英特爾在Hot Chips 2023上分享P核和E核架構(gòu)。 ? ?

在Hot Chips 2023上，英特爾首次公布了其未來144核至強Sierra Forest和Granite Rapids處理器的詳細信息，前者由英特爾的新Sierra Glen e核組成，而后者采用了新的Redwood Cove p核。即將推出的下一代至強芯片將于明年上半年推出，采用全新的平鋪式架構(gòu)，在“Intel 7”工藝上采用雙I/O小芯片，并在“Intel 3”工藝上蝕刻不同配置的計算核心。這種設(shè)計使英特爾能夠在保持相同底層配置的同時，基于不同類型的核心制作多種產(chǎn)品。

Sierra Forest和Granite Rapids加入了Birch Stream平臺，具有插座、內(nèi)存、固件和I/O兼容性，提供了簡化的硬件驗證過程。它們還可以與相同的軟件堆棧進行互操作，從而允許客戶根據(jù)自己的需要使用任意一種芯片。

英特爾聲稱，下一代至強Sierra Forest基于e- core的設(shè)計將比其第四代至強芯片提供高達2.5倍的機架密度和2.4倍的每瓦性能，而P-Core驅(qū)動的Granite Rapids將在混合人工智能工作負載下提供2到3倍的性能，部分原因是內(nèi)存帶寬高達2.8倍。本文一起深入了解一下。

Sierra?Forest和Granite?Rapids架構(gòu)

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英特爾最初在其第四代Xeon Sapphire Rapids處理器上采用了基于磁片(芯片式)的架構(gòu)，但Sierra Forest和Granite Rapids將這種方法推向了一個新的高度。 英特爾采用了Sapphire Rapids的四芯片設(shè)計，每個芯片包含一部分相關(guān)的I/O功能，如內(nèi)存和PCIe控制器。新處理器將一些I/O功能完全分解為兩個獨立的hio芯片，這些芯片蝕刻在Intel 7進程上，這為I/O提供了成本、功率和性能的最佳平衡，而CPU核心和內(nèi)存控制器則駐留在它們自己的專用計算芯片上。 兩個HSIO芯片放置在芯片封裝的頂部和底部，中間有一到三個計算芯片，所有芯片都與基片內(nèi)融合的EMIB(嵌入式多模互連橋)互連連接在一起，并連接到橋的每一端的模對模互連。 計算模塊將為Granite Rapids使用Redwood Cove p核(Performance核)，或為Sierra Forest使用Sierra Glen e核——英特爾不會在同一包中提供兩種核的模型。計算芯片配備了支持euv的Intel 3進程，該進程具有Intel 4進程不包含的高密度庫。英特爾最初將Granite Rapids xeon從2023年推遲到2024年，原因是將設(shè)計從“Intel 4”改為“Intel 3”，但這些芯片仍按計劃將在2024年上半年推出。

Granite Rapids是一個傳統(tǒng)的Xeon數(shù)據(jù)中心處理器。這些型號僅配備P核，可以提供英特爾最快架構(gòu)的全部性能。每個P核均配有2MB的L2緩存和4MB的L3。英特爾尚未透露Granite Rapids的核心數(shù)量，但透露該平臺在單個服務(wù)器中支持一到八個插槽。

與此同時，Sierra Forest的E-core(效率核心)陣容由只有較小效率核心的芯片組成，就像我們在英特爾的Alder和Raptor Lake芯片中看到的那樣，這使它們能夠很好地與在數(shù)據(jù)中心日益流行的Arm處理器競爭。e核被安排在兩核或四核集群中，這些集群共享4MB的L2緩存片和3MB的L3緩存。配備e- core的處理器擁有多達144個內(nèi)核，并針對最高的功率效率、面積效率和性能密度進行了優(yōu)化。對于高核數(shù)模型，每個e核計算芯片擁有48個核。Sierra Forest可以插入單插座和雙插座系統(tǒng)，TDP低至200W。 無論內(nèi)核類型如何，每個計算模塊都包含內(nèi)核、L2和L3緩存以及fabric和緩存主代理(CHA)。它們還在芯片的兩端安裝了DDR5-6400內(nèi)存控制器，總共有多達12個通道(1DPC或2DPC)的標準DDR內(nèi)存，或提供比標準dimm多30-40%內(nèi)存帶寬的新MCR內(nèi)存。 正如您在上面看到的那樣，計算芯片將根據(jù)模型有不同的尺寸，單計算芯片產(chǎn)品將帶有更大的計算集群。

