將銷售400萬塊ARC顯卡。

2022年也就是即將推出的英特爾首款ARC獨立顯卡采用的架構代號為“Alchemist”，2023到2024年將推出Battlemage架構和對應的產品，2024年以后將推出Celestial架構的產品，整個發展節奏基本上是一年推出一代產品。與之搭配的CPU平臺則分別是2022年的Alder Lake和Raptor Lake、2023-2024年的Meteor Lake或者下一代產品、2024年的更下一代產品。值得注意的是，如果使用英特爾CPU（包含集成的GPU）搭配ARC獨立顯卡，用戶將會獲得Deep Link和XeSS技術。并且從下一代開始，英特爾將以Tile GPU、SoC和CPU的方式來設計桌面處理器產品，其具體的指代還有待英特爾進一步給出結果。

最后在ARC顯卡和相關產品部分還要提到的是，英特爾目前正在推進名為“Project Endgame”的云游戲平臺，計劃在2022年上線。這個平臺將采用各種類型的”XPU”產品，不出意外的話，將以英特爾自家的產品為主。加強視頻和媒體功能

本次加速計算和圖形部分的另一個重要內容則是視頻和媒體部分的加強。英特爾給出的數據顯示大約有80%的互聯網內容是以視頻的形式存在的。這里面包合了直播、優質內容等，比如目前最流行的短視頻社交和vlog等。這里面的計算需求包括視頻框架gstremer、AI工具AI Analytics Toolkit、視頻程序FFMPEG以及AI相關視頻處理軟件OpenVINO等，針對的應用包括視頻轉碼、云游戲、虛擬桌面、媒體AI處理等。針對這些功能，英特爾推出了名為Arctic Sound-M的數據中心GPU產品，并稱這款產品為唯一的開源媒體解決方案堆棧，且是首個支持AV1編碼的GPU產品。Arctic Sound-M目前可以提供四種重要應用下的加速：一是媒體轉碼，Arctic Sound-M支持最多8條4K視頻流同時進行處理，支持30多個1080p視頻流進行同時處理;二是云游戲，Arctic Sound-M在720p分辨率下，最多同時支持30余個Android游戲同時運行;三是虛擬桌面，Arctic Sound-M能夠同時支持最多60個虛擬桌面應用同時運行;四則是媒體A功口強功能，ArcticSound-M的最高算力在INT8模式下高達150TOPS，能夠輕松完成大量的AI相關計算任務。ArcticSound-M在2月發布會上就已經進入樣品階段，預計將在2022年中期正式發布。

另外，在HPC AI計算方面，目前英特爾的至強處理器已經獲得了超級計算機高達85%的市場份額，之前依靠的是Xeon SapphireRapids產品。而今英特爾又再接再厲，發布了全新的Xeon SapphireRapids HBM版本，通過板載HBM存儲芯片，為處理器提供了更多的內存帶寬，降低了處理器的內存延遲所帶來的性能損失。英特爾宣稱，新的Xeon Sapphire RapidsHBM的內存帶寬是之前非HBM產品的4倍，并且相比第三代Xeon處理器，其性能最高能夠達到2.8倍，這款產品將在2022年第二季度正式出貨。同樣是在HPC AI計算方面，英特爾之前預熱很多次的PonteVecchio終于要正式發布了，它將在今年晚些時候正式上市，首個用戶將會是美國國防部。英特爾宣稱Ponte Vecchio是超級算力GPU，目前主要用于搭建名為Aurora的超級計算機，這款超級計算機預計將獲得超過2Exa Flops的計算性能。單獨評價Ponte Vecchio的話，英特爾宣稱其性能也是之前的可比產品的大約2.6倍。

在算力目標方面，英特爾計劃通過架構、功耗、處理器和封裝、內存和10方面的進步，在2027年進入Zetta級別計算能力，Zetta級別計算能力是指大約1024倍Exa級別，考慮到現在超級計算機的能力尚未達到Exa級別，也就是說，英特爾計劃在5年內將系統性能最高提升1000倍，這是一個艱巨的任務，英特爾在未來的時間段內究竟還有哪些做法還有待觀察。

