史上最强整合核心？
- 来源:微型计算机
- 关键字:史上,整合,核心
- 发布时间:2011-01-24 16:51
在2010年11月下刊，我们曾经抢先对Intel下一代平台：Sandy Bridge进行了全国首发测试，相信它那强大的处理器性能已经给大家留下了深刻印象。不过更让人着迷的是Sandy Bridge那传说般的整合GPU核心：“史上最强大的整合图形核心”、“可在较低分辨率下流畅运行所有3D游戏”、“部分超越低端独立显卡”。Sandy Bridge还未上市时，多条有关其整合GPU核心的流言就在坊间广泛流传。显然，如果事实果真如此，目前在市场上热卖的AMD 8系列整合芯片组、GeForce GT 220/RadeonHD 5450低端显卡都将受到严重冲击。低端显示芯片市场将被重新洗牌，Intel在图形芯片市场的占有率也将获得大幅提升。那么Sandy Bridge是否具备如此强大的能力？
当多款Intel H67主板到达《微型计算机》评测室后，我们再次率先对其整合GPU核心进行了全面的性能测试。接下来，就让我们通过实际的测试数据来回答这个疑问。全面解析 看清Sandy Bridge整合GPU四大升级助进化与之前I n t e l 只在Clarkdale处理器中整合图形核心的做法相比，采用SandyBridge架构设计的处理器，不论是高端的Core i7，还是中端的Core i5、主流的Corei3，都将整合图形核心。而且有所不同的是，Intel还通过在以下四方面的努力进一步提升了整合图形核心的性能：
1.Sandy Bridge集成的GPU图形核心主要由新的EU可编程着色硬件组成。与IntelHD Graphics显示核心(主要集成在Core i3/i5内)使用的EU相比，Sandy Bridge里的EU拥有更大的寄存器文件，并采用第二代并行分支，提升了执行并行任务与复杂着色指令的能力。同时，超越数学运算交由EU内的硬件负责，其直接好处是大大提升了正弦(sine)、余弦(cosine)等函数的运算速度。此外，EU内部采用类似CISC的架构设计，DirectX 10 API指令与其内部指令一一对应，可有效提高工作效率，在每个时钟周期，EU可完成更多的指令。经过以上改进，新型EU的指令吞吐量比在Clarkdale里使用的EU提升了两倍。
2.由于Sandy Bridge处理器的缓存采用环形总线设计，因此Sandy Bridge的图形核心还将获得另外一个好处。可以通过“接入点”共享三级缓存。显卡驱动会控制访问三级缓存的权限，甚至可以设置GPU使用多少缓存。将图形数据放在缓存里，图形核心就不用绕道去拜访遥远而缓慢的内存了，这对提升性能、降低功耗都大有裨益。
3.改善了封装与工艺制程。在Clarkdale处理器中采用的是CPU+GPU的双内核封装，而且只有CPU核心采用了32nm工艺制造，图形核心仍采用相对落后的45nm。而在Sandy Bridge核心处理器中，则将CPU、GPU封装在同一内核中，并全部采用32nm工艺制造。这样，在Clarkdale处理器中存在的成本高、通信延迟高等弊端均得以解决，同时还可明显降低图形核心部分的功耗。
两大版本分市场
我们知道，以前Clarkdale处理器中的整合图形核心只是通过频率的不同来划分档次，如性能最好的Core i5661处理器的图形核心频率为900MHz，性能定位主流的Core i5 660/Core i3 530的图形核心频率为733MHz，而定位最低的Pentium G6950则只有533MHz的运行频率。
而在Sandy Bridge处理器中，除了频率的区别外，各款处理器内部的EU单元数量也将有所不同。Sandy Bridge处理器的整合GPU核心将分为HD Graphics 3000、HDGraphics 2000两种版本。其中HD Graphics 3000拥有完整的12个EU单元，将主要集成在Core i7 2920XM/2820QM/2720QM，以及Core i5 2540M/2520M等移动版处理器中。而HD Graphics 2000则只有6个EU单元，将主要集成在普通的台式机处理器中。因此这不仅意味着在Sandy Bridge平台中，两种版本的整合GPU将在性能上存在巨大差别，也意味着Sandy Bridge台式机处理器的EU单元数量反而不及上代产品Clarkdale(12个)，只能通过前面提到过的四大升级来获得更高的性能。
