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超能課堂(34)：Intel內顯進化之路
2016-3-24 15:09
從第一代core處理器Clarkdale到今天的第六代core處理器Skylake，Intel
的整合內顯規模正在不斷的增大，性能也是以倍數增加，下面我們就來回顧
一下Intel的內顯進化歷程。
曾經很早的時候，內顯給人的印像只是能提供圖像輸出，玩遊戲什麼的
就別想了，然後過了些年，NVIDIA和AMD相繼推出了高性能集顯晶片組，也
就是C61與690G這類經典產品，讓大家見識到內顯也是能玩大型遊戲的，也
就是這些高性能內顯成就了當時AMD在低端平台的高性價比，隨後這些iGP就
被直接整合到CPU裡面了，現在整合顯卡的主機板已經很稀有了。
第二代到第五代core處理器內部核顯大小變化


AMD在收購ATI後，首先提出了CPU與GPU融合的概念，然而第一個把實際產品
做出來的卻是老對手Intel，早在2010年就推出了第一款整合GPU的CPU，隨
後Intel的內顯每年都會隨core系列處理器一同升級一次，現在已經發展到
了第六代，GPU的規模越長越大，以前是買CPU送GPU，現在都快成買GPU送
CPU了。


從第一代core處理器Clarkdale到今天的第六代core處理器Skylake，可見整
合內顯的規模正在不斷的增大，性能也是以倍數增加，而CPU每次升級都是
以提高能耗比為主，說真的從Sandy Bridge到Skylake CPU的性能提升幅度
並不算太突出，GPU性能反而成了每代處理器的性能提升重點，下面我們就
來回顧一下Intel的內核進化歷程。
首款整合GPU的CPU：Clarkdale


雖然說Intel的做法有點狡猾，但是2010年推出的Clarkdale處理器確實首款
整合GPU的CPU，這款處理器由32nm製程CPU Die和45nm的GPU Die共同封裝在
一塊PCB上組成，兩顆晶片使用QPI通道相連，通俗點來講Intel把CPU和北橋
晶片用膠水粘在了一起。
Clarkdale內核結構圖，GPU Die上包含了PCI-E控制器和內存控制器，其實
就是一個北橋晶片


Clarkdale系列處理器只有雙核的型號，有Core i5-600和Core i3-500兩個
型號，在LGA 1156時代四核處理器是沒有整合GPU的。
當時的Intel把Clarkdale上的GPU統稱為“Intel HD Graphics”，這名字一
直用到現在。而這個GPU其實就是G45上的X4500 HD的升級版，EU增加了兩個
達到了12個，核心頻率最高可以到900MHz，支援Hierarchical Z（層次Z緩
衝算法）與Fast Z Clear（快速Z清除）技術，支援DX10、SM4.0，支持
OpenGL 2.1，移動版處理器的GPU可以通過Turbo Boost動態調整頻率，而桌
面版不行。
真正的核顯：Sandy Bridge


Sandy Bridge核心圖
正在把CPU和GPU做到同一塊晶片上的是在2011年上推出的Sandy Bridge架構
處理器，CPU、GPU、記憶體控制器、PCI-E控制器全部整合到一個核心裡面，
它的最大改進在於三級緩存改用了環形總線設計，並且其核心、GFX以及顯
示/媒體控制器可共享L3快取記憶體。


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、執行單元、統一執行單元陣列、媒體取樣器、紋理採樣器以及指令緩
衝等等，架構與上一代相比有了較大修改。
Sandy Bridge按照型號劃分了標準版以及“K”系倍頻解鎖版本，標準版本
GFX命名為HD Graphics 2000，而唯獨K系列所擁有的GFX為等級更高的HD
Graphics 3000，兩者的區別是前者擁有6個EU，而後者則達到了12個，全面
支持Turbo Boost動態調整頻率，最高頻率可達1350MHz，支援DX10.1、
SM4.1，支持OpenGL 3.0，性能上HD Graphics 3000比上一代有了翻倍的增
長。
此外這一代核顯還增加了Quick Sync轉碼加速技術，利用內置的編碼器可以
支援MPEG2、VC1和H.264視頻各種的硬體編碼，Sandy Bridge所整合的圖形
核心已實現了視訊解碼和編碼兩部分的硬體加速功能，可為使用者在視訊轉碼
時節省更多的時間。
迎來DX11時代：Ivy Bridge
Ivy Bridge架構圖


在Ivy Bridge上Intel針對內顯的改進還是兩個方向，首先是進一步提高GPU
的性能，並且讓其支援DX11，第二點則是繼續提高內顯的功能，多螢幕輸出、
高解析度支援等。


Ivy Bridge的GPU增強了幾何前端、光柵化、像素後端處理、採樣器、尋址
單元的並行運算能力，每週期可以執行2個MAC操作，GPU可以直接讀取L3
快取中的數據，圖形單元新增兩個可編程操作以及一個固定功能單元以支援曲
面細分計算，並在解碼與顯示功能上做了升級。
同樣的內顯也分為兩種，分別是有16個EU單元的HD 4000和6個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時代一樣是1350MHz，支援DX11、SM5.0，OpenGL 3.2，性能
上HD 4000比上一代的HD 3000提升了67%。
Ivy Bridge支援Quick Sync 2.0編碼加速技術，與第一代相比，2.0版不僅
速度更快，而且畫質也會更高。視訊輸出方面也從原來的雙螢幕上升到三螢幕輸
出，最大解析度從原來的2560*1600上升到4k*4k級別。
“Iris Graphics”登場：Haswell
Haswell架構圖
http://img.expreview.com/review/2013/05/Core_i7_4770K/Haswell_09.JPG
Haswell採用的是Gen 7.5內顯，這一代開始Intel的內顯開始了模組化、可擴
展的設計，Haswell的顯示核心採用兩級EU團簇結構設計，上級的叫Slice，
下級的叫Subslice，每個Subslice擁有10個EU，2組Subslice單元組成了1組
Slice單元，這一代在GT1和GT2兩個級別之上又誕生了GT3核心，從此Intel
就走上了暴力堆砌內顯規格的道路。