最后英特爾還梳理了—下未來的產品路線。英特爾認為，超算市場目前’將由Arctic Sound-M、XeonSapphire Rapids HBM、PonteVecchio以及相應的OneAPI、XeGPU、x86 CPU以及XPU來完成。在自定義計算市場目前的產品陣列是Blockchain Accelerator以及部分定制化的服務產品，其中前者是英特爾之前推出的區塊鏈加速器，用于數據貨幣相關應用。而虛擬計算市場，英特爾將采用ARC獨立顯卡和后期的Celestial架構所使用的多芯片封裝技術來占領，當然Deep Link技術也必不可少。英特爾的棋局

從計算的角度來看，英特爾在過去很長一段時間都是以CPU計算為主。CPU是典型的串行計算，邏輯計算能力強大但是無法做到同時處理大量的并行計算，而后者正是GPU的強項。在人們使用計算機的早期，串行計算占據主流地位，并行計算的需求還沒有如此凸顯。但是隨著GPU的發展、計算需求的發展，人們還是逐漸發現，類似GPU這樣以并行計算為主的產品，在合適的環境、軟件和需求的配合下，能夠實現比CPU強大百倍干倍的計算效能。于是，并行計算逐漸取代了串行計算，尤其是AI相關產業興起后，GPU以及各類AI加速芯片，更是以狂奔的速度，帶來了人類計算發展史上最大規模的擴張和前進。

其實英特爾并非沒有為并行計算做過努力，英特爾在之前嘗試過采用眾多x86小核心組建Larrabee架構，實現片上大規模并行計算，但是這條路最終被證明難以和GPU抗衡，因此也以停產告終。最終，英特爾選擇重新進入GPU產業界，推出了Xe架構和相關產品，這一次英特爾應該是走對了。

從目前的產品狀況來看，英特爾的首款ARC獨立顯卡ARCAlchemist即將在2022年上市，并且英特爾宣稱其全年銷量可達400萬片。從目前泄露的產品信息等內容來看，ARC Alchemist的性能可能不會太強，比如其對位產品可能是RTX 3060甚至RTX 3060 Ti.而對更高端的RTX 3090等產品幾乎沒有威脅，況且2022年AMD和英偉達都要更新產品線，可能屆時ARC Alchemist只能定位中端。但是這并不意味著英特爾第一步走得不好。在GPU這類產品上，只有足夠多的用戶才能夠有下一代產品的改善，用戶會不斷地給出使用反饋和產品反饋，未來英特爾才可能根據這些信息不斷地改進產品，提升性能和使用體驗。因此，只要有用戶、有市場，ARC系列就能夠持續存活，這樣一來，2022年的首批400萬片ARC獨立顯卡就顯得頗為重要了，這不但是英特爾給市場的信心，也是給自己未來發展奠定的基礎。

接下來，在擁有了Xe這樣的GPU架構之后，英特爾在更多方面開始大展宏圖。比如面向數據中心的Arctic Sound-M，以及Xe-HPC等產品。這意味著英特爾開始進入以GPU為主的計算市場，開始向英偉達的核心領域發起沖擊了。

和英偉達相比，英特爾也在本次發布會上更清晰地梳理了自己的優勢。比如x86 CPU的資源、自家強大的制程支撐、各種高級封裝技術、各種內存和10技術等，在這些諸多優勢的加持下，再加上Xe架構的相關產品，英特爾才有底氣說自己能夠在2026年進入Zetta時代。相比之下，英偉達在GPU方面的確優勢巨大，但是其余的部分包括CPU、先進封裝、先進工藝、存儲和10等，都需要業內其他廠商的配合，這一點上英偉達面臨的風險要更高一些。

從英特爾2022年的產業規劃來看，隨著首款高性能獨立顯卡上市，Xe架構在計算市場逐漸鋪開，2022年將會是英特爾在加速計算和圖形市場開端的一年，這一年的走勢將決定英特爾未來數年如何面對這個市場和產業。