性能百倍提升 Intel集成显卡进化之路

    曾经很早的时候，集成显卡给人的印象只是能提供图像输出，玩游戏什么的就别想了，然后过了些年，NVIDIA和AMD相继推出了高性能集显芯片组，也就是C61与690G这类经典产品，让大家见识到集显也是能玩大型游戏的，也就是这些高性能集显成就了当时AMD在低端平台的高性价比，随后这些iGP就被直接整合到CPU里面了，现在整合显卡的主板已经很稀有了。

    AMD在收购ATI后，首先提出了CPU与GPU融合的概念，然而第一个把实际产品做出来的却是老对手Intel，早在2010年就推出了第一款整合GPU的CPU，随后Intel的核显每年都会随酷睿系列处理器一同升级一次，现在已经发展到了第六代，GPU的规模越长越大，以前是买CPU送GPU，现在都快成买GPU送CPU了。

    从第一代酷睿处理器Clarkdale到今天的第六代酷睿处理器Skylake，可见整合核显的规模正在不断的增大，性能也是以倍数增加，而CPU每次升级都是以提高能耗比为主，说真的从Sandy Bridge到Skylake CPU的性能提升幅度并不算太突出，GPU性能反而成了每代处理器的性能提升重点，下面我们就来回顾一下Intel的核显进化历程。

首款整合GPU的CPU：Clarkdale

    虽然说Intel的做法有点狡猾，但是2010年推出的Clarkdale处理器确实首款整合GPU的CPU，这款处理器由32nm制程CPU Die和45nm的GPU Die共同封装在一块PCB上组成，两颗芯片使用QPI总线相连，通俗点来讲Intel把CPU和北桥芯片用胶水粘在了一起。

    Clarkdale内核结构图，GPU Die上包含了PCI-E控制器和内存控制器，其实就是一个北桥芯片

    Clarkdale系列处理器只有双核的型号，有Core i5-600和Core i3-500两个型号，在LGA 1156时代四核处理器是没有整合GPU的。

    当时的Intel把Clarkdale上的GPU统称为“Intel HD Graphics”，这名字一直用到现在。而这个GPU其实就是G45上的X4500 HD的升级版，EU增加了两个达到了12个，核心频率最高可以到900MHz，支持Hierarchical Z（层次Z缓存算法）与Fast Z Clear（快速Z清除）技术，支持DX10、SM4.0，支持OpenGL 2.1，移动版处理器的GPU可以通过Turbo Boost动态调整频率，而桌面版不行。

真正的核显：Sandy Bridge

Sandy Bridge核心图

    正在把CPU和GPU做到同一块芯片上的是在2011年上推出的Sandy Bridge架构处理器，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。

    Sandy Bridge的GPU主要包含了指令流处理器、媒体处理器、多格式媒体解码器、执行单元、统一执行单元阵列、媒体取样器、纹理采样器以及指令缓冲等等，架构与上一代相比有了较大修改。

    Sandy Bridge按照型号划分了标准版以及“K”系倍频解锁版本，标准版本GFX命名为HD Graphics 2000，而唯独K系列所拥有的GFX为等级更高的HD Graphics 3000，两者的区别是前者拥有6个EU，而后者则达到了12个，全面支持Turbo Boost动态调整频率，最高频率可达1350MHz，支持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长。

    此外这一代核显还增加了Quick Sync转码加速技术，利用内置的编码器可以支持MPEG2、VC1和H.264视频各种的硬件编码，Sandy Bridge所整合的图形核心已实现了视频解码和编码两部分的硬件加速功能，可为用户在视频转码时节省更多的时间。

迎来DX11时代：Ivy Bridge

Ivy Bridge架构图

    在Ivy Bridge上Intel针对核显的改进还是两个方向，首先是进一步提高GPU的性能，并且让其支持DX11，第二点则是继续提高核显的功能，多屏输出、高分辨率支持等。

    Ivy Bridge的GPU增强了几何前端、光栅化、像素后端处理、采样器、寻址单元的并行运算能力，每周期可以执行2个MAC操作，GPU可以直接读取L3缓存中的数据，图形单元新增两个可编程操作以及一个固定功能单元以支持曲面细分计算，并在解码与显示功能上做了升级。

    同样的核显也分为两种，分别是有16个EU单元的HD 4000和6个EU单元的的HD 2500，“K”系列处理器用的是HD 4000而其他处理器用的是HD 2500，最高频率与SNB时代一样是1350MHz，支持DX11、SM5.0，支持OpenGL 3.2，性能上HD 4000比上一代的HD 3000提升是67%。

    Ivy Bridge支持Quick Sync 2.0编码加速技术，与第一代相比，2.0版不仅速度更快，而且画质也会更高。视频输出方面也从原来的双屏上升到三屏输出，最大分辨率从原来的2560*1600上升到4k*4k级别。

