艰难跨越 融合处理器GPU单元现状分析

　　● SNB酷睿处理器性能增强

　　第一个高喊融合概念的是AMD，同时强大的媒体关注宣传能力几乎让全世界知道了APU将要上演一场变革。不过第一个做出融合处理器的却是Intel，它没有停留在“纸上谈兵”的阶段，在今年年初发布了首款整合GPU图形单元的处理器Clarkdale，这是Sandy Bridge架构酷睿系列处理器出现之前的一次有益尝试。

图解Clarkdale处理器

 　　面对业界广泛的非议和自己对GPU单元多年并不深厚的技术积累，Intel决定用这种抢先发布的方式生产了一颗MCP（Multi-Chip Package）方式对接的处理器。Clarkdale核心包括CPU和GPU两个部分，CPU部分使用了新一代32nm工艺制造，是双核心四线程设计；GPU部分就是传统意义上的北桥，为45nm工艺制造，内含双通道DDR3内存控制器、PCI-E控制器和集成显卡。

　　在经历了Clarkdale处理器较为松散的融合开发经历之前，Intel已经开始对于传统GMA系列集成显卡GPU的优化工作。从X4500开始，统一渲染单元被称之为“EU”，拥有更好更灵活的SMID执行表现。G45图形核心能够支持DirectX 10以及Shader Model 4.0，其3D性能和频率的相关性很强，我们看到集成在酷睿i5内核中的GPU频率达到900MHz，性能则已经超越了NVIDIA入门级别独立显卡和AMD板上集成显存的785G芯片组。

SNB架构处理器核心架构图

　　在这些准备都进行完毕之后，Intel开始了SNB处理器更深层次融合架构尝试。我们可以看到与上代产品相比，SNB的核芯显卡芯片与处理器完全集成在了一起，而内存控制器也进一步进行了集成。

　　在SNB中，三级缓存依然延续。其中L1缓存的设计与酷睿微架构相同，而L2缓存则采用超低延迟的设计，而L3缓存也依然采用的是共享式设计。英特尔第二代英智能酷睿处理器的酷睿i3、i5、i7依然可以通过对超线程技术的支持与否而划分定位。虽然处理器型号不同不过架构基本类似。

SNB核芯显卡架构解析

　　上图中可编程着色硬件被称为EU，和X4500的命名方式完全相同。EU包含着色器、核心、执行单元等，可以从多个线程双发射时取指令。内部ISA映射和绝大多数DX10 API指令一一对应，架构很像CISC，结果就是有效扩大了EU的宽度，IPC也显著提升。

　　Intel此前的图形架构中，寄存器文件都是即时重新分配的。如果一个线程需要的寄存器较少，剩余寄存器分配给其他线程。这样虽能节省核心面积，但也会限制性能，很多时候线程可能会面临没有寄存器可用的尴尬。芯片组集成时代，每个线程平均64个寄存器，Westmere时代的HD Graphics提高到平均80个，SNB则每个线程固定为120个。SNB里每个EU的指令吞吐量都比现在的HD Graphics增加了一倍。 

Intel GMA X4500 架构图

　　SNB酷睿处理器融合GPU的目的在目前看来是非常简单明了的，近期来看Intel需要一颗更强大的集成GPU单元来让使用者体会到更好的游戏性能；远期来看Intel需要逐步尝试CPU+GPU融合架构，而GMA系列GPU毕竟有着较为长时间的光栅化积累。

　　同时借助Intel强大的半导体技术，SNB酷睿处理器融合的GPU单元拥有极高的运行频率，当然在图形单元显存总线方面，SNB架构没有明确标示GPU单元是挂在内存控制上还是北桥上，不过以目前效率来看Intel的表现的确是让人满意的。