英特爾還將改變每個計算芯片的內(nèi)存通道數(shù)量——這里我們看到一個計算芯片上有三個內(nèi)存控制器，而兩個或更多計算芯片的設(shè)計每個有兩個內(nèi)存控制器。英特爾決定將其內(nèi)存控制器緊密集成到計算芯片中，與AMD的EPYC設(shè)計相比，在某些工作負載下，英特爾的內(nèi)存性能應(yīng)該會更好。AMD的EPYC設(shè)計在一個中央I/O芯片上使用了所有內(nèi)存控制器，從而增加了延遲。 計算模塊與所有其他內(nèi)核共享L3緩存，英特爾將其稱為“邏輯單片網(wǎng)格”，但它們也可以劃分為sub-NUMA集群，以優(yōu)化某些工作負載的延遲。網(wǎng)格將L3緩存片連接在一起，形成一個統(tǒng)一的共享緩存，總?cè)萘砍^0.5 gb，幾乎是Sapphire Rapids的5倍。每個模具邊界支持超過TB/s的帶寬之間的模具。 結(jié)合起來，兩個HSIO芯片支持多達136個PCIe 5.0/CXL 2.0通道(類型1,2和3設(shè)備)，多達6個UPI鏈路(144通道)，以及類似于Sapphire Rapids加速引擎的壓縮，加密和數(shù)據(jù)流加速器。每個HSIO芯片還包括管理計算芯片的電源控制電路，盡管每個計算芯片也有自己的電源控制，可以在需要時獨立運行。英特爾現(xiàn)在已經(jīng)取消了對芯片組(PCH)的要求，從而允許處理器自動啟動，就像AMD的EPYC處理器一樣。 ?

英特爾Sierra Glen E-Core微架構(gòu)

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Sierra Glen微架構(gòu)針對標量吞吐量工作負載(如橫向擴展、云原生和容器化環(huán)境)的最佳效率進行了優(yōu)化。該架構(gòu)具有兩核或四核集群，允許英特爾提供具有更高每核二級緩存容量和更高每核性能的某些型號(通過雙核模塊更高的功率傳輸)。每個核心集群駐留在相同的時鐘和電壓域中。E-core集群共享4MB的L2緩存片和3MB的共享L3緩存。 與前幾代一樣，每個E-core都是單線程的。英特爾還將L1緩存增加了一倍，達到64KB，并采用了一個6寬解碼引擎(雙3寬解碼引擎可以改善延遲和功耗)、5寬分配和8-wide retire。Sierra Glen內(nèi)核不支持AMX或AVX-512，而是依賴于AVX10，但英特爾確實增加了對BF16, FP16, AVX-IFMA和AVX-DOT-PROD-INT8的支持。 ?英特爾Redwood Cove P核微架構(gòu)

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P核的Redwood Cove架構(gòu)現(xiàn)在支持帶有FP16加速的AMX，這是一個關(guān)鍵的補充，將提高AI推理工作負載的性能。英特爾還將L1指令緩存容量增加了一倍，達到64 KB，以更好地處理代碼繁重的數(shù)據(jù)中心工作負載。Redwood Cove還采用了軟件優(yōu)化的預(yù)取和增強的分支預(yù)測引擎和錯誤恢復(fù)。英特爾還提高了浮點運算的性能，從4周期和5周期的FP操作提高到3周期，從而提高了IPC。

英特爾至強路線圖?

對于英特爾來說，好消息是，該公司的數(shù)據(jù)中心路線圖仍在正軌上。Sierra Forest將于2024年上半年上市，Granite Rapids緊隨其后。

在這里，我們可以看到英特爾的路線圖與AMD的數(shù)據(jù)中心路線圖的對比。目前，AMD去年推出的EPYC Genoa和英特爾今年年初推出的Sapphire Rapids之間的高性能之戰(zhàn)正在激烈進行。英特爾將在今年第四季度推出Emerald Rapids新一代產(chǎn)品，該公司表示，這一代產(chǎn)品將配備更多內(nèi)核和更快的時鐘速率，并且已經(jīng)發(fā)布了內(nèi)置hbm的Xeon Max cpu。AMD最近發(fā)布了其5nm EPYC Genoa產(chǎn)品。明年，英特爾的下一代“Granite Rapids”將與AMD的“Turin”展開競爭。 在效率方面，AMD的Bergamo采用了與Sierra Forest非常相似的重核方法，利用了AMD密集的Zen 4c內(nèi)核。Bergamo已經(jīng)上市，而英特爾的Sierra Forrest要到2024年上半年才會上市。AMD的第五代EPYC Turin芯片將于2024年底前推出，但該公司尚未公布其第二代Zen 4c芯片。英特爾現(xiàn)在已經(jīng)將其第二代e核驅(qū)動的Clearwater Forest列入了2025年的路線圖。

編輯：黃飛

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