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

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，通過科技緊跟時(shí)代發(fā)展步伐，并充分利用不斷增長的數(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)充說道，英特爾聚焦開發(fā)了一種新型解決方案來應(yīng)對受內(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，研究實(shí)驗(yàn)室和大學(xué)等客戶是Max系列CPU問世的主要原因。

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

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

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題。對于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)對挑戰(zhàn)

Echeruo解釋說，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。

但毫無疑問，他說，這并不像把高帶寬內(nèi)存粘在CPU封裝上那么簡單。

Echeruo說：“所有參與的團(tuán)隊(duì)都面臨很多挑戰(zhàn)?！彼忉尩剑O(shè)計(jì)確定后，團(tuán)隊(duì)就開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?！?/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。”

發(fā)揮優(yōu)勢

Echeruo說能效是Max系列CPU的另一大優(yōu)勢。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”。展望未來，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：“越便于客戶使用，他們就會(huì)越滿意。這對英特爾來說也是喜聞樂見的。”

創(chuàng)新不止于此。在幾周前的2023年國際超算大會(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將幫助拓展人們對于基礎(chǔ)科學(xué)的認(rèn)知。Echeruo說，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>