Intel重回高性能GPU市場！Xe HPG微架構(gòu)潛力無窮

　　2022年Intel接連發(fā)力，在6月份率先推出了旗下首款高性能桌面級GPU A380，雖然定位入門級，卻也初具規(guī)模。而在同年10月再次推出了中高性能的A750/A770桌面級GPU，本次的兩款顯卡一躍達到了市場主流產(chǎn)品的水準，雖然尚未達到旗艦級發(fā)燒性能，但其潛力可見一斑。

　　下面則為大家簡單解析一下Intel的Xe HPG微架構(gòu)，到底有何玄妙之處。

　　Xe HPG微架構(gòu)淺析

　　本代Intel 3款顯卡采用了Xe HPG微架構(gòu)設(shè)計，最初發(fā)布的入門級A380顯卡包含8個Xe內(nèi)核（Xe Core），即兩個渲染切片（Rendering Slice），下面我們從最小的Xe Core逐步為大家講解。

　　Xe Core

　　每個Xe Core包含16個256位寬的（XVE）矢量引擎，它主要負責傳統(tǒng)圖像處理計算的任務(wù)，且提供大部分運算。

　　同時由于AI算法核心幾乎完全圍繞著一系列大型矩陣算法和累加算法，所以每個Xe Core還包含16個1024位寬的矩陣引擎（XMX），主要為加速AI運算而生。

　　為了滿足矩陣、矢量和光線追蹤單元的高帶寬需求，每個Xe Core中還構(gòu)建了一個192KB的大型本地內(nèi)存。它可以根據(jù)每個工作負載的需要在L1緩存和共享本地內(nèi)存(SLM) 之間動態(tài)分配。

　　Render slice

　　綜上所述，每4個微小的Xe Core，將構(gòu)成一個Render slice（渲染切片）。除此之外，每個Render slice還集成了幾何處理、光柵化、紋理采樣、像素處理和光線跟蹤等主流圖形技術(shù)。

　　新的光線追蹤單元架構(gòu)可為DirectX Raytracing和Vulkan RT提供全面支持，通過加速光線遍歷、光線盒交叉點和光線基元交叉點實現(xiàn)逼真的閃電和視覺保真度。

　　Xe HPG

　　Xe HPG架構(gòu)最大的特點就是出色的靈活性，Intel可通過疊加渲染切片的方法來構(gòu)建不同核心，目前最少為2個（8 Xe Core），最大可以做到8個（32 Xe Core），A380為兩個，而A770則為8個Render slice。

　　通過此方法，可實現(xiàn)GPU配置從低功耗解決方案擴展到旗艦級的游戲引擎。每個Render slice通過大型L2緩存的高帶寬內(nèi)存交換矩陣，能夠靈活地擴展到強大的多切片配置，并連接到獨立的GPU基礎(chǔ)架構(gòu)。

　　具有連接每個切片的大型二級緩存的高帶寬內(nèi)存交換矩陣能夠靈活地擴展到強大的多切片配置，并連接到獨立的GPU基礎(chǔ)架構(gòu)。

　　Intel Xe HPG微架構(gòu) 其他特性

　　XeSS 超級采樣

　　針對游戲幀數(shù)優(yōu)化方面，目前NVIDIA擁有DLSS、NIS技術(shù)，AMD擁有FSR、RSR技術(shù)，這幾種技術(shù)旨在降低渲染分辨率，輸出高幀率畫面，但原理有所不同。

　　而Intel的XeSS超級采樣技術(shù)，同樣在未發(fā)布時就引起了玩家的高度關(guān)注。

　　它是由機器學(xué)習通過相鄰像素以及運動補償先前幀重建子像素細節(jié)，可以幫助合成非常接近于原生超高分辨率渲染質(zhì)量的圖像。

　　整體算法采用了人工智能算法和硬件加速，以較低分辨率渲染所要求的性能水平，提高輸出分辨率，提供超高清視覺效果，性能可提高2倍。

　　根據(jù)官方的描述，XeSS采用了與DLSS相似的時間算法，它類似于用相機拍攝長曝光，捕捉的時間越長，收集到的細節(jié)也就越多。

　　在多個不同幀之間，AI會通過運動矢量來跟蹤對象并分析數(shù)據(jù)，并決定如何將它們結(jié)合在一起。XeSS會通過中間幀和前后幀，收集超高像素后，再經(jīng)由AI網(wǎng)絡(luò)處理，輸出相對較小且清晰的畫面。

　　和時間算法相比，NIS、FSR、RSR這類空間縮放算法則只能取一個像素點附近的低分辨率圖像進行采樣，然后縮放銳化。但銳化并不能從低分辨率圖像中創(chuàng)建額外的細節(jié)，只能提高低分辨率信息中已經(jīng)存在的細節(jié)對比度。

