32nm的融合GPU

　　在上文中，笔者简单介绍了Sandy Bridge处理器带来的AVX指令集及其微架构的革新之处，现在来谈谈Sandy Bridge架构的一个大变动——融合GPU。

　　CPU与GPU的融合

　　除了CPU之外，英特尔其实也一直在移动/桌面级平台上提供着GPU产品，如英特尔在MCH北桥集成的显卡也属于GPU范畴。这种芯片组集成的显卡其性能并不怎么强劲，然而胜在便宜，在日常应用中也足够使用了，因此其市场占有率非常高。到了Clarkdale这一代，英特尔开始将GPU部分从芯片组上移出来并放进了整个处理器包装之内，然而由于工艺上的限制，CPU属于32nm而GPU属于45nm，它们实际上分成了两个不同的晶片，只是封装到了同一个基板上，两个晶圆通过QPI通信，由于内存控制器也移到了45nm的GPU封装上，内存延迟和带宽反而受到了影响，这种方式最终得到的性能不佳。

　　Sandy Bridge整合的CPU和GPU才是真正的融合，它们不再分成两个不同工艺制程的单独核心，而是完全在设计时就融合在了同一个核心上，并由统一的32nm工艺制造。融合它们的架构正是前面说过的环形总线，GPU直接挂在环形总线上，并和CPU核心一起共享整个处理器的L3缓存乃至内存控制器。

　　革新的GPU架构

　　Sandy Bridge新的GPU架构同时瞄准了功耗和性能两个要素，在图形性能上，主要的核心变动就在于EU单元上。

　　EU（Execution Units）执行单元和其他GPU的流处理器相对应，运行各种不同的Shader，在Sandy Bridge上被称为Unified Execution Units。

　　新一代的EU执行单元增强了面向向量/矩阵的操作性能，提供了zero overhead的线程切换能力。新一代EU还使用了更大的寄存器文件（每线程4KB），可以保存更多的数据，以支持更复杂的Shader程序。此外，新的EU还使用了第二代并行分支算法，即使面对更复杂的状况也能提供高效并行执行能力。Sandy Bridge的新EU还使用了新的超越数学运算引擎，吞吐量提升了4倍到20倍不同，英特尔表示，正弦、余弦操作的速度比现在的HD Graphics提升了几个数量级。

　　除了这些之外，Sandy Bridge的新EU还使用了新的、能和图形API ISA达到1：1的指令集，在时钟频率不变的情况下增强了吞吐量。英特尔将采用新一代EU设计的融合显卡命名为HD Graphics 2000和3000系列，这两个系列的不同就在于EU的数量，其中2000拥有6个EU，3000拥有12个EU。标准版本的Sandy Bridge处理器提供的是HD Graphics 2000，只有带K后缀的倍频解锁版本才会提供HD Graphics 3000。

　　增强的多媒体处理能力

　　Sandy Bridge的GPU除了图形性能明显提升之外，还有一个重点关注的领域就是多媒体处理上，并且和一般的GPU仅关注解码能力不同，Sandy Bridge同时提供了强大的解码能力和编码能力。其中，编码通过类似Fixed Function的专用单元来完成，这个单元叫多格式解码器（Multi-Format Codec），是一款专用的并行引擎，支持MPEG-2/VC-1/AVC格式。和通常的GPU解码方案不同，Sandy Bridge的解码并不需要使用到GPU EU执行单元，包括VLD/CAVLC/CABAC/IDCT/IT/MC/LF等阶段全部在MFC内完成，功耗表现上更加出色。

　　Sandy Bridge的视频编码则使用EU执行单元阵列配合专用的高吞吐量VME（Video Motion Estimator）来完成，并在需要时重用MFC部分（如AVC编码）。此外还有一个专用的色彩处理加速后端来进行STE（增强皮肤色调）、ACE（自适应对比度增强）、TCC（全局色彩控制）等处理，总的来说，Sandy Bridge的GPU提供了一整套硬件的编解码方案，由于效果如此之明显，英特尔还特地使用了一个Quick Sync（高速转码）的术语来形容Sandy Bridge的纯硬件转码能力。

　　融合之路

　　面对着独立GPU的强大压力，Sandy Bridge使用了很多种方式去应对，一个是通过AVX指令集和强化的微架构来快速提升CPU的运算能力；另一个就是提升英特尔自己GPU的能力，如果你打不过一个对手，那就加入它。为了提升集成GPU的能力，将CPU和GPU融合在一起就是一个必然的选择。

　　融合可以让GPU也使用到英特尔强大的制程工艺。Sandy Bridge的GPU部分使用的是和CPU一样的32nm工艺，而业界独立GPU的制程还停在40nm上，即便是同一个工艺，英特尔也能达到更高的性能。可以注意到，通常独立GPU的核心部分只能运行在数百MHz，而英特尔的GPU则可以达到1.35GHz，更先进的工艺还可以使用更多的晶体管，以及使用更好架构设计。实际上，Sandy Bridge的GPU当中使用到了NVIDIA的专利技术，为此专利以及未来会使用到的其他专利英特尔付出了15亿美元。使用他人的技术也是增强自己GPU能力的方法之一。

　　通过融合策略，英特尔将CPU和GPU放在了同一个起跑线上，并使用英特尔强大的制程工艺驱动，这让其立在了不败之地上。下一期笔者将会带来Sandy Bridge的性能测试数据，请看下回分解。