从“集成显卡”到“核显”，英特尔真不是AMD的对手？

以2021年一季度营收数据为参考,AMD第一季度营收34．45亿美元,与上年同期的17．86亿美元相比增长93%;净利润为5．55亿美元,与上年同期的1．62亿美元相比增长243%。而反观英特尔,一季度净利润为34亿美元,去年同期为57亿美元,同比下降了41%。此消彼长,英特尔面临AMD崛起带来了很大的压力。

文︱姬云青

图︱网络

大数据时代,每一台电子设备需要应对的数据量都与日俱增。追究数据来源,一方面是单一功能的细化和强化,此外更多功能的融入也增加了数据的维度和深度。

当我们将视角聚焦于一台电脑(台式机或PC)时,不断增加的集成功能和外设功能让本就拥挤的主板空间更加成为限制,而用户对于高性能的追求永无止境,厂商不敢在单一产品性能提升上有丝毫懈怠。从这个维度出发,我们似乎能更好地理解CPU和GPU之间的融合。

从“集成显卡”到“核显”

当我们在AMD官方网站点击“笔记本电脑”列表下的产品时,第一页推荐的所有AMD 锐龙处理器都会带有Radeon Graphics显卡,毫无疑问这已经是笔记本电脑市场的主流。

然而,一直关注笔记本电脑配置发展的人都知道,这样的“核心显卡”配置并不是一开始就有的,也是经历了前期很长一段时间“集成显卡”的探索。

在处理器上集成核显之前,我们最开始其实是在主板上看到CPU和GPU的融合,准确的说是通过主板上的北桥芯片组。在主板上,北桥主要负责提高通信性能而缩短传输距离,是离CPU最近的芯片,控制 CPU内存、显卡等高速设备。与之相对应的是南桥,主要负责I/O总线之间的通信,如PCI总线、USB、LAN、ATA、SATA等。

英特尔最早的集成显卡要追溯到在i820主板的北桥中集成了i752显卡。从i845开始,英特尔启用Extreme Graphics名称命名显卡,后来又将名称变更成GMA,i950中的GMA950是该系列的第一代。

我们在英特尔的GMA家族看到了一系列的集成显卡产品,包括GMA 9xx系列,以及其后出现的GMA加上四位数字命名的集成显卡,从GMA 3000到GMA X4500。实际上,当英特尔的GMA进入四位数字时代后,就已经开始有所分别,出现了数字前有无“X”的区别,有的话就是高端。

2008年,英特尔在G45/G43/G41系列芯片组中集成了GMA X4500显卡,其最大的特色就是支持高清视频的解码。这是GMA 系列的谢幕之战,同时也是英特尔集成显卡的绝唱。在英特尔一代酷睿上,虽然只是用QPI总线和胶水将CPU和GPU粘在了一起,这已经是对“核显”的尝试。

对于AMD的产品来说,业界俗称的“A卡”实际上有ATI和AMD两个阶段,分界点是2006年。拿我们开篇时举的例子,现在的AMD处理器依然在使用Radeon这个标识,但这个标识其实是源于ATI时代。

当英伟达收购3DFX之后,显卡的百家争鸣时代结束了,S3、Matorx等厂商开始一点点难以为继,但ATI却依然坚挺。ATI推出首款Radeon显卡——Radeon 256之后便让这个系列为人熟知。

在ATI手里,Radeon也经历了一系列的演变,从Radeon 256一直到Radeon X1900 XTX。2006年,ATI被AMD收购。

在AMD推出的690G整合芯片组中开始在北桥芯片中整合Radeon Xpress 1250 IGP,到了这个时候,集成显卡的性能已经有了长足的进步,在3DMark上的跑分已经能够达到独立显卡的75%以上水平。

但是,集成显卡的瓶颈也开始显现,已经很难做明显的性能提升。2010年,从发展轨迹上来看这是集成显卡发展的巅峰,AMD在880G和890GX芯片组分别集成HD4250和HD4290后进步幅度已经非常有限,而英特尔已经开始在主板上取消了北桥。

虽然英特尔做的很决绝,但最开始想将CPU和GPU封装到一个芯片里面的是AMD。其实所谓的核心显卡也是集成显卡,不过由于制程先进,性能提升比较明显,而且和以前的集成显卡不同,GPU不是集成在主板芯片组里,而是直接集成到CPU内部,可以和CPU进行高速的数据交换。

英特尔对于核显最开始的尝试——Intel HD Graphics还是核显“胶水时代”的产物,而且刚开始的时候英特尔对于核显的试验也较为保守,仅仅是在Core i5、i3系列去做尝试,时间点是2010年,芯片型号是Clarkdale。

在Clarkdale的基础上,2011年英特尔推出的Sandy Bridge正式实现了“核显”。在Sandy Bridge内部,CPU、GPU、内存控制器、PCI-E控制器全部整合到一个核心里面,它的最大改进在于三级缓存改用了环形总线设计,并且其核心、GFX以及显示/媒体控制器可共享L3高速缓存。

现在,我们在英特尔处理器上看到的核显名称是“锐炬”,其开始出现于代号为Haswell的处理器上,也就是Gen7．5核显。在此之前,英特尔一直用HD Graphics来命名自己的集成显卡,“锐炬”出现后,英特尔引入了新的名字“Iris”和“Iris Pro”,中文名为“锐炬”和“锐炬Pro”。

AMD虽然在提出想法之后被英特尔抢占了先机,然而其还是在2011年正式推出了A系列FM1 APU,代号为Llano(大草原)。在AMD的APU产品中,我们需要特别提出Kaveri APU,其发布于2014年,虽然因为高定价限制了其销售量,但其核显性能远超英特尔。

2017年,AMD针对Vega(织女星)架构召开吹风会,定位高端,定义为AMD未来旗舰和高端显卡的基石。虽然Vega和Polaris相隔不到一年,但却是当年显卡行业最大的变革。为了能够帮助客户高效地处理最新的数据和负载需求,Vega架构采用高带宽缓存(HBC),单位带宽实现了倍增。该架构还特意设计了高带宽缓存控制器(HBCC),当时的最大虚拟寻址空间就能达到512TB。同时,下一代计算引擎单元(NCU)和下一代像素引擎同样也被业界称为是技术革命。

可见,AMD在Vega架构设计上倾注了很多的心血,一直沿用至今。