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英特爾至強(qiáng)CPU Max系列:整合高帶寬內(nèi)存(HBM)和至強(qiáng)處理器內(nèi)核

2023/06/12
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治療癌癥、減緩全球變暖、保護(hù)生態(tài)健康——當(dāng)今世界充滿了各種挑戰(zhàn)。因此,通過(guò)科技緊跟時(shí)代發(fā)展步伐,并充分利用不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。這不僅涉及數(shù)據(jù)的處理速度,也涉及能夠處理的海量數(shù)據(jù),以及數(shù)據(jù)在內(nèi)存和處理器之間的傳輸速度。

英特爾設(shè)計(jì)工程部首席工程師、英特爾?至強(qiáng)? CPU Max系列(代號(hào)Sapphire Rapids HBM)首席架構(gòu)師Ugonna Echeruo如此描述這一挑戰(zhàn):究其根本,一顆CPU是從內(nèi)存獲取信息、對(duì)其進(jìn)行處理并更新。CPU最終可以處理的信息量受限于數(shù)據(jù)傳輸“管道”的寬窄。管道越寬,CPU處理的信息就越多,相應(yīng)地,完成的任務(wù)也就越多。

Echeruo補(bǔ)充說(shuō)道,英特爾聚焦開(kāi)發(fā)了一種新型解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)受內(nèi)存帶寬限制的工作負(fù)載。目前,解決數(shù)據(jù)受限的方案是利用高帶寬內(nèi)存(HBM),同時(shí)他也表示解決方案未來(lái)可能會(huì)發(fā)生變化。該解決方案讓CPU能夠獲取更多數(shù)據(jù),讓即使有著龐大計(jì)算需求的客戶也能獲得滿足。盡管第四代英特爾?至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器本身就可以處理繁重的工作負(fù)載,Echeruo指出,其實(shí)高帶寬內(nèi)存特別適用于性能受制于內(nèi)存帶寬,亦或是同時(shí)受制于內(nèi)存帶寬和計(jì)算限制的工作負(fù)載。

Echeruo將Max系列CPU的發(fā)布視為他在英特爾20多年職業(yè)生涯中的“高光時(shí)刻”。對(duì)此有充分理由——英特爾至強(qiáng)CPU Max系列處理器是英特爾首款也是唯一一款集成高帶寬內(nèi)存的x86處理器。

滿足客戶需求

Echeruo說(shuō),研究實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)等客戶是Max系列CPU問(wèn)世的主要原因。

“客戶的應(yīng)用程序需要大量?jī)?nèi)存帶寬,而在使用現(xiàn)有產(chǎn)品時(shí)受到帶寬的限制?!彼f(shuō),這些客戶一直希望英特爾可以提高帶寬來(lái)滿足他們的需求。

比如一個(gè)用海量數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算的實(shí)驗(yàn)室。在沒(méi)有高帶寬內(nèi)存的傳統(tǒng)系統(tǒng)中,每個(gè)研究人員都需要利用許多計(jì)算節(jié)點(diǎn)來(lái)生成解決方案。得益于高帶寬內(nèi)存,Max系列CPU提高了性能和內(nèi)存帶寬,無(wú)需更改代碼,最終能幫助研究人員使用更少的資源完成相同的任務(wù),從而提高實(shí)驗(yàn)室的整體生產(chǎn)力和能效。

高帶寬內(nèi)存基礎(chǔ)知識(shí)

我們把CPU想象成汽車?yán)锏膬?nèi)燃機(jī)。汽車的性能受到了限制,是因?yàn)橹挥幸欢康目諝饪梢员槐萌肴紵遗c汽油混合。渦輪增壓和機(jī)械增壓的出現(xiàn)解決了汽車性能受限的問(wèn)題。對(duì)于CPU,就是高帶寬內(nèi)存。現(xiàn)在我們可以讓更多空氣進(jìn)入,達(dá)到比以往任何時(shí)候都更快的速度!

