Intel Gen11 GPU-Architektur und diskrete Grafikkarte von Intel

Diskrete Einstiegs-Grafikkarte Intel Graphics Xe, die offizielle Ankündigung fand am 20. März auf der GDC 2019-Gaming-Konferenz statt

Intel hat eine Dokumentation für Gen11-GPUs veröffentlicht, in der beschrieben wird, wie sie sich von der vorherigen Generation unterscheiden. Es wird erwartet, dass die Intel Gen11-Architektur die Grundlage für die zukünftige Architektur der diskreten Xe-Grafikkarte wird, sodass die hier beschriebenen Technologien als Vorschau auf mindestens einige der Funktionen angesehen werden können, die in diesen Grafikkarten implementiert sind. Bisher hat Intel nichts über zukünftige Grafikkarten gesagt, sondern nur einige Fotos (oder Renderings) gezeigt.


Architektur des Intel Core-Prozessors, des Systems on a Chip (SoC) und des Ringsystems der internen Verbindungen (Ring Interconnect)

In der Vergangenheit waren Intel Midrange-Grafikprozessoren GT2 für Desktop-Computer und einige mobile Chips in ihrer Leistung schlechter als AMD-Chips. Bei solchen Vergleichen hat Intel in der Vergangenheit einen Vorteil mit einem leistungsstärkeren Prozessor gegenüber APUs erzielt, die von der AMD Bulldozer-Mikroarchitektur abgeleitet sind. Jetzt hat sich die Situation geändert. Ryzen hat einen viel effizienteren Prozessorkern, und AMD Ryzen-Mobilprozessoren sind gegenüber Intel wesentlich wettbewerbsfähiger. Daher muss letzterer etwas tun, einschließlich der Lösung des Problems mit der GPU-Leistung.


Detailliertes Gen11-Blockdiagramm

Die technische Dokumentation macht es schwierig, die Leistung von Gen11 zu beurteilen. Einige Experten glauben jedoch, dass Intel viel effektiver mit AMD konkurrieren kann. Zumindest effektiver als je zuvor.

Die neue Intel GT2-Architektur bietet 64 EU-Ausführungseinheiten im Vergleich zu 24 Einheiten in Prozessoren der Skylake-Klasse. Diese signifikante Erweiterung der Ressourcen auf dem Chip dürfte die Gesamtleistung im Vergleich zur vorherigen Generation verbessern. Die folgende Tabelle zeigt die Vergleichseigenschaften der Grafiksubsysteme Gen9 und Gen11.


Schlüsselmetriken Gen9 und Gen11

Basierend auf den technischen Merkmalen erhöht sich die Rechenleistung in Gen11 um das 2,67-fache sowie der Durchsatz für Texturen (Texturabtastung). Die Bandbreite der Raster Operations Units (ROPs) hat sich verdoppelt, ebenso wie die Anzahl der High-Z-Tests pro Takt.

Der L3-Cache hat sich vervierfacht, und der Schreibdurchsatz der GPU hat sich auf 64 Byte pro Takt verdoppelt. Die Speicherbandbreite bei Verwendung von DDR4 sollte gleich bleiben, aber die LPDDR4-Unterstützung ermöglicht theoretisch höhere Taktraten.

Der Cache der letzten Ebene wird von der GPU und der CPU gemeinsam genutzt, um den Datenverkehr zu reduzieren. Videodecoderblöcke wurden verbessert, um die Bitrate zu reduzieren. Sie ermöglichen die gleichzeitige Dekodierung mehrerer Streams von 4K und 8K. Unterstützung für adaptive Synchronisation und verbesserte Dekodierung von HD-Videos hinzugefügt.

Die GPU verfügt jetzt über einen gemeinsam genutzten lokalen Speicher, der den Zugriff auf den L3-Cache beim Lesen nicht blockiert. Intel behauptet, dass dies die Latenz verringert und die Effizienz atomarer Operationen verbessert.


Speicherhierarchie auf SoC-Chip-Ebene und maximaler theoretischer Durchsatz

Intel behauptet, die gesamte Speicherbandbreite in Gen11 erheblich verbessert zu haben.

In der Dokumentation werden zwei neue Technologien beschrieben, die Intel im Grafikbeschleuniger implementiert hat:

• grobe Pixelschattierung (Coarse Pixel Shading, CPS);
  
• Schattierung nach Position (Position Only SHading, POSH).

Grobe Pixelschattierungen reduzieren die Belastung der GPU und die Anzahl der Farbmuster, die zum Rendern des Bildes verwendet werden. Der Screenshot zeigt, dass CPS fast keinen Einfluss auf die Renderqualität hat.


Aufnahme aus dem Spiel Citadel 1 in einer Auflösung von 2560 × 1440 (Pixelrate 1 × 1 links und 2 × 2 rechts). Obwohl eine grobe Pixelschattierung die Anzahl der Shader-Aufrufe verringert, gibt es bei einer Anzeige mit hoher Pixeldichte praktisch keinen merklichen Unterschied. Zum Vergleich wird auch ein skaliertes Bild ohne Anti-Aliasing in einer Auflösung von 1280 × 720 gezeigt

Das Reduzieren der Anzahl der Anrufe an den Pixel-Shader spart Energie und verbessert die Leistung, dh die Bildrate, um 20-40%.


In diesem Bild werden Objekte in roten Rahmen als ziemlich weit von der Kamera entfernt und für die Gesamtbildqualität von geringer Bedeutung identifiziert, sodass die Details reduziert werden können, ohne dass die Bildqualität merklich beeinträchtigt wird, und anschließend die Bildrate erhöht wird

In der POSH-Pipeline wird der Position Shader parallel zur Hauptanwendung ausgeführt, sodass Sie das Ergebnis in der Regel viel schneller generieren können, heißt es in der Dokumentation. Dies ist Teil des PTBR-Renderingsystems (Position Only Tile-Based Rendering).



Im Allgemeinen wird Gen11 ein bedeutendes Update für Intel-Prozessoren sein. Die ersten beiden Generationen von AMD Ryzen Mobile konkurrierten mit der schwachen Grafik von Skylake. Die Ryzen Mobile APU der dritten Generation muss, wann immer sie herauskommt, mit einem viel leistungsstärkeren Intel-Chip konkurrieren, schreibt ExtremeTech .