英特尔正研发高端GPU,未来GPU+CPU+FPGA

近日消息，据美国媒体PCWorld报道，英特尔通过Twitter向外界证实称：“英特尔首款独立GPU将会在2020年推出。”

早在2017年11月，英特尔就放出信号，对GPU再次开始重视，当时它从AMD挖来显卡高手拉加·库德里(Raja Koduri)。在显卡产业，库德里一直都是备受尊敬的领导者，很少有人想到英特尔会在3年之内就拿出有形产品。

分析师瑞安·乔舒亚(Ryan Shrout)认为，英特尔在2020年之前推出独立GPU，与AMD Radeon、英伟达GeForce产品竞争，这一计划相当“激进”。乔舒亚认为，英特尔产品的性能与效率必须与AMD、英伟达处在同一等级，或者说，差距至少要控制在20%的范围之内。

分析师对英特尔计划保持怀疑，性能与效率达到一定水平只是第一步，还要围绕新硬件建立并巩固必要的软件生态系统和工具，对于任何公司来说都是一项艰巨的任务，即使是硅谷巨头都难以做到。在2020年我们看到产品并深入评估之前，英伟达和AMD仍然会是领导者。

2020年推独立GPU并不意外

英特尔将推出独立GPU的消息其实并不让人感到意外，因为推文的配图就是Raja Koduri的照片。Raja Koduri在去年11月8日被任命为英特尔首席架构师，并在新成立的核心和视觉计算事业部(Core and Visual Computing Group)担任高级副总裁。加入英特尔之前，Raja Koduri担任 AMD Radeon 事业部的高级副总裁和首席架构师，负责包括 APU、独立GPU、半定制产品和GPU计算产品在内的诸多图像相关产品。更早的时候，Raja Koduri 在苹果负责 Mac 产品的图像显示系统。

因此，这位超过25年GPU从业经验的专家的加入让英特尔推出独立GPU的计划提前曝光。根据英特尔的表述，选择Raja Koduri是看中了他在 PC、游戏控制、专业工作站、计算设备等平台的视觉计算和加速计算经验，他在图像的硬件、软件和系统结构方面都是专家。当然，随着Raja Koduri的加入，其他的GPU人才也会随之进入英特尔，这将大大增强英特尔在GPU方面的人才实力。

Raja Koduri加入不久之后，就有传闻称英特尔将在明年一月的CES 2019上推出新的GPU，不过这对于复杂芯片的设计，显然有些激进和不合理。因为典型的GPU架构和芯片的开发周期是三年，因此2020年推出独立GPU相对比较合理，但能否按计划推出还涉及到技术、人才等方面的问题。

目标无非是游戏和数据中心市场

对于英特尔研发高端GPU的目标，其实无非就是游戏及发展迅猛的AI市场。在目前的GPU市场，英伟达占据领先地位，作为英伟达业绩的支柱，2018第一季财报显示其游戏芯片业务收入增长68%至17.2亿美元，来自数据中心业务的收入也增长了71%达到7.01亿美元。除了游戏市场和数据中心，数字加密货币、自动驾驶汽车都对高性能GPU的巨大需求也反应在了英伟达的最新财报中。

英伟达近来亮眼的财报更让AMD和英特尔不想错过增长强劲的高性能GPU市场。AMD在Computex 2018期间公开了全球第一个使用7nm工艺的Vega GPU，并表示已经开始样品出货，预计在今年下半年开始大规模出货。对于在游戏市场和英伟达激烈竞争的AMD，想要抢先推7nm GPU无疑也是想要抢夺数据中心的GPU市场。AMD在发布会上指出，到2025年数据将会增长50倍：可穿戴设备、IoT、5G设备正在普及，这些设备都会产生大量的数据。随着数据量和算法复杂度的急速提升，对算力的需求也在高速增长。

众所周知，数据中心对于处理器的需求目前主要包括CPU和GPU。对于英特尔而言，在数据中心的CPU已经占有优势，如果拥有了自己的高端独立显卡，不仅可以将其与旗下的 CPU 联合起来，形成更强悍的计算能力与英伟达和AMD竞争。至于是先推游戏市场的GPU还是数据中心的GPU就不得而知，国外分析师Ryan Shrout认为英特尔会首先为游戏PC推出独立GPU。

CPU霸主的独立GPU的辛酸研发史

英特尔目前并非没有自己的图像解决方案，但都局限于核芯显卡，即Intel HD Graphics系列，这种核芯显卡在图像处理方面的能力比较低，只能用在一些对图像处理要求较低的客户端设备中，比如说笔记本。在GPU的开发中，CPU霸主英特尔的芯片设计能力不会遭到大部分人质疑，但其实CPU巨头的GPU开发历程并不顺利。英特尔的GPU研发可以追溯到1997年，那一年英特尔通过收购Chips and Technologies(C&T)获得了2D显示核心技术，3D技术则是在拥有20%股权的Real3D的协助下进行研发。1998年2月，Intel740(简称为i740)正式发布，这是英特尔公司研发的唯一一款被用于独立型显卡上的显示核心。

英特尔公司研发的唯一一款被用于独立型显卡上的显示核心Intel740

i740是第一款采用HyperPipelined 3D架构的显示核心，也是64bit架构。i740采用0.35微米工艺制造，核心频率与AGP(加速图形接口，Accelerated Graphics Port)同步，即默认值为66MHz，通过提高AGP的频率可以将核心超频。除了3D图形显示外，i740提供出色的2D显示和视频播放效果。至于性能，在游戏应用中，i740的性能约为Voodoo2(把3Dfx推向颠峰的最火爆的3D显卡)的一半，也低于Voodoo。在3D Winbench 98的标准检查程序中，它的性能竟又与Voodoo2处于同一水平，因此有人认为显卡的驱动程序欺骗了该检查程序。不过，借着英特尔的霸主地位和便宜的价格，很多厂商都推出了使用i740的产品，产品价格持续下降，使得i740的销量很高，帮助Intel在低端GPU市场获得不错的占有率。