Haswell的GT1、GT2、GT3內顯分別擁有10個、20個和40個EU單元，此外還有
一個帶嵌入式eDRAM的GT3e，該內顯核心擁有128MB eDRAM，512bit頻寬可
達64GB/s ，這個嵌入式eDRAM是作為L4快取存在的，可以同時提升CPU和GPU
性能。
Intel的內顯一直以來都用HD Graphics來命名，不過與NVIDIA的GeForce還
有AMD的Radeon相比這個名字還是不夠霸氣，因此從Haswell處理器的核芯顯
卡開始，英特爾將引入新的名字“Iris ”和“Iris Pro”，中文名為“銳
炬”和“銳炬Pro”，分別對應GT3以及GT3e核顯，具體型號則是Iris
Graphics 5100和Iris Pro Graphics 5200。
這一代的桌面版core處理器基本上都是使用GT2核顯，型號是HD Graphics
4600/4400，後者只用在Core i3-41xx系列處理器上，只有16個EU，對非K系
列處理器來核顯性能是較上一代有大幅提升的，而真正需要高性能內顯的也
是Core i3那種級別的，高端處理器基本都是配個獨顯。
奔騰和賽揚處理器配的是GT1核顯，而這一代最強的GT3e核顯只出現在兩款
桌面級處理器上，就是Core i7-4770R和Core i5-4670R，然而這兩個都不零
售，是針對OEM市場的產品。
最強桌面核顯：Broadwell
Broadwell-H內部結構


Broadwell主要都是面向攜帶裝置市場，在桌面零售市場上其實就只有兩個CPU，
Core i7-5775C和Core i5-5675C，配備Intel目前最強的Iris Pro 6200核
顯，擁有128MB的eDRAM快取，另外無鎖倍頻，可進行超頻。
Broadwell上的Gen8 GPU架構示意圖


Broadwell上使用的是Gen8圖形核心，Intel重新設計了Subslice單元，每組
的EU單元從之前的10個下降到了8個，在同樣的採樣器及調度器下這意味著
每個EU單元的效率提升了，而彌補EU數量可以通過提升Subslice單元總數來
完成，所以Broadwell的1組Slice單元有3組Subslice單元，EU單元總數是24
個，Broadwell的GT1、GT2、GT3核顯分別擁有12個、24個和48個EU單元。
桌面零售版那兩個配備的Iris Pro 6200屬於帶eDRAM的GT3e核心，得益於核
心規模的大幅提升，Core i7-5775C的內顯性能較上一代Core i7-4790K提升
了將近80%，而已由於現在的Skylake桌面版只有GT2核心，所以Broadwell架
構的這兩款處理器成為目前擁有最強內顯的桌面級處理器，然而這兩個處理
器在中國根本沒有正式上市，要買的話比較難找。
越堆越大的GPU：Skylake
Skylake處理器核心


Skylake使用的Gen9代GPU其實與Gen8有很多地方都是相似的，每組Subslice
單元依舊是24個EU，但是最多可以擴展到3組Slice單元，也就是說最多會配
備72個EU單元，因此Skylake也多出GT4這個級別的核顯。
GT4內顯可以支持3組Slice單元，72個EU單元


Skylake的Gen9架構支援DX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等圖形規
範，支持新的編譯器堆棧，功耗範圍從4W-65W+不等。此外，Gen9還支持
HEVC/H.265、AVC、SVC、VP8、MJPG硬體加速，支援RAW架構。
多媒體方面，Gen9架構支持單一固定功能單元以降低功耗，Quick Sync轉碼
單元也設計了固定功能的編碼器以降低功耗、延遲。此外，Gen9的視訊解
碼、轉碼加速還支援了HEVC（H.265）、VP8、MJPEG等標準。
Skylake處理器上啟用全新的核顯命名


然而GT3/GT3e/GT4e這樣的高性能內顯只使用在移動版處理器上，桌面版的
Skylake處理器基本上都是使用只有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“P”後續的處理器用
的是GT1內顯。


從Gen1到Gen9，Intel的圖形核心性能有上百倍的提升
Intel這些年來在內顯確實下了不少功夫，性能提升幅度相當的大，入門級
顯卡基本上都被內顯趕盡殺絕了， 而反觀CPU，性能提升幅度就沒那麼明顯
了，降低功耗反而成了重點，低功耗的處理器造就了現在超級本和各種
Windows平板的盛行，而這些年來移動設備都上高解析度螢幕，這對內顯又
有了性能上的需求，市場的需求影響了Intel近年來的處理器改進方向，未
來Intel CPU也是以提升內顯性能並降低整體功耗為主。
不過跟AMD相比的話，AMD有遊戲廠商的加持，可以透過驅動程式來對遊戲來作最佳化
所以用AMD的APU來玩遊戲似乎比用Intel還要好很多
Intel的內顯技術比較偏向商業應用
但是不知道AMD有沒有打算在Zen的消費級APU上面實現內顯使用HBM的技術....

我記得有人說一代跟二代Core i的GPU上Win 10會怪怪的?