“锐炬”登场：Haswell

Haswell架构图

    Haswell采用的是Gen7.5核显，这一代开始Intel的核显开始了模块化、可扩展的设计，Haswell的显示核心采用两级EU团簇结构设计，上级的叫Slice，下级的叫Subslice，每个Subslice拥有10个EU，2组Subslice单元组成了1组Slice单元，这一代在GT1和GT2两个级别之上又诞生了GT3核心，从此Intel就走上了暴力堆砌核显规格的道路。

    Haswell的GT1、GT2、GT3核显分别拥有10个、20个和40个EU单元，此外还有一个带嵌入式eDRAM的GT3e，核显集成了128MB eDRAM，位宽512bit，带宽可达64GB/s，这个嵌入式eDRAM是作为L4缓存存在的，可以同时提升CPU和GPU性能。

    Intel的核显一直以来都用HD Graphics来命名，不过与NVIDIA的GeForce还有AMD的Radeon相比这个名字还是不够霸气，因此从Haswell处理器的核芯显卡开始，英特尔将引入新的名字“Iris”和“Iris Pro”，中文名为“锐炬”和“锐炬Pro”，分别对应GT3以及GT3e核显，具体型号则是Iris Graphics 5100和Iris Pro Graphics 5200。

    这一代的桌面版酷睿处理器基本上都是使用GT2核显，型号是HD Graphics 4600/4400，后者只用在Core i3-41xx系列处理器上，只有16个EU，对非K系列处理器来核显性能是较上一代有大幅提升的，而真正需要高性能核显的也是Core i3那种级别的，高端处理器基本都是配个独显。

    奔腾和赛扬处理器配的是GT1核显，而这一代最强的GT3e核显只出现在两款桌面级处理器上，就是Core i7-4770R和Core i5-4670R，然而这两个都不零售，是针对OEM市场的产品。

最强桌面核显：Broadwell

Broadwell-H内部结构

    Broadwell主要都是面向移动市场，在桌面零售市场上其实就只有两个CPU，Core i7-5775C和Core i5-5675C，配备Intel目前最强的Iris Pro 6200核显，拥有128MB的eDRAM缓存，另外倍频无锁，可进行超频。

Broadwell上的Gen8 GPU架构示意图

    Broadwell上使用的是Gen8图形核心，Intel重新设计了Subslice单元，每组的EU单元从之前的10个下降到了8个，在同样的采样器及调度器下这意味着每个EU单元的效率提升了，而弥补EU数量可以通过提升Subslice单元 总数来完成，所以Broadwell的1组Slice单元有3组Subslice单元，EU单元总数是24个，Broadwell的GT1、GT2、GT3核显分别拥有12个、24个和48个EU单元。

    桌面零售版那两个配备的Iris Pro 6200属于带eDRAM的GT3e核心，得益于核心规模的大幅提升，Core i7-5775C的核显性能较上一代Core i7-4790K提升了将近80%，而已由于现在的Skylake桌面版只有GT2核心，所以Broadwell架构的这两款处理器成为目前拥有最强核显的桌面级处理器，然而这两个处理器在国内根本没有正式上市，要买的话比较难找。

越堆越大的GPU：Skylake

Skylake处理器核心

    Skylake使用的Gen9代GPU其实与Gen8有很多地方都是相似的，每组Subslice单元依旧是24个EU，但是最多可以扩展到3组Slice单元，也就是说最多会配备72个EU单元，因此Skylake也多出GT4这个级别的核显。

    GT4核显可以支持3组Slice单元，72个EU单元

    Skylake的Gen9架构支持DX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等图形规范，支持新的编译器堆栈，功耗范围从4W-65W+不等。此外，Gen9还支持HEVC/H.265、AVC、SVC、VP8、MJPG硬件加速，支持摄像头RAW架构。

    多媒体方面，Gen9架构支持单一固定功能单元以降低功耗，Quick Sync转码单元也设计了固定功能的编码器以降低功耗、延迟。此外，Gen9的视频解码、转码加速还支持了HEVC（H.265）、VP8、MJPEG等标准。

Skylake处理器上启用全新的核显命名

    然而GT3/GT3e/GT4e这样的高性能核显只使用在移动版处理器上，桌面版的Skylake处理器基本上都是使用只有24EU的GT2，虽然较桌面版Haswell来说性能还是有所提升，但是幅度只有20%。另外还有两个“P”后续的处理器用的是GT1核显。

从Gen1到Gen9，Intel的图形核心性能有上百倍的提升

    Intel这些年来在核显确实下了不少功夫，性能提升幅度相当的大，入门级显卡基本上都被核显赶尽杀绝了， 而反观CPU，性能提升幅度就没那么明显了，降低功耗反而成了重点，低功耗的处理器造就了现在超级本和各种Windows平板的盛行，而这些年来移动设备都上高分辨率屏幕，这对核显又有了性能上的需求，市场的需求影响了Intel近年来的处理器改进方向，未来Intel CPU也是以提升核显性能并降低整体功耗为主。■