當CPU巨頭英特爾盯上GPU：4個月6次出手，從游戲到數(shù)據(jù)中心市場全面點燃

夢晨 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI

從游戲、短視頻到人工智能、工業(yè)仿真再到元宇宙，這些當下風口都離不開同一種芯片——

GPU。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2019年時我國AI市場每臺服務器配置1-20個GPU，加權計算平均每臺AI服務器配置8.02個GPU加速卡。另外GPU在所有加速卡類型里市場份額占91.9%。

這樣的行業(yè)趨勢下，除了GPU創(chuàng)業(yè)公司受資本熱捧以外，CPU傳統(tǒng)巨頭英特爾也加速了在GPU上的布局。

今年以來，英特爾在GPU上的動作密度之高和力度之大不斷刺激著業(yè)界的神經。

2月先是調整組織架構，正式成立加速計算系統(tǒng)與圖形事業(yè)部（AXG）。

同時公布獨立顯卡Arc系列出貨時間表，并放話今年要賣上400萬張。

到4月，AXG部門負責人Raja Koduri升任執(zhí)行副總裁，隨后成立新的圖形實驗室。

5月初收購芬蘭老牌GPU技術供應商Siru Innovations，吸收大批圖形IP開發(fā)人才。

緊接著，在5月中旬的2022英特爾On產業(yè)創(chuàng)新峰會上，一款面向數(shù)據(jù)中心的多用途GPU全新發(fā)布。

這款代號Arctic Sound-M（簡稱ATS-M）的數(shù)據(jù)中心GPU已獲得超過15款來自戴爾、Supermicro、思科、HPE、浪潮和新華三等合作伙伴的系統(tǒng)設計，讓本就火爆的GPU市場競爭再次升級。

英特爾CEO帕特基辛格對GPU業(yè)務寄予厚望，稱圖形和加速計算將成為英特爾未來的主要增長點，預計2022年帶來超過10億美元的營收。

如何做到？

英特爾GPU，靠什么贏市場？

要回答這個問題，要從GPU本身的特點與時下行業(yè)趨勢入手。

GPU與CPU相比更擅長并行計算，適合解決大規(guī)模加速、算力密集型問題，在萬物數(shù)字化的浪潮中，大規(guī)模加速正是GPU行業(yè)火爆的關鍵。

橫向看功能，圖形計算（游戲、3D渲染）、數(shù)據(jù)處理（人工智能、工業(yè)仿真）、視頻編碼（直播、短視頻）給GPU提出不同工作負載需求。

縱向看場景，云端、桌面PC、移動端手機、智能汽車、機器人和更多物聯(lián)網設備對異構GPU的需求都在激增。

兩個維度一交叉就產生大量細分需求，被不同產品分別占據(jù)，生態(tài)分散。

英特爾這次殺入GPU市場的思路很清晰，就是提供多用途融合的統(tǒng)一解決方案，通過降低異構開發(fā)成本、提升協(xié)作效率來重構生態(tài)。

芯片設計最核心的要看架構，英特爾于2020年架構日活動上首次公開了英特爾銳炬? Xe圖形架構。

在Xe架構立項研發(fā)之初，英特爾就強調要在一種架構下實現(xiàn)4種微架構，同時面向集成顯卡/入門級顯卡、中端和發(fā)燒級顯卡，數(shù)據(jù)中心GPU和超算GPU四個細分市場。

以最新發(fā)布的ATS-M數(shù)據(jù)中心GPU為例，可以更具體地看出這些設計思路和技術特色如何為行業(yè)提供統(tǒng)一的解決方案。

ATS-M的定位是一款專注于智能視覺云場景的多用途數(shù)據(jù)中心GPU，面向云游戲、媒體處理和傳輸、虛擬桌面基礎設施和AI視覺推理四個場景。

英特爾預計智能視覺云市場規(guī)模到2026年將達到150億美元。

ATS-M提供150W功率和75W功率兩種版本，分別應對峰值性能和高密度需求。

比如在云游戲上，150W功率版可以更好運行3A大作，而75W版本通過一個平臺滿足跨智能手機和PC游戲的融合云游戲解決方案。

對于多媒體處理與傳輸，一個殺手锏是為該GPU配備了英特爾首款基于硬件加速的AV1編碼器，速度上比軟件編碼要快上50倍。

而AV1編碼與常見的H.264編碼相比，同畫質下壓縮率又要高出30%。對于4K加速普及、8K也在路上的今天來說，編碼速度和高壓縮率節(jié)省的流量都極為關鍵。