到了1999年4月27日，英特尔公布了Intel740的后续版本——Intel752(代号Portola，简称为i752)。它的核心架构是128bit，核心频率为100MHz，显示存储器频率为133MHz，最大支持16MB显示存储器。但英特尔在发售前决定将i752集成在主机版上，取消独立显卡，所以i752只有工程开发版的独立显卡产品流传于市场上。后来，Intel752改为Intel754(代号Coloma)以支持AGP 4X，集成于i810E芯片组中，其它参数与i752相同。

之后， 英伟达在绝大部分人对于GPU的认识还局限于游戏图形加速的时候就看到了GPU在其他领域的潜力，于是开始了GPGPU(通用GPU)战略并在2007年推出CUDA。经过数年的开发积累，在深度学习大热的时候，英伟达的CUDA凭借着稳定的性能、易用的API接口、完整的文档和多年的开发者社区运营成为了开发者的首选，配合其GPU成为了数据中心的标配。虽然AMD对GPGPU的态度没那么积极，但在看到英伟达的CUDA之后还是和高通等其他几个合作厂商在推广与CUDA相似的OpenCL，另外，AMD还在2014年推出异构系统架构HSA(heterogeneous system architecture)，希望打通CPU和GPU的内存空间，解决CPU和GPU之间内存互访造成的性能损失，不过并未引起大的波澜。

在看到英伟达和AMD都陆续推出相关的GPGPU产品后，英特尔为保持优势也计划重新推出独立显卡产品Larrabee。Larrabee图形处理项目完全有别于现时所有图形处理技术(包括英特尔自家的GMA系列集成式显示核心)，不同于AMD以及英伟达一直以来使用的仅有图形运算指令的流处理技术，而是基于自家的x86架构，指令方面除了拥有部分新的图形处理指令以外保有大量的x86指令，使得Larrabee拥有更为灵活的可编程特性以及更为强大的通用运算处理能力，算是英特尔发展多核心x86并发运算架构的一个延伸。

英特尔计划最迟于2010年推出Larrabee显示核心作为消费级图形处理器产品，不过这个继Intel740之后的又一独立式显示核心Larrabee虽然研发团队、开发概念等都与英特尔的集成式显示核心的完全不同，但由于多次的“跳票”、研发进度不如预期、图形性能不佳、功耗过高等因素，最终于2010年5月宣布取消发布相关显卡的计划。2011年，英特尔首度承认MIC项目其实就是Larrabee项目的后续完善版本。

英伟达CEO黄仁勋也经常批评Larrabee的种种不合理之处。他认为Larrabee的性能在老旧的x86架构的拖累下不可能有出色表现。还批评英特尔没能在可编程和固定功能上作出合理平衡，过分强调可编程，而图形处理任务过程当中并非全部都可以通过可编程来实现，即使有但性能也会非常糟糕。他同时认为英特尔此举纯属对此故弄玄虚，企图利用幻灯片上的纸面数据忽悠图形处理行业，即使Larrabee有产品也只是急于求成的不良品。对这些批评，英特尔戏称他是Larrabee的公关经理，而且不带薪酬。

还有质疑的声音对英特尔利用x86核心作GPU存疑，认为英特尔仍然没能将图形处理放在首位，因为对于常用的图形程序接口诸如DirectX以及OpenGL都没有硬件上的支持而只是软件支持，即使是英特尔声称要开发自家的图形API也不过是充分利用多x86核心，相当于多核心优化。

不过需要指出的是，尽管Larrabee项目被中止并遭到了外界的批评，英特尔同样在2010年公布的Intel MIC多处理器架构中继承了大量由“Larrabee”研究计划而来的设计元素，最大的区别在于前者专注于为高性能运算而设计的多处理器协同运算，后者是作为GPU。同时对英伟达及AMD研发GPU的理念亦产生不少影响。NVIDIA在2010年推出的GeForce 400系列时所用的“Fermi”架构便引用Larrabee的一些设计概念，将GPU内部模块化，每个模块内部下辖多组流处理器(称“SM”单元)以及一些特殊单元，构成一个称为“GPC”的模块，除了没有独立的存储器控制器以及显示输出单元，每个GPC模块相当于一个小型GPU，各GPC模块的数据共用由新增的全域二级缓存实现。AMD在2011年底推出的Radeon HD 7000系列时所用的“次世代图形核心(Graphics Core Next)”架构更是大量引用Larrabee项目的设计概念，将一些流处理器以及一些指令分派单元合作一个模块，称为“CU”。

最后

关于英特尔将在2020年推出的独立GPU，目前还没有更多的关键信息曝光，我们也难以预测经验丰富的Raja Koduri加入以及新成立的核心和视觉计算事业部能否给英特尔带来具有竞争力的高端GPU，摆脱独立GPU研发的“辛酸史”。

更为重要的是，在英特尔全力向AI转型的背景下，如果高端GPU研发成功，英特尔将可以用CPU+GPU+FPGA组合参与到AI的竞争，毕竟Computex 2018期间英伟达发布的首款专为机器人设计的AI芯片Jetson Xavier就采用了CPU+GPU+DSP。如果英特尔的独立GPU 2020年没有跳票，英特尔所拥有的芯片组合无论在AI的云端还是终端都非常有利于其保持自己在芯片领域的霸主地位。