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科技

英特爾能否重演資料中心戰場發動反擊的「核戰」副本?

科技新報

更新於 2023年04月10日09:14 • 發布於 2023年04月10日08:10

英特爾最近發表新伺服器處理器時程表,確立現在到 2025 年 Xeon 藍圖,除了送樣中的第五代 Xeon Scalable「Emerald Rapids」第四季問世,2024 上半年英特爾將推出「追求能耗比」的 144 個「節能小核」(源自 Atom 體系的 E-Core)「Sierra Forest」處理器,對抗 AMD 的 128 個 Zen 4c 核心 EPYC「Bergamo」,而「標準大核」(P-Core)「Granite Rapids」則預定 2024 下半年登場,對決 AMD Zen 5 世代 EPYC。

簡而言之,英特爾也仿照 AMD Zen 4 世代 EPYC 策略,將「主流應用」和「雲端專用」伺服器處理器分而治之:前者 P-Core 是「急流」(Rapids),後者 E-Core 是「森林」(Forest)。坦白說,這描述還滿有畫面的,非常有意境,彷彿故意讓人迷失於危機四伏的叢林。

▲ 鐘擺巨輪輾碎 AMD 的時代,只談「三年內」計畫好像有點小家子氣,但對這幾年英特爾投資者來說,卻是久旱後的甘霖。

英特爾看似擺脫第四代 Xeon Scalable「Sapphire Rapids」一再延宕的陰霾,亦加速先進製程開發,未來 Xeon 將直接跳過 Intel 4(7 奈米)和 Intel 20A(5 奈米),直奔 Intel 3(7 奈米+)與 Intel 18A(5 奈米+),上述好消息也激勵英特爾當日股價大漲,收盤上漲 7.61% 到每股 31.52 美元──即使英特爾現在市值只有 Nvidia 的「五分之一」。

這些年來,英特爾失去的 20% 資料中心 CPU 市占率

2006 年,Pat Gelsinger「實質上」率領英特爾對 AMD 發動「帝國大反擊」至 2017 年的十年間,持續走向以雲端服務資料中心為主流的伺服器市場,英特爾藉持續推陳出新 Xeon 處理器,蠶食鯨吞多數市占,直到超過 90%。假若扣除所剩無幾的「活化石」CISC 大型主機和早就無足輕重的 RISC 高階伺服器,英特爾更是徹底壟斷 x86 伺服器。

但曾幾何時,這數字在五年後的今天,少了整整 20%(大部分都被 AMD 囊括),還在 2021 年第一季英特爾財報首次上演,資料中心業務無論淨利或獲利率都低於個人電腦的世界奇觀,至今尚未挽回頹勢,重振旗鼓之日看來遙遙無期。

▲ 自從現任執行長 Pat Gelsinger 2005 年底從技術長轉任數位企業事業群總經理,伺服器市場對 AMD 發動空前的巨大反攻,先與對手規格面平起平坐,不讓對手享有「不對稱優勢」,再設法充分發揮製程技術和研發能量雙重優勢,一步步壓垮對手,讓 AMD 一蹶不振超過十年。時過境遷,這次 Pat Gelsinger 還能再如法炮製嗎?

歷史沒有如果,卻從不缺舊事重演的可能。英特爾並不是第一次在伺服器市場被 AMD 壓著打(回顧 21 世紀前幾年,那才是真的被活活打死了),但也很可能再次對 AMD 發動可怕的致命反擊。前提是:從製程節點到產品研發,英特爾精準執行產品時程表,重現「鐘擺」(新製程 Tick 與新架構 Tock,以一年節奏輪流上場)巨輪時代的「使命必達」執行力。

▲ 鐘擺時期才是英特爾的全盛期,沒有之一。但輪子一停下,就很難再次轉動。

英特爾反過來對 AMD 發動「核戰」

自從 AMD 2017 年 6 月發表上市第一代 EPYC 處理器,相對英特爾同期 Xeon 的壓倒性核心數量,引燃一波未平一波又起的「核戰」,就是歷代 EPYC 競爭優勢的基礎。

以近期英特爾第四代 Xeon Scalable 處理器「Sapphire Rapids」和 AMD 第四代 EPYC「Genoa」為例,就算英特爾「大核」Golden Cove 和 AMX(Advanced Matrix Extensions) 指令集有多厲害,最高核心數落後競爭對手 50%(60 vs. 96)就是擺在眼前的血淋淋現實,想不看都不行。既然 AMD 大玩 Chiplet 策略狂堆核心數,英特爾也就「有為者亦若是」利用多種先進封裝技術,黏合多個 Tile(模塊),試圖在「核心數賽豬公」競賽追上 AMD。

關於處理器核心數,回到英特爾產品時程表,雖然截至目前只願公開透露 144 核 的 Sierra Forest,但網路四處有人爆料巨大異常、面積相當於「六顆 Ryzen」的 LGA 7529 腳位,更陸續傳出驚世駭俗的核心數,甚至「上看 512 核」的恐怖數字,都不會讓人感到一絲一毫意外了。目前坊間謠傳消息大致如下:

更多細節就請讀者自行判斷真偽了,按常理,像針對高效能運算特化的內嵌 HBM 記憶體等特化版 Xeon 應該不會缺席,但英特爾為了力拚運算模塊(Compute Tile)處理器核心密度,將記憶體控制器和 I/O 搬到製程不同的獨立功能區塊(I/O Die)也不太意外。為了有更佳產量,實際核心總數很可能並非硬體規格面的最大值。