對于擁有10萬用戶的媒體服務器，僅提高壓縮率這一項每年就能減少2300萬美元的運營成本。

虛擬桌面市場也隨著遠程辦公需求的增加迎來了快速增長。

英特爾的這款數(shù)據(jù)中心GPU提供了靈活的虛擬GPU（vGPU）調度策略，讓管理員能夠單獨微調GPU上每個虛擬機的運行指令。

并且，英特爾不會針對基于硬件的可擴展I/O虛擬化（SIOV）額外收取任何軟件授權費，大大減少了相關提供商總體部署成本。

最后，AI視覺推理任務往往需要先對大量攝像頭拍攝的視頻做解碼和預處理，再把數(shù)據(jù)傳給AI模型進行下一步動作。

無論是工廠流水線上的零部件缺陷檢測還是公共場合的人流管理都需要快速分析、快速決策。

戴爾在PowerEdge服務器上使用了集成兩顆GPU的75W功率版本ATS-M。

以經典的ResNet-50模型的圖像分類和目標檢測任務為例，能夠在計算和解碼能力上實現(xiàn)很好的平衡。

一款GPU能否走入廣泛的市場，除了硬件性能強大以外還離不開配套軟件生態(tài)的支持。

英特爾的開源、基于標準的統(tǒng)一編程模型oneAPI，通過一套完整、可靠的工具包來完善現(xiàn)有編程語言和并行計算模型，讓開發(fā)者設計出開放、可移植的代碼，更大限度地利用多種CPU和GPU的組合，降低開發(fā)難度同時釋放硬件的全部性能。

CPU與GPU通過oneAPI統(tǒng)一編程模型深度整合這一思路，還體現(xiàn)在超級計算機上。

美國阿貢國家實驗室的下一代超算極光（Aurora）的安裝情況也在英特爾峰會上首次展示。

極光超算將采用代號為Sapphire Rapids的英特爾至強CPU，和代號為Ponte Vecchio的英特爾數(shù)據(jù)中心GPU，雙精度峰值計算性能超過每秒兩百億億次，能支持更準確地進行氣候預測以及發(fā)現(xiàn)應對癌癥的新療法等研發(fā)創(chuàng)新活動。

元宇宙、沉浸式體驗，以及大規(guī)模的人工智能部署，都離不開對高性能GPU的依賴，也對未來圖形處理產品提出了要求：高度視覺保真、優(yōu)化人工智能、實現(xiàn)連續(xù)計算。

對于光線追蹤和人工智能相信大家都很熟悉了，那么什么是持續(xù)計算？

英特爾現(xiàn)場演示的下一代云游戲方案Project Endgame就是一個很好的例子。

不同于以往的云游戲產品中本地硬件僅接收串流數(shù)據(jù)、充當顯示器作用，而是云端和本地硬件協(xié)同工作。

這樣應用程序可以充分利用軟件基礎設施層，使設備能利用網絡中其他設備的計算資源，從而提供始終可用、低時延、連續(xù)的計算服務，降低對網絡環(huán)境的需求，讓云游戲進一步走向實用。

