锐炬Xe核显的进化之路

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回顾整个PC的发展历史，英特尔酷睿处理器每一次的更新换代都为整个产业带来了众多新特性；虽然影响PC使用体验的因素有很多，但处理器的性能表现依旧起着绝大部分因素。

　　在2019年，伴随着第10代酷睿处理器Ice Lake的发布，英特尔公布了雅典娜计划，为笔记本电脑的未来发展树立了长期规划；时间来到2020年，在第11代酷睿处理器Tiger Lake发布后，得益于新平台更强大的性能以及众多创新特性，英特尔则对雅典娜计划进行了更全面的拓展，树立了更严苛的认证流程，提出更高的硬性标准，而这也是Evo平台诞生的背景。

　　为了满足各类用户的众多使用场景，应对众多应用软件、游戏对算力的挑战，Evo平台认证的标准可谓称得上毫不妥协。而作为支撑Evo平台机型的核心硬件与基础，第11代酷睿处理器Tiger Lake则是带来了众多新特性：包括10nm SuperFin工艺制程、Willow Cove微架构、对Wi-Fi 6与Thunderbolt 4的支持；当然，全新的锐炬Xe核显堪称是最具亮点的升级，得益于Xe LP架构的高效能，锐炬Xe核显不但为Evo平台产品带来了强大的游戏性能，也为众多内容创作场景提供强大生产力，以及DP4A人工智能加速引擎。

　　俗话说的好，罗马不是一天建成的。英特尔对GPU架构的布局更是有着悠久的历史。每一代酷睿所集成的核显，也都在架构和规格方面做到全面提升。也正是因为多年来的持续积累，才能造就今天的锐炬Xe核显。本篇文章，将会对英特尔核显的发展历史做出回顾......

历史回顾，从亮机卡到取代入门独显

　　在2010年，英特尔更新了代号为Clarkdale的新一代酷睿i5和酷睿i3处理器，该系列产品最大的亮点就是完成了对GPU的整合，成功将32nm工艺制程的CPU Die和45nm的GPUDie共同封装在一块PCB上组成，两颗Die使用QPI总线相连。例如酷睿i5-661、酷睿i3-540等型号就是整合了GPU的产品，具备了12EU执行单元，能够完美的支持当时最新的Window 7操作系统。在功能方面，也能够支持OpenGL 2.1、DX10、SM4.0等技术，并具备了900MHz的最高频率。

　　英特尔2011年所推出的第2代酷睿Sandy Bridge集成了架构代号为Gen 6的核显，不同于Clarkdale的多芯片设计，从Sandy Bridge开始英特尔把CPU和GPU做到同一块芯片上。Gen 6核显最多拥有12个EU，还支持Quick Sync转码加速技术，当时桌面版旗舰产品酷睿i7-2700K集成的核显型号HD Graphics 3000。

　　2012年英特尔推出22nm工艺制程的第3代酷睿Ivy Bridge，核显架构采用了Gen 7，最高型号为HD Graphics 4000，规格从HD Graphics 3000的12EU提升到16EU，同时对架构细节进行了优化，让图形性能进一步增强；当然，Gen 7架构核显的Quick Sync转码加速技术也顺势升级为2.0版，效率做到更高。

　　第4代酷睿Haswell是非常经典的一代产品，采用的核显架构为Gen 7.5。从Haswell开始英特尔酷睿处理器的集成核显规模明显变大，同时会根据平台与定位划分多个级别。其中DIY零售版集成Gen 7.5架构核显为GT2级别，型号是HD Graphics 4600，拥有16个EU。

　　而搭载更大规模GT3GT3e核显的Haswell处理器系列，英特尔则采用了全新的品牌命名方式——“Iris”和“Iris Pro”，中文名为“锐炬”和“锐炬Pro”，顶级型号为锐炬Pro 5200，搭载在酷睿i7-4770R这款面向OEM的处理器中。

　　受限于14nm工艺初期的产能问题，第5代酷睿Broadwell是较为小众的产品线，但Broadwell依旧在核显方面做到了大幅升级。其中酷睿i7-5775C所搭载的Iris Pro 6200核显升级为Gen 8架构，拥有48个EU单元，并集成了128MB的eDRAM缓存，大大降低了显存访问的延迟，带宽大约在50GB/s左右。

