缘何成就显卡霸主?扒一扒英特尔集成显卡的历史
昨天智趣狗和大家分享了英特尔意欲重回独显市场,并简单回顾了英特尔早期也曾经推出独显的历史。今天,就让我们再次拨开历史迷雾,扒一扒英特尔是如何依靠集成显卡成为整个显卡市场霸主(不是指性能,而是最高占有率)的?
紧跟DX的脚步 英特尔的集成显卡之旅
自810/815芯片组一炮而红后,英特尔就确立了芯片组整合GPU的发展策略,这种集显设计不仅可以极大降低DIY平台的开销,更符合笔记本的瘦身方向,所以结局就变得显而易见了。
Extreme Graphics初露锋芒
2002年,为了配合Pentium 4(奔腾4)处理器的发售,英特尔同步推出了配套的i845G和i845E芯片组(随后还衍生出了i845GL/GE/GV等。
为了便于推广,英特尔给集成显卡统一命名为“Intel Extreme Graphics”,它硬件支持DirectX7.0,性能接近NVIDIA同期的GeForece 2 MX200,通过DVMT技术可从内存中调动最多48MB用于共享显存(需要配合Windows XP系统)。
这个时期的3D游戏普遍都采用DirectX作为多媒体的编程接口,为了获得最好的画质,开启全部特效,就需要GPU端完整支持某一DirectX标准才可以。
当DirectX步入8.0时期时,英特尔推出了改良的Extreme Graphics II,并将其集成在i865G芯片组内。需要注意的是,这款集成显卡只是部分支持DirectX8.0,虽然它通过双通道内存技术和新一代Zone Rendering技术提升了效能,接近NVIDIA同期的GeForece 2 MX400,但受限于不完整的DirectX8.0,对游戏玩家的吸引力并不算大。
为了看到3DMark2001的这个测试项目,不知道多少DIY玩家咬牙升级支持DX8.0的显卡
GMA集显大获荣光
2003年微软发布了DirectX9.0,连完整DirectX8.0都不支持的Extreme Graphics II自然更是难以为继。
于是,英特尔加大了集成显卡的研发力量,并终于在2004年伴随Intel 915G芯片组(包括移动端的915GM,以后英特尔移动芯片组都会带个“M”)与玩家见面。
为了彰显新品身份,英特尔将集成显卡改名为“Graphics Media Accelerator”,而915G芯片组首发的GMA900就此诞生,其核心频率可达333MHz,整体性能有了明显的提升。一年后945G芯片组降临,它集的GMA950可以视为GMA900的超频版,核心频率提升到了400MHz,并加入了对HDTV的支持。
由于这一时期笔记本电脑逐渐步入井喷期,而此时针对笔记本定制的独立显卡还未成熟,所以几乎绝大多数笔记本新品都是GMA900集成显卡的“客户”。在新集成显卡的帮助下,英特尔在2005年Q1季度占到了图形芯片市场份额的43.1%。后来迅驰平台的出现更是加速了这一进程,英特尔强制要求唯有采用英特尔自家处理器、芯片组和无线网卡组合的笔记本才能贴上迅驰商标,而当年迅驰就是高端笔记本的代名词。
微软在2004年就推出了DirectX9.0c,但英特尔直到2006年发布的G965芯片组才集成了支持该技术的GMA X3000显卡,其核心频率依旧是400MHz。2008年,伴随G31/G32/G35芯片组的问世,英特尔集成显卡也先后升级到了GMA X3100和GMA X3500,后者不仅拥有677MHz的核心频率,还首次加入了对DirectX10的支持,可惜由于驱动的拖累,这一时期的集成显卡表现并不理想。
2008年,英特尔在G45/G43/G41系列芯片组中集成了GMA X4500显卡,其最大的特色就是支持高清视频的硬解码,进一步完善了集显的应用范围,看全高清电影CPU占用率100%的问题得到了有效的缓解。没人能想到,GMA X4500系列(包含GMA X4500M、X4500HD等)竟然成为了集成显卡的绝唱。