　　令人驚喜的是，XeSS是采用開放標準實現(xiàn)的。換句話說，在游戲廠商的支持下，它可以適配多家GPU廣泛使用。當然，XeSS算法在Xe GPU的DP4a和XMX硬件功能下，會呈現(xiàn)更好的性能效果。

　　Deep Link

　　Deep Link可充分利用Intel CPU和GPU協(xié)同工作，完成如視頻轉(zhuǎn)碼，直播推流等任務(wù)，編解碼優(yōu)勢顯著。Deep Link并不是某種具象技術(shù)，而是多項技術(shù)的總稱，下面我們來分別講解。

　　Stream Assist

　　Stream Assist技術(shù)主要針對游戲主播，或者有直播需求的用戶。在開啟直播時，Stream Assist可將直播負載分載到系統(tǒng)中的輔助引擎，從而優(yōu)化游戲性能。性能更強的獨顯則依舊負責游戲運算，以獲得最高的幀率和協(xié)同工作效率。

　　另外集顯負責直播的同時，還負責捕獲任務(wù)（如虛擬綠屏、自動構(gòu)圖、清晰直播和自動捕捉游戲精彩時刻）。

　　需要注意的是，臺式機如果想使用Stream Assist技術(shù)，前提是與12代酷睿處理器或代次更高的處理器搭配使用，另外需要帶有集成顯卡的處理器，后綴帶有“F”的則無法使用。

　　超級編碼、超級計算

　　超級編碼可以讓Intel平臺上并行工作的多個媒體引擎（適用于看重工作效率的選定應(yīng)用程序），加速編碼。從而讓用戶花更少的時間等待項目輸出，最大限度地發(fā)揮創(chuàng)作動力。

　　而超級計算則需要用到XMX引擎，它可以利用Intel平臺上的多個計算引擎和 AI 加速器（適用于看重工作效率的選定應(yīng)用程序），加速內(nèi)容創(chuàng)作。

　　同樣，這兩項技術(shù)均需要搭載12代酷睿處理器或代次更高的處理器搭配使用，另外需要帶有集成顯卡的處理器。

　　這里著重說一下超級編碼，它可以使用CPU和GPU上所有可用的媒體編碼引擎，某種意義上說，可以看做雙顯卡共同編碼。

　　我們此前的編碼工作，無論使用CPU或者GPU，都是單線程工作。而Intel超級編碼則是通過OneVPL這個跨平臺的開放性框架，讓CPU和GPU協(xié)同工作。

　　當超級編碼開始工作時，一組組解碼后的原始幀通過特定的API函數(shù)被交給oneVPL，進而按組被分配到不同的多媒體引擎上，拷貝到相應(yīng)的內(nèi)存中緩存起來。

　　不論每一組有多少幀，相應(yīng)的集顯或者獨顯的多媒體引擎會開始按照設(shè)定的格式編碼。而OneVPL會完成后續(xù)的打包工作，把編碼后的幀一組組拼接成最終視頻來輸出。這種并行處理，編碼效率比單一顯卡更加顯著。

　　高級Xe媒體引擎

　　高級Xe媒體引擎帶有專門AI加速、寬編解碼器支持，包含H.264/AVC、H.265/HEVC、VP9以及AV1。并且得益于強大的媒體引擎，它也是全球首款支持AV1硬件編碼的GPU。與軟件編碼相比，編碼速度提高了50倍。

　　AV1與H.265編解碼誰才是未來一直廣受爭議，從壓縮效率來講，AV1比最為常見的H.264編解碼器高出50%，比H.265高30%。換句話說，對于相同的圖像質(zhì)量，AV1可以比HEVC節(jié)省多達30%的文件大小。

　　當然，如此強大的AV1也需要更強大的硬件來解碼，即便如此，它也比HEVC需要更長的時間來解碼。并且HEVC已經(jīng)由AMD、NVIDIA、Intel、Apple、高通等公司的GPU/CPU支持，而AV1目前的支持是有限的。

　　最重要的是，AV1是完全開放沒有任何授權(quán)費用的編解碼器。雖然目前還沒有被廣泛采用，但行業(yè)內(nèi)用戶對其前景非常認可。

　　目前，包括FFMPEG、Handbrake、Adobe和XSplit都已集成了對銳炫AV1的支持。

　　結(jié)語：

　　作為Intel第一代高性能獨顯架構(gòu)，Xe HPG微架構(gòu)從硬件水準來說，顯然已經(jīng)達到預(yù)期，目前欠缺的只是軟件方面的優(yōu)化。根據(jù)Intel官方說明，剛剛發(fā)布的A770已經(jīng)達到了最大的8個Render Slice成為完全體，性能的提升也是有目共睹。

　　當然一代架構(gòu)并不能說明太多問題，我們還要看后續(xù)以Xe HPG微架構(gòu)為藍本的迭代升級效果如何，不過無論怎樣，在NVIDIA和AMD兩強相爭多年的格局下，Intel重回高性能GPU市場，無疑會在未來幾年內(nèi)對市場格局帶來巨大沖擊。