一颗芯片47个模块 英特尔GPU的葫芦卖得什么药？

　　日前，芯片行业的峰会Hot Chips 33召开，芯片行业的巨头英特尔、AMD和IBM纷纷拿出来自己的最新技术和产品。AMD把市场上获得成功的Zen3拿出来自我表演了一番。IBM在以前内存共享的基础上，搞出来缓存共享。

　　而最引人注目的是英特尔。英特尔除了拿出大小核的十二代酷睿以外，还拿出来一个惊世骇俗的顶级GPU产品。

　　这款GPU比nVIDIA最强大的GPU还要强很多，而更令人称奇的是英特尔的GPU并不是传统上的一块大芯片，而是由47个小芯片通过英特尔的EMIB技术连接成一个整体。这让参会者惊掉了下巴，纷纷质疑这个东西能量产吗?

　　一颗芯片47个模块，英特尔为何要这样搞?未来的CPU和GPU又会如何发展呢?我们来看一下。

　　一、英特尔为何要做GPU?

　　虽然英特尔起步的时候做过内存，但是多年来，它都是以CPU产品闻名的，从奔腾处理器到酷睿处理器，英特尔常年占据高性能CPU的王座，AMD在漫长的40年里面，只翻盘了两次。

　　英特尔也尝试过做GPU，那也是20多年前的事情了。当年英特尔收购了洛克希德马丁(造F22的厂商)旗下的3D技术，发展出i740独立显卡，试图在市场上争锋。

　　但是很快，显卡市场就淘汰了英特尔，英特尔的图形核心被集成到主板北桥芯片之中，后来又一起集成到CPU之中。成为入门级别的GPU解决方案。

　　那么，时隔20多年，为何英特尔又要重新做独立显卡，还要搞出一个47个模块的怪兽与nVIDIA和AMD争锋呢?

　　原因很简单，现在高性能计算已经不用CPU了。

　　长期以来，人们都是用高性能的CPU做计算，但是后来人们发现高性能CPU用来做计算不经济，CPU是为复杂逻辑计算设计的，而很多计算只需要简单计算，这样晶体管都被浪费了。

　　于是，IBM搞出来一个Cell的方案(Cell是PS3游戏机的处理器)，用一个全功能的CPU，带上一堆暴力计算单元，这样可以用比较少的晶体管，获得比较强的计算能力。虽然编程麻烦一些，但是算力提升立竿见影。

　　差不多在同时，做显卡的nVIDIA也发现一个问题，为了3D显示把GPU搞出来强大的计算能力，平时用不少浪费啊，于是nVIDIA搞出来CUDA，把GPU中的计算单元通用化，用来算高性能计算。

　　这个道路走了十多年，遇到了人工智能的爆发，人工智能是一个典型的需要海量简单计算的应用，GPU相比CPU有天然优势，结果大量高性能计算需求，都用GPU了，英特尔的计算产品市场被吃掉一大块。

　　英特尔其实很早也尝试过计算卡这类东西，也是用多个小核心组成一个类似于GPU的大型计算卡，但是这个东西只能计算，无法通过游戏市场分摊成本，价格高昂，竞争不过nVIDIA和AMD，经过几代产品也就淘汰了。

　　痛定思痛，英特尔决定也搞GPU，搞出来GPU，可以在家用游戏市场卖，分摊掉研发和制造成本，这个GPU用于高性能计算的成本就下来了，就可以与nVIDIA竞争了。所以英特尔做GPU。

　　二、英特尔为什么搞47个模块的怪兽?

　　要做GPU，其实也不算太难。用先进的工艺，把计算单元做得足够多，晶体管效率上去，显存带宽上去，自然有高性能。

　　但是，这里有一个问题，就是要把单元做的足够多，GPU用掉的晶体管就要足够多，GPU的芯片就要做得很大。而芯片的良率与芯片大小是有关的。

　　因为芯片上的瑕疵是随机的，芯片面积越大，遇到瑕疵概率越大，遇到了就是废品，废品率高了，成品的价格就上去了。

　　那么，能不能用小芯片堆砌呢?当然可以，AMD的CPU就是这么干的，但是小芯片堆砌有个问题，是小芯片之间互联会降低效率，性能会损失很大。所以，GPU现在还是用大芯片。

　　而英特尔有一个叫做EMIB的技术，这个技术用一个比一颗香米粒还小的复杂多层薄硅片，可以在相邻芯片间传输大量数据。比传统电路基板的带宽要高，可以解决多个小芯片互联性能下降的问题。

　　有这个技术，英特尔就开始发威了。它的旗舰GPU用个47个模块，分成两个部分。

　　两个部分之间连接器用一个模块，每个部分有23个模块。这23个模块，8个模块是通用计算，8个模块是AI用的计算，两个模块连接这些计算单元，四个模块是存储器，一个模块用于外部互联。

　　这样就堆砌出47个模块，建立起强大的算力，而单个芯片的良率远比大芯片方案更高。

　　三、未来的芯片会走向何方?

　　随着nVIDIA要约收购ARM，英特尔做GPU，目前在高性能计算市场上，nVIDIA，英特尔、AMD三足鼎立已经形成。还有一个潜在的巨头是独立做CPU和GPU的苹果。

　　这四家都希望有CPU和GPU，完成高性能计算。从目前各家的技术探索来看。未来很可能形成统一的几个趋势。

　　第一个趋势是CPU和GPU统一内存架构。

　　现在AMD已经把三级缓存做到192M了，也把GPU的缓存做到了128M，AMD也在游戏机里面做到了统一内存架构。统一内存架构可以提升CPU和GPU和数据交换速度，提升性能，未来随着工艺的提升，CPU和GPU共享缓存，共享内存是一个趋势。

　　第二个趋势是小芯片堆砌。小芯片的成本优势一直有，英特尔EMIB的技术解决了芯片之间互联的带宽问题，减少了性能损失，这样一来，小芯片堆砌可以带来高性能和低成本，这种方案会越来越多。

　　第三个趋势是大小核，人们基本的计算需求对性能要求很低。用高性能核心，浪费功耗。而用大小核，可以在性能和功耗之间找到比较合适的平衡点。

　　所以，一颗芯片47个模块只是开始，未来我们会看到更多的怪兽级芯片。