发展至今,英特尔集成显卡逐渐遭遇了明显的瓶颈:性能提升越来越乏力,而寄生于芯片组的形式也存在占用主板空间和功耗较高的缺陷。于是,英特尔决定改变玩法,对集成显卡的架构进行大刀阔斧的改革,并让它和CPU联姻,从而减少对主板空间的占用,符合PC绿色节能和笔记本瘦身的长期发展需求。
没错,核芯显卡的序幕就要被拉开了。
从开放逐渐走向封闭
英特尔集成显卡的市占率之所以可以不断提升,与其从开放走向封闭的市场策略也不无关系。当年NVIDIA、ATI、VIA和SIS都曾为英特尔处理器研发过芯片组,与其配套的主板要么在成本上,要么在集成显卡的性能上都有着不俗的竞争力。
其中,英特尔和NVIDIA的关系算是最为暧昧的。在很长一个时期NVIDIA都拿不到英特尔的授权,只能为AMD设计主板。而随着“nForce4 SLI+Althon 64+NVIDIA显卡”组合表现出了强大的战斗力,英特尔终于在2004年底和NVIDIA签订了多项专利交互授权协议,于是才有了后面无数经典的Intel平台NVIDIA芯片组,比如nForce 600和MCP73等,后者集成的GeForce 7系列图形核心更是深得玩家的喜爱,性能可秒杀英特尔同期的GMA集成显卡。
可惜,随着ATI被AMD收购,英特尔收回NVIDIA授权,英特尔处理器逐渐变得只有Intel自家芯片组可用的封闭局面。所以,每卖出1颗处理器,就意味着英特尔GPU销量+1,哪怕PC还额外配备了独立显卡也不影响英特尔集成显卡在3D图形市场上的份额。
CPU +GPU二合一 回顾英特尔核 显时 代
收购ATI之后,AMD最早提出来融聚理念:将CPU和GPU打包成为一颗芯片。然而,英特尔却凭借32nm制程工艺的领先优势,抢先在第一代酷睿Westmere(桌面/笔记本代号分别为Clarkdale/Arrandale)尝鲜CPU和GPU的融合,从此掀开了核显时代的序幕。
一代酷睿:掀开核显序幕
虽然第一代酷睿赶上了CPU融合GPU的头班车,但不得不说英特尔此次有些匆忙了,因为此时CPU和GPU还都是独立存在的,只是被封装在同一块PCB上而已,它们之间使用QPI总线相连,被玩家形象地称为英特尔用“胶水”将CPU和GPU粘在了一起。
不过,至少在形态和空间占用上,这一代的酷睿处理器已经达成了目的,英特尔也做出了集成显卡→核芯显卡的更名。
需要注意的是,这代处理器的CPU部分采用了32nm工艺,GPU部分还停留在45nm工艺层面。
其中,GPU部分里包含了PCI-E控制器和内存控制器,其本质就是一颗北桥芯片。和上代GMA4500集成显卡相比,第一代核芯显卡将EU单元从10个提升到了12个,核心频率提升到了最高900MHz,性能提升还是颇为显著的。为了延长笔记本的续航时间,移动版处理器的GPU还可以通过Turbo Boost动态调整频率。
二代酷睿:实现真正的融合
有了Westmere的经验积累,英特尔2011年发布的第二代酷睿处理器(Sandy Bridge)终于实现了CPU和GPU“真融合”的目标:CPU和GPU全部为32nm工艺打造,并和内存控制器、PCI-E控制器全部整合到一个核心之中。
为了满足不同客户的需求,英特尔将第二代核芯显卡细分为了HD2000和HD3000,其中HD2000内置6个EU单元,为不支持超频的桌面处理器所用;HD3000拥有12个EU单元,专为移动酷睿(笔记本专用)和桌面K系列可超频的处理器猎装。
需要注意的是,由于二代酷睿处理器的三级缓存改用了环形总线设计,而GPU可共享三级缓存,所以哪怕是6个EU单元的HD2000,其性能也会明显超过第一代核芯显卡。
三代酷睿:性能功能大跃进