隨著時(shí)間的推移,CPU“管道”(如Echeruo開(kāi)頭的描述)將更多空氣輸送到“燃燒室”。管道更寬,內(nèi)存和CPU之間接口的吞吐量就會(huì)增加。有了更寬的管道,能力更強(qiáng)的CPU就可以處理更多數(shù)據(jù),相應(yīng)地也更能夠滿足客戶的需求。高帶寬內(nèi)存就像渦輪增壓器,把CPU的能力提升到更高水平。

應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

Echeruo解釋說(shuō),高帶寬內(nèi)存在CPU上的位置或接近程度是其成功的關(guān)鍵。高帶寬內(nèi)存焊接在電路板上,靠近處理器,可以快速、方便地獲取必要的信息。另外一個(gè)好處是,離得越近就越省電。

但毫無(wú)疑問(wèn),他說(shuō),這并不像把高帶寬內(nèi)存粘在CPU封裝上那么簡(jiǎn)單。

Echeruo說(shuō):“所有參與的團(tuán)隊(duì)都面臨很多挑戰(zhàn)?!彼忉尩?,設(shè)計(jì)確定后,團(tuán)隊(duì)就開(kāi)始打磨第四代英特爾至強(qiáng)處理器,因此需要進(jìn)行大量測(cè)試和驗(yàn)證,以確保高帶寬內(nèi)存方案取得成功。

Echeruo還表示,“我們想把這種增強(qiáng)型內(nèi)存系統(tǒng)連接到英特爾最好的計(jì)算內(nèi)核——至強(qiáng)內(nèi)核,并將兩者結(jié)合起來(lái)?!?/p>

他補(bǔ)充道,“我們必須仔細(xì)研究產(chǎn)品中的每個(gè)IP,確保它們不會(huì)與高帶寬內(nèi)存產(chǎn)生任何沖突。我們需要確保能夠充分利用盡可能多的帶寬,必須弄清楚如何做出必要的更改,使高帶寬內(nèi)存成功地發(fā)揮作用,同時(shí)不影響標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的時(shí)間安排和交付?!?/p>

發(fā)揮優(yōu)勢(shì)

Echeruo說(shuō)能效是Max系列CPU的另一大優(yōu)勢(shì)。高帶寬內(nèi)存接近CPU不僅省電,而且在有高帶寬內(nèi)存的情況下,用戶通常需要更少的系統(tǒng)和容量,這也會(huì)節(jié)約成本。在一些應(yīng)用場(chǎng)景下,用戶可以舍棄外部的DDR5內(nèi)存,從而直接使用高帶寬內(nèi)存。

英特爾率先在x86處理器中集成高帶寬內(nèi)存,Echeruo認(rèn)為這是“英特爾的重要優(yōu)勢(shì)”。展望未來(lái),Echeruo認(rèn)為其關(guān)鍵是“利用英特爾的軟件堆棧,使高帶寬內(nèi)存更易于且便于客戶使用?!?/p>

談到用戶友好性,不同于集成高帶寬內(nèi)存的GPU,Max系列CPU不需要花費(fèi)大量人力更改代碼,省時(shí)省力。Echeruo說(shuō):“越便于客戶使用,他們就會(huì)越滿意。這對(duì)英特爾來(lái)說(shuō)也是喜聞樂(lè)見(jiàn)的。”

創(chuàng)新不止于此。在幾周前的2023年國(guó)際超算大會(huì)(ISC)上,英特爾展示了即將推出的高內(nèi)存帶寬產(chǎn)品,即代號(hào)為Granite Rapids的下一代英特爾至強(qiáng)處理器,其支持Multiplexer Combined Ranks (MCR)內(nèi)存。

科技驅(qū)動(dòng),創(chuàng)造美好世界

至強(qiáng)Max將幫助拓展人們對(duì)于基礎(chǔ)科學(xué)的認(rèn)知。Echeruo說(shuō),這在一定程度上也推動(dòng)著他不斷前行。

Echeruo表示:“這些產(chǎn)品將用于服務(wù)器中,推動(dòng)企業(yè)現(xiàn)在及未來(lái)在基礎(chǔ)科學(xué)、醫(yī)學(xué)或云基礎(chǔ)設(shè)施等方面的探索?!?/p>

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