▲ 英特爾介紹 Granite Rapids 的簡報特寫,明顯暗示三個計算模塊(Compute Tile)和兩個 I/O 晶粒,推測將由三個 44 核心的計算模塊和兩個內建 6 通道記憶體控制器的 I/O 晶粒組成。

值得一提的是,邁向巨量處理器核心的路上,最需要克服的記憶體頻寬瓶頸。Granite Rapids 將支援 MCR(Multiplexer Combined Ranks)記憶體模組,整個模組再放入一顆專門緩衝記憶體,讓從個別記憶體秩(Rank)調來的兩筆 64Bytes 資料可先集中到緩衝區,再一次性傳送 128Bytes,可提高約 80% 傳輸資料量(因額外緩衝區延遲,導致達不到 100%),如 DDR5-4800 就會提高至 DDR5-8000 水準。

▲ SK 海力士先發表的 MCR 記憶體模組,可達成近倍增的記憶體資料傳送量。Granite Rapids 將是先支援新技術的英特爾處理器。

不過帳面上看來,短期內英特爾還會落後 AMD,AMD 的 128 核 EPYC「Bergamo」沒意外的話,下半年就會問世,準備「迎擊」它的英特爾 Sierra Forest 卻要等到 2024 上半年才現身。

此外,英特爾 E-Core 並未具同時多執行緒(SMT),也沒有 AVX-512 指令集(誠然,預設應用場景這兩者應都毫無用武之地),但 AMD Zen 4 卻沒有這問題,況且還是效能極度優秀的「大核」。AMD 不同 CPU 產品線的高度一致性,是隱藏的優勢。

換言之,就算沒有到處流傳的小道消息,英特爾欲轉守為攻,經急起直追的製程技術與先進封裝,反過來對 AMD 發動「核戰」,似乎也是英特爾唯一且不得不的選擇。

我們也有充分理由相信,AMD 絕對不是省油的燈,不會平白放棄辛苦奪回的領地,x86 雙雄在對方領土狂丟核彈的最大受害者,就是江河之下的 RISC 陣營了(早在十年前,昔日王者 IBM Power 就很沒存在感了),或是企圖在「ARM 伺服器」大展拳腳的後進玩家。歷史教訓證明,兩隻大恐龍打架,最倒楣的一定是躲在旁邊看戲順便想偷蛋的。

光有 CPU 還不夠,這是組隊打群架的時代

照英特爾的如意算盤,伺服器處理器戰場相隔近 20 年後,再次從 AMD 手上奪回領先地位只是時間問題,但情勢會如此一帆風順嗎?恐怕不會。

時過境遷,世界已不再只要有夠好 CPU 就功德圓滿,更需要多樣化晶片組合,姑且不論重要性不言可喻的 GPU,「大 x86 伺服器的小 ARM 伺服器」的 Smart NIC / DPU、「先講求不傷身體,再講求效果」的 FPGA、各式各樣的「人工智慧專用加速器」,都是當代資料中心的一部分。

眼光望向「整體解決方案」,再瞧瞧有賽靈思(FPGA 王者)和 Pensando(DPU)的 AMD,甚至握有 Mellanox(SmartNIC 老大)的 Nvidia,就不難驚覺英特爾手上的牌,其實沒有比競爭對手好多少。更何況 AMD MI300 與 Nvidia Grace Hopper 更來勢洶洶,幾乎足以確定,2025 年前重中之重的伺服器 GPU,因「Rialto Bridge」和「Lancaster Sound」被腰斬,產品演進將停滯近三年的英特爾,都毫無抗衡 GPU 雙雄的可能。

▲ 資料中心和人工智慧應用領域,早就不再是只要有夠水準的 CPU 或 GPU 即功德圓滿,需要更多樣化的晶片組合,還包含不在此簡報內的 SmartNIC 與 DPU。

回顧英特爾累積多年的「AI 債」

橫空出世的 ChatGPT 引爆生成式人工智慧(Generative AI)熱潮,讓世人「總算」認識 AI 的威力,讓人不得不承認人工智慧有機會徹底改變人類的工作方式與生活,且也顛覆科技巨頭的勢力版圖,讓 Nvidia 市值漲至英特爾「五倍多」之譜。

在 GPU 通用運算和人工智慧頻頻失足,是英特爾困境的根源。英特爾半導體製程優勢開始崩潰,剛好就是宣佈要「從個人電腦轉型為驅動雲端計算和數以億計智慧互聯計算裝置」而大量併購「人工智慧概念」廠商之時。

為了與 Nvidia 和 AMD GPU 競爭,英特爾啟動瘋狂的「x86 指令集顯示卡」Larrabee 計畫,催生始亂終棄的 Xeon Phi。花 4 億美元併購的 Nervana 卻什麼也沒留下;從 AMD 挖角一堆人再砍掉重練的 Xe 繪圖架構,依然跌跌撞撞,連領航者 Raja Koduri 也離開英特爾了。

到最後只剩下耗資 167 億美元的 Altera(FPGA)和 20 億美元的 Habana Labs(AI 加速晶片),看來碩果僅存,但面對強勢的 Nvidia 和老對手 AMD,競爭力還是有待考驗。

也許,過去的美好時光就再也回不去了。就讓我們繼續靜觀其變,期待這次英特爾「核戰」大反擊的成果,搞不好會突然上演讓眾人眼鏡碎滿一地的歡樂脫線劇情。

(首圖來源:英特爾)

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