2012年上市的第三代酷睿处理器(Ivy Bridge)凭借首发22nm工艺,对GPU部分进行了大幅度的优化更新。首先,英特尔将和核芯显卡细分为HD2500和HD4000,前者EU单元为6个(桌面处理器),而后者EU单元则提升到了16个(移动酷睿和K系列桌面处理器),同时加入了对DirectX11、OpenGL3.2的支持,增强了并行运算能力,Quick Sync 2.0编码加速技术还能加速视频编辑进度,视频输出能力也从原来的双屏上升到三屏输出。
从HD4000开始,笔记本电脑终于可以凭借唯一的核芯显卡应对主流3D游戏的挑战了,比如在低画质下流畅运行《英雄联盟》不再是奢望。要知道,当年《英雄联盟》可是堪称集显杀手的存在哦。
四代酷睿:规范命名 锐炬诞生
2013年,第四代酷睿处理器(Haswell)对核芯显卡进行了“大手术”,引入了模块化设计、可扩展的设计,从而走上了暴力堆砌核显规格的道路,并规范了以“GT+数字”的核芯命名方式。
此次英特尔将核显细分为了GT1(具体型号为HD Graphics,内置10个EU单元,用于赛扬等低端处理器)、GT2(HD4200/HD4400/HD4600,内置20个EU单元,主要为移动酷睿和桌面处理器所用)。
GT3内置40个EU单元,并被进一步细分为15W GT3、28W GT3和GT3e。其中,15W GT3具体型号为HD5000,为i5-4260U等移动酷睿所用;28W GT3名为Iris(锐炬)5100,专为i5-4258U等移动酷睿所用;而GT3e被命名为Iris Pro 5200,集成额外的128MB eDRAM(可作为L4缓存,性能堪比当时的GeForce GT650M独显,被i7-4980HQ移动酷睿和i7-4770R等桌面酷睿所用。
可惜,锐炬核显只为小众的高端和顶级处理器所用,而搭配它们的产品却大都还配备了额外的高性能独显,核显的重要性被大幅淡化。最需要更强核显加持的中低端处理器则只能使用GT1和GT2,这是时至今日英特尔也没能改进的无奈特色。
五代酷睿: 蓄势待发中
第五代酷睿处理器(Broadwell)诞生于2014年,其核显在API方面有了大幅提升,支持DirectX11.2、OpenGL4.2和OpenCL2.0,甚至已经领先于NVIDIA当时主打的麦克斯韦架构。
这一代核显GT1、GT2、GT3内置的EU单元分别提升到了12个、24个和48个,分别对应HD Graphics、HD5300/HD5500和HD6000/Iris 6100/Iris Pro 6200。这一年,英特尔还推出了TDP仅有4.5W的酷睿M(集成HD5300,针对新兴的二合一设备),同时桌面(如i7-5775c)也开始集成Iris Pro 6200。
还是上面的问题,买i7-5775c的用户怎能不配独立显卡,再强的核显又有什么意义?此外,这一代酷睿主要是为英特尔试水14nm工艺,尝试“真正”的SoC(System on a Chip)设计,为第六代酷睿的推出奠定基础。
六代酷睿:核显最终定型
第六代酷睿处理器(Skylake)在2015年发布,这一代的核显有着较大的革新,支持最新的DirectX12、OpenCL 2.x、OpenGL 5.x、Vulkan等图形规范,还支持HEVC/H.265、AVC、SVC、VP8、MJPG硬件加速。同时,英特尔还对核显进行了更名,后缀型号由四位数缩减为三位数(如HD515、HD520、HD530),并推出了集成72个EU单元的GT4(Iris Pro 580)。
可以说,正是从Skylake开始英特尔核显才最终定型,第七代和第八代酷睿处理器的核显都是在其基础上进行的修修补补。
七代酷睿:提供硬件级解码能力