　　第6代酷睿Skylake系列将核显升级为Gen 9架构，桌面版最高为GT2级别，拥有24个EU；更高规模的GT3/GT3e/GT4e级别核显则放到了移动版中。从第7代酷睿Kaby Lake开始，到第10代酷睿Comet Lake，英特尔将核显小幅升级为Gen 9.5架构，增强了硬件编解码能力，支持10bit HEVC、8/10bit VP9视频格式的解码，同时也提高了AVC编码效率。GT2级别的Gen 9架构核显陪伴用户多年，也就是很多人都非常熟悉的HD/UHD Graphics 630。

　　时间来到2019年，随着英特尔10nm顺利量产，面向轻薄本市场的第10代酷睿Ice Lake-U系列产品得以大批量发货。Ice Lake-U采用新的10nm工艺制程与Sunny Cove微架构，核显也升级为Gen 11架构，以“Iris Plus”中文“锐炬Plus”品牌进行命名（低端的G1命名仍为“UHD”系列）。虽然只有GT2级别，但Ice Lake-U核显最高规格也达到了64EU，官方宣称可1TFlops的计算性能，让核显玩网络游戏成为现实。同时Gen 11架构也对QuickSync技术进行了持续增强，提供更强大的视频编码能力。

　　时间来到2020年底，英特尔发布了第11代酷睿Tiger Lake-UP3UP4系列，再一次对核显进行全面革新，采用锐炬Xe品牌，升级为Xe LP架构（此前称之为Gen 12），规格最高达96EU；无论是图形性能还是多媒体编码效率都做到了全面提升。

　　根据英特尔官方介绍，Xe架构拥有很高的扩展性，能够覆盖各个不同的功耗范围，满足各类负载的性能需求，适用于各个类型的产品。其中：

　　Xe LP系列为低功耗系列，作为入门级产品其功耗为5-20W，最高可达到50W。除了第11代酷睿Tiger Lake集成的核显之外，之前上市的DG1独显也是Xe LP架构。

　　Xe HP为高性能系列主要针对主流和发烧消费市场、数据中心和AI领域，功耗75-250W。Xe HP架构主要用于搭建Intel自己的开发平台基础，并利用其计算性能为oneAPI和Aurora超算开发相关软件，相关技术将扩展到 Xe HPG 和 Xe HPC架构，但不会用于商业产品。

　　Xe HPC则是高性能计算系列，面向于超级计算机。

　　而专为游戏玩家设计的Xe HPG系列独立显卡，也将于CES 2022发布。

　　上一代Ice Lake-U所搭载的锐炬 Plus 核显相比，全新锐炬 Xe 核显图形执行单元（EU）数量从64个EU单元增加到了96个单元，提升50％。每周期Texel纹理、Pixel像素渲染能力也从32、16提升到48、24，理论性能接近翻倍。并且为了保证锐炬Xe显卡拥有足够的性能释放，英特尔专门为其设计了一条“专用通道”，将GPU与内存质量，通过绕过所有SLC总线仲裁层的方式，保证了用户在多种高分辨率显示中仍可以享受到流畅的视觉体验。

　　不仅如此，锐炬Xe显卡通过高效的线程控制器和最新的颜色、深度压缩算法，可以有效地利用芯片的带宽。在大缓存和新的显示引擎的技术与自适应同步技术的加持下，锐炬Xe显卡实现了对8K60帧视频播放的支持，以及对360Hz刷新率屏幕的支持。

　　与此同时，第11代酷睿Tiger Lake-U所支持的LPDDR4x-4266内存相比于LPDDR4-3733进一步增加了带宽，有利于核显性能进一步发挥。

测试平台介绍

　　为了展现第11代酷睿Tiger Lake所集成锐炬Xe核显带来的性能提升，笔者特意找来了众多处理器。包括：

　　Sandy Bridge家族的第2代酷睿i7-2700K，集成HD Graphics 3000 Gen 6架构核显，拥有12个EU单元，配合DDR3-2133内存测试（Sandy Bridge平台最多只能支持这么高）。