通過持續(xù)計算，用戶可以在隨身攜帶的小型設備上隨時借用云端算力來運行復雜應用。

英特爾認為能理想地運行元宇宙至少還需要提高1000倍算力，在能制造出如此強大的個人設備之前，持續(xù)計算就是進入元宇宙的敲門磚。

英特爾第二次轉型

從前面的介紹可以看出，英特爾現(xiàn)在已不僅是一家芯片巨頭企業(yè)。

英特爾在2016年提出向“以數(shù)據(jù)為中心”轉型，之后進一步明確了驅動數(shù)字化轉型的四大超級技術力量方向，分別是：

• 人工智能
• 無所不在的計算
• 無處不在的連接
• 從云到邊緣的基礎設施

四大超級力量不僅會帶來對芯片的空前需求，它們之間的協(xié)作、相互增強更在各行業(yè)催生出多樣的芯片應用場景。

英特爾將如何應對新一輪數(shù)字化轉型這個關鍵時刻，在這次峰會上也給出了答案：

PC是數(shù)字活動的基礎，至強處理器是計算和基礎設施的基礎，XPU戰(zhàn)略和各種加速處理器，以及全棧軟件優(yōu)化方案，讓4大超級力量具備高性能，易于部署，安全可靠，可擴展并持續(xù)創(chuàng)新，幫助客戶解決當前問題，并保證未來可持續(xù)發(fā)展。

XPU戰(zhàn)略指英特爾將重心從單獨的CPU轉移到跨CPU、GPU、FPGA和其他加速器的廣泛產品組合。

其意義不僅在于英特爾自身拓展更多市場，還在于產品組合下不同架構芯片的協(xié)作能給用戶帶來更好的體驗。

在這次峰會上，英特爾分享了更具體的做法和思考：打破組件的邊界。

拿游戲來說，大型3D游戲存在這樣一個現(xiàn)象：有的游戲更吃顯卡，如更重畫面效果的動作游戲。而有的游戲更吃CPU，如同屏角色很多的策略游戲。

英特爾通過DeepLink技術就可以打破組件的邊界，根據(jù)實時運行情況在CPU與GPU之間動態(tài)分配功率，解決性能瓶頸，讓同一臺PC可以適應多種任務。

Deep Link技術的核心思想就是提升芯片之間、芯片內部各IP之間的深度協(xié)作。

除了動態(tài)功率共享外還有超級編碼和超級算力兩項特性。

超級編碼讓獨立顯卡與CPU中的核顯配合，編碼速度提升60%。

超級算力的原理也是如此，統(tǒng)一調度整個系統(tǒng)中所有AI引擎，性能提升24%。

個人PC上，僅CPU與GPU之間的配合就能帶來如此收益。

那么數(shù)據(jù)中心服務器上搭載的更多類型芯片，在同一架構下協(xié)作將展示更多威力。

這次峰會上，英特爾除了GPU還發(fā)布了AI訓練芯片Gaudi2、AI推理芯片Greco，以及公布了基于FPGA和ASIC的IPU（基礎設施處理器）產品路線圖都是XPU戰(zhàn)略的體現(xiàn)。

作為芯片領域的元老級公司，英特爾十分看重構建開放生態(tài)，引領行業(yè)標準。

除了前面提到的oneAPI開源編程和AV1視頻編碼標準，還領導了芯片制造領域的高速通用芯?；ヂ?lián)標準UCIe。

UCIe意圖推動芯粒（Chiplet）之間的互連標準，使未來異構的芯片IP封裝能夠封裝在一起，延續(xù)摩爾定律。

為了這一愿景，英特爾還計劃開放x86架構的IP授權，使客戶能夠在英特爾制造的定制設計芯片中混合x86、Arm和RISC-V等不同的CPU IP核。

……

這已經不是英特爾第一次轉型了。英特爾CEO帕特基辛格指出整個產業(yè)又到了“戰(zhàn)略轉折點”的時候，這個轉折點決定了未來可能更好或者更壞，企業(yè)需要在一個比較短的時間內做出明智的決策。

實際上“戰(zhàn)略轉折點”這個概念，就是英特爾第三任CEO安迪葛洛夫提出的，當時，他帶領英特爾在混亂與危機中完成了從存儲芯片向處理器的轉型，才有了后來的引領半導體行業(yè)數(shù)十年。

如今事實證明了隨著技術的飛速發(fā)展，以及對人類的影響更加深遠，人類交互的方方面面都朝著以技術為中心的方向演進，“計算已成為我們與世界互動的方式”。

英特爾通過拓展智能芯片的深度與廣度，構建更加開放的生態(tài)系統(tǒng)和軟件解決方案，IDM2.0戰(zhàn)略再一次找到了新的領跑點。

不得不說，這種識別變化的洞察力、以變應變的行動力，是最值得學習和借鑒的。

參考資料：
[1] IDC 《中國半年度加速計算市場（2021上半年）跟蹤》