2016年上市的第七代酷睿(Kaby Lake)集成的核显取名为HD615、HD620、HD630和Iris Plus,它们和上代核显在规格上并无不同,只是取消了GT4,全系列加入了HEVC Main/Main10、VP9 8-bit/10-bit的硬解码能力,在应对4K级别视频的播放变得无比轻松和省电。
八代酷睿:马甲改名再战一年
2017年9月面世的第八代酷睿处理器(Kaby Lake-Refresh和Coffee Lake)集成的核显与上代依旧没有太大变化,只是名字从HD620等改为了UHD620,性能上的提升几乎都源于更高 频GPU和内存频率带来的增益效果。这一代的核显最大特色是支持HDMI 2.0/HDCP 2.2标准,以及硬件编解码10bit 4K HEVC,可流式处理4K UHD视频。
核显性能遭遇瓶颈
纵观英特尔近些年的核显战略,移动酷睿的整体规格都要优于桌面处理器,目的就是帮助没有空间安置独立显卡的轻薄本提升图形性能。然而,从Skylake开始,最近三代核显在性能上处于原地踏步的节奏,虽然多媒体特性有所增强,但还不足以驾驭最新3D游戏的挑战。
哪怕英特尔旗下还有锐炬核显,但其性能也只是勉强比肩NVIDIA GeForce 930MX的水准,随着以MX150为代表的新一代主流独显的出现,英特尔高端核显优势不再。
问题来了,更轻更薄更强是未来PC的发展趋势,特别是对超薄本和PC平板二合一类型的设备而言,英特尔酷睿处理器的CPU运算性能没的说,如何才能弥补核显性能层面的瓶颈?为了满足未来市场的发展需要,英特尔做出了一个破天荒的决定——携手AMD一起打造处理器!
那么,英特尔与AMD携手打造的融合了Vega核显的Kaby Lake-G平台又有多强?这个话题咱们明天再聊~
近六年来进步最大的竟是它?Intel核显进化之路
1被戏称“胶水”时代:HD Graphics回顶部
【PConline 杂谈】 如何用一句话证明你是硬件老司机?其中一个标准答案就是:那些年,CPU还是CPU,而近些年,CPU不再只是CPU,还有就是GPU。将GPU放到CPU里封装,CPU具备了GPU的功能,成为了硬件历史的一个驻点。于是,买CPU送GPU的历史开启了。
2006年,AMD收购ATI后,最早提出了CPU与GPU融合的概念,不过使之成为现实的却是Intel。2009年年底,Intel带来了32nm制程。同时尝试了将GPU首次放进入CPU封装内部。
Clarkdale
完成这个成就的CPU,就是Core i5、i3系列,而当时时代同步的i7-800/900系列依然走单一CPU的路线。可见,第一代的内置显卡,属于一个初探摸索段。为了区分带核显与不带核显的CPU,Intel将带核显的Core CPU架构代号统一为Clarkdale系列,并且,这一代CPU只有双核的规格,包括i5-600系列以及i3-500系列。
内部结构
虽然处理器部分由32nm制程制作,但是GPU部分依然是上一代的45nm Die。它们共同封装在一块PCB上组成,两颗芯片使用QPI总线相连,这种节省成本的“胶水”封装在当年的第一代核显中曾经出现。
规格对比
这一代CPU的核显,官方名字是Intel HD Graphics,直到现在的酷睿处理器依然适用HD Graphics这个名字。规格方面,HD Graphics对比上一代G45芯片组集成显卡X4500 HD:EU增加两个到12个,核心频率最高可达900MHz。值得一提的是,这一代桌面版并不支持频率动态调整,只有移动版CPU的内置显卡支持Turbo Boost动态调整频率。
性能对比
性能方面,由于是初代产品,Intel给与的态度是试验,所以性能就显得乏善可陈了。在当时主流游戏的测试中,性能比当时AMD的集成显卡还要差,更不要说当时还有市场的低端独显了。不过谁曾想到这就是低端独显敲响了丧钟的开始。