　　Ivy Bridge 家族的第3代酷睿i7-3770K，集成HD Graphics 4000 Gen 7架构核显，拥有16个EU单元，配合DDR3-2400内存测试。

　　Haswell Refresh家族的第4代酷睿i7-4790K，集成HD Graphics 4600 Gen 7.5架构核显，拥有20个EU单元，配合DDR3-2400内存测试。

　　Comet Lake-S家族的第10代酷睿i9-10900K，集成UHD Graphics 630 Gen 9.5架构核显，拥有24个EU单元，配合DDR4-3600内存测试。

　　Rocket Lake-S家族的第11代酷睿i7-11700K，集成UHD Graphics 750 Xe架构核显，但只有32个EU单元，最高频率1300MHz，配合DDR4-3600内存测试。

　　本次的主角，Tiger Lake-UP3平台的酷睿i7-1165G7，集成锐炬Xe核显，满血64EU，最高频率1300MHz。分别测试DDR4-3200与LPDDR4x-4266内存下的表现。

　　同时加入最新的Alder Lake-S家族的第12代酷睿i7-12900K参考，集成UHD Graphics 770核显，依旧是Xe架构与32个EU单元，但最高频率提升至1550MHz，配合新一代DDR5-4800内存与Windows 11系统测试。

理论性能测试：

　　性能测试时发生了一些小的问题，例如在最新版3DMark中，酷睿i7-2700K以及酷睿i7-3770K的核显由于架构过老的缘故，已经无法运行众多现代化项目，因此无法参与对比。

　　酷睿i7-3770K的HD Graphics 4000 Gen 7架构核显可以运行Fire Strike，但无法运行Time Spy，提示显存空间不足。

　　理论性能对比如下：

　　从数据中可以直观发现，酷睿i7-1165G7的锐炬Xe核显理论性能提升非常显著，即使配合DDR4-3200内存，它的3DMark测试性能依旧很出色，凭借Xe架构与96EU的规模，理论成绩大幅领先于其他核显，而搭配LPDDR4x-4266内存后，锐炬Xe核显的性能获得了进一步释放，带来了更大的提升。

　　而考虑到Evo平台的产品不但都搭载了第11代酷睿Tiger Lake处理器，拥有锐炬Xe核显，同时也都配备了LPDDR4x-4266内存，因此新一代Evo平台认证的笔记本可谓是做到了毫不妥协，在影音娱乐和生产力等多个方面都能给予用户绝佳的效率。

　　当然，还有一点值得注意，同样是32EU Xe架构的情况下，UHD770比UHD750的性能明显要更强，这除了更高的频率外，新一代DDR5-4800内存也功不可没，再一次证明了内存带宽对核显性能的影响。而这也为第12代酷睿Alder Laske-P移动端产品的核显性能提升，留下了更大的空间与潜力......

总结与展望

　　英特尔作为一家平台公司，GPU架构也有着悠久发展的历史，特别是近年来在全面推进XPU架构创新的背景下，英特尔持续对酷睿处理器的核显进行改进，带来持续的性能代际提升，持续为PC的使用体验发展提供动力。回到本篇文章所介绍的锐炬Xe核显，它与WIllow Cove内核微架构、10nm SuperFin工艺制程、Thunderbolt 4协议、Wi-Fi 6高速网络等众多先进技术一起，构成了Evo平台的基础，为轻薄本的良好体验提供强大动力。

　　最后还要再提一下，第12代酷睿移动版Alder Lake-P同样会集成96EU规模的锐炬Xe核显。虽然核显架构还是Gen 12 Xe家族，但Alder Lake-P还将升级新一代内存控制器，以支持DDR5-4800MHz、LPDDR5-5200新一代内存；根据经验以及本文之前的测试表现，可以发现GPU对内存带宽非常敏感，相信在更高内存性能的加持下，明年Alder Lake-P的核显将释放出更好的性能，助力下一代Evo平台获得更进一步的体验提升，让笔记本电脑持续进化......