2真正融合的一代:HD Graphics 2000/3000回顶部
Sandy Bridge
有了第一代核显的研发经验,第二代核显的进化显得水到渠成。2011年,第二代酷睿处理器诞生,基于Sandy Bridge的代号,Tock的架构进化,是Intel酷睿智能处理器历史上的一次最大性能升级。直到现在,坚挺的高端Sandy Bridge处理器价格,说明了二代酷睿的深远影响。
DIE结构图
大一统,成为了当时Sandy Bridge的最大特征。从CPU的DIE图片可知,CPU、GPU、内存控制器、PCI-E控制器全部整合到一个核心里面,同时三级缓存改用了环形总线设计,并且可共享三级缓存,核心显卡因此收益,也较大幅度提升了图形的渲染效率。
核心显卡架构介绍
说回核心显卡,对比初代,由于整合化,GPU制程和CPU部分一样为32nm。Intel根据EU单元的数目把核芯显卡划分成HD Graphics 2000和HD Graphics 3000两种,前者只有一组6个EU单元,而后者则有两组12个EU单元。只有K后缀的高端CPU才配备更强的HD Graphics 3000核芯显卡,而其余的第二代Core i3/i5/i7全部是搭配HD Graphics 2000。这种区别对待,也引起了一些低端整合平台玩家的不满。直到六代酷睿的推出,Intel才一统桌面CPU核心显卡的规格。(其他领域上顶级的核显依然放在高端的CPU中)
HD Graphics 2000成了主流标配,让大众无缘3000
其实,从这一代开始Intel就一心想着:“高端的CPU就该配顶级的核显”的主意去设计产品。至于这种想法其实小编一直都不赞成的,毕竟十个买i7,九个都会配独显。
性能对比
性能方面,二代酷睿核显的性能有着明显的进步。在当时的游戏实测中,HD 3000领先上一代达到一倍,并且打败了当时的低端独显HD 5450。开始改变了内置显卡“花瓶”的角色,变成了“可玩”的角色。
有了第二代酷睿核显架构革命性的改变,第三代酷睿核显,也随Tick的步伐进行了制程的进化与规格的优化。
核心结构图
与SNB一样,第三代酷睿核显分为两种,分别是有16个EU单元的HD 4000和6个EU单元的的HD 2500,“K”系列处理器用的是HD 4000而其他处理器用的是HD 2500,最高频率与SNB时代一样是1350MHz。
性能对比
性能方面,在当时主流的游戏测试中,对比二代又有将近一倍的提升。与AMD当时的融合GPU比较,依然落后它们最强产品HD6550D,而与当时独显对比,三代核心显卡领先GT520,但落后当时的599元级别的GT430、HD6570,这也为Intel后期推出最强核心显卡埋下伏笔。
3最强核显代表作: 锐炬诞生回顶部
在Ivy Bridge开始,人们开始感受到无竞争压力下的Intel有点“不务正业”。在经常被玩家忽略的核心显卡部分默默地闹革命。
Haswell
四代酷睿的核显,是Intel酷睿时代内置显卡最大的变革。首先,这一代开始Intel的核显开始了模块化设计,也就是说,Intel预先设计好GPU的图式,然后根据GPU的定位来进行“填空”:在两级EU团簇结构,每级10个EU单元的设计之中加入EU单元。
Haswell核心显卡进行了细分
于是,四代酷睿核显进行了细分定位。分别为GT1(赛扬低端U的核心显卡)、GT2(HD 4600/4400/4200,工作站方面为P4700/P4600)和GT3(HD 5000/5100)。这其中在GT3又包含了GT3e(HD 5200)一个高阶版本。
GT3代表这一代最强的核显性能,它有一个全新的名字:Iris 锐炬,它就是Intel迎击独显党的质疑而生。40个EU单元,相比GT2多出了整整一倍,同时带嵌入式eDRAM的GT3e,核显集成了128MB eDRAM,位宽512bit,带宽可达64GB/s,这个嵌入式eDRAM是作为L4缓存存在的,可以同时提升CPU和GPU性能。
桌面市场无缘最强核心显卡,因为R后缀采用了嵌入式封装
不过,内置GT3核心显卡的CPU大多数是笔记本CPU,仅有在嵌入式OEM市场的R后缀桌面CPU(4670R、4770R)才内置了最强GT3e版本的核心显卡。所以,我们DIY玩家接触的,都是GT2版本,略感可惜。
至于GT3的Iris 锐炬方面,部分游戏性能(i7-4760HQ)超越了当时的AMD最强APU A10-7850K,同时接近当时的主流独显GT730,也就是说,GT3e系列的核心显卡,已经成为Intel展示自家最强核显的代表。但是,由于Iris无法让DIY市场收益,Intel得做得更多。
Broadwell结构
从期待到等待,再从等待到低调上市,核心代号为Broadwell的五代酷睿桌面版可以说得上是Intel史上最具争议性的CPU之一。可能出于补偿心理的考虑吧,在这一代中,也是唯一一代加入了Iris核显的CPU。这一代的核显:Iris Pro 6200,完整支持DX12,拥有48个EU单元,并且自带128MB eDRAM缓存。
i7-5775c
性能对比
Iris Pro 6200配合i7级别的CPU性能,总体游戏性能大幅度超越了当时的AMD APU,同时战胜了GT 730独显,接近GT 740。这个表现,已经让人十分惊喜,只可惜,尴尬的定位,高昂的定价,一U难求的供货量,最后不至于威胁到六代Skylake的上位,五代核显很强,但也很低调。
4重新定义的一代:HD Graphics 500系回顶部
结束了短暂的歪路后,第六代酷睿处理器回归全系列家族的布局。同时,第六代酷睿的核显,也进行了大刀阔斧的改革。
首先从这一代开始,Intel的新核显的命名方式发生改变,后缀型号由四位数缩减为三位数。其次,EU单元的上限上升到72个!相比上一代最高48个,核显规格进一步提升。加上支持DDR4,高频率的特性也让核心显卡受惠。
第六代酷睿处理器
由于最大EU单元达到了72个,所以六代酷睿时代的核心显卡细分成GT1、GT1.5、GT2、GT3、GT4。
直接来关注最高端的GT4,内置高达72个EU单元,型号为Iris Pro 580,好消息是按照Intel计划GT4级别的显卡会在桌面平台出现,并内置128MB eDRAM L4,规格十分强悍!但坏消息就是这类CPU也就是带R后缀的只在OEM市场出现,并且是嵌入式产品,也就是说,DIY免谈。
i3终于同步
这一代开始,主流桌面酷睿处理器的核心显卡变成了大一统,也就是说i3-6100的核心显卡与i7-6700K是一致的,都是HD530!改变了以往i7尊i3卑的状况。Intel终于良心了一回。
性能对比
性能方面,HD 530的性能超越了上一代主流产品HD 4600,并且随着DDR4的规格而提升。可惜的是,由于定位关系,它的性能依然低于Iris系列以及AMD的A10,甚至比不上GT730(要知道GT730在Broadwell的i7-5775c被按在地上毒打)
本文总结:
六年的发展,我们经历了从买CPU送GPU到买GPU送CPU的转变。在这段过程中,Intel也做出了不少努力,来提升被DIY玩家不齿的内置GPU性能。并且,低端独显被淘汰,也有核心显卡的功劳。
随着新思维的变化,Intel的努力逐渐得到了收获的果实。轻薄PC、平板的盛行,也让这类高度整合GPU的CPU如鱼得水。尤其是Iris显卡与NUC平台的整合,成为了PC界的一大亮点。遥望未来,核心显卡的地位越来越高,并且与主打游戏体验高性能显卡一起组成了完整的显卡阵线。
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