H系列芯片组是首选
在Sandy Bridge平台上，Intel同样将可变显示传输接口、显示输出控制器集成在了H系列芯片组上，因此仍只有H系列芯片组可以使用内置GPU核心，它也是打造新一代Intel整合平台的首选。工作时，集成GPU核心将通过可变显示传输接口将图像信号传送给H系列芯片组，再通过显示输出控制器将图像输出到显示器上，不会占用DMI数据传输总线。
如表1所示，与P系列芯片组相比，H系列芯片组最大的不同在于无法将处理器的PCI-E x16总线拆分为x8+x8，因此无法组建CrossFireX、SLI等显卡并联系统。目前，H系列芯片组主要由H67、H61两款构成。其中H67芯片组拥有14个USB 2.0接口、6个SATA接口，其中2个可以支持SATA 6Gb/s，其他4个则仍为SATA 3Gb/s规格，并可组建RAID 0/1/5/10四种磁盘阵列。而最低端的H61芯片组则主要用于接替G41，因此在功能上有大幅削减，不支持RAID、SATA 6Gb/s，只有4个SATA 2.0接口，USB 2.0接口数量也被降低到10个。不过从我们的测试结果来看，如表2所示。SATA 6Gb/s接口的引入对于普通机械硬盘来说并无太大用处，唯一明显的提升就是作用不大的突发传输速度。因此H61更值得那些注重实用性与成本的理性用户选择。
一决胜负 Sandy Bridge整合GPU性能详测
搭建我们的测试平台
此次参与我们测试的是一款Sandy Bridge 3GHz工程版处理器，采用4核心、8线程设计，拥有6MB三级缓存，其技术规格与Core i7 2600S比较接近。根据Intel控制面板侦测，其集成的是HD Graphics 2000 GPU，拥有6个EU执行单元，默认工作频率为850MHz，当运行3D程序时，会自动启动睿频技术，将频率提升到1100MHz。
同时，为了更好地反映出集成GPU核心的性能，我们特采用多款产品与其进行对比测试。其中AMD 890GX是目前市面上最强的整合主板，集成Radeon HD 4290图形核心，默认频率达700MHz，并配备128MB DDR2本地显存。Cor e i 5 6 61内置的GPU由于频率高达900MHz，则是Intel上一代产品中，3D性能最强的产品。而GeForce 8400 GS则是在2008年较为经典的一款低端高清独立显卡，拥有16个CUDA核心，配备256MB 64bitDDR2显存。
Radeon HD 4350是AMD在2009年力推的一款高清显卡，拥有80个流处理器，同样配备256MB 64bit DDR2显存。当今的低端主力：Radeon HD 5450与其在技术规格上十分类似，只不过核心频率由Radeon HD 4350的600MHz提升到650MHz，并将生产工艺由55nm升级为40nm。
GeForce GT 220则是在今年非常流行的一款低端显卡。它拥有48个CUDA核心，显存则根据价格、定位有64bit/128bit、256MB/512MB等多种配置。我们测试中的产品采用128bit、512MB的显存配置，是399元GeForce GT 220的典型。
需要注意的是，测试中，所有独立显卡的测试均在Sandy Bridge平台上进行，集成GPU的性能测试则在各自的整合平台上进行。
3D基准性能测试
下面，我们首先通过《3DMark Vantage》、《鹰击长空》、《孤岛危机》、《孤岛惊魂2》、《冲突世界》这五款自带3D性能测试的软件，对各款GPU进行了测试。从测试来看，在《3DMark Vantage》中，HD Graphics 2000拥有不错的表现，其性能不仅超过AMD 890GX、Intel HDGraphics等整合核心，也超过了Radeon HD 4350，仅次于GeForce GT 220。
不过在各游戏自带的基准测试程序中，HD Graphics2 0 0 0 的表现就有些力不从心了。与上一代产品HDGraphics相比，它仅仅是互有胜负，唯一较大的领先是在《冲突世界》中，其平均帧速领先了近17.9%。但由于这款即时战略游戏非常依赖处理器的性能，因此我们认为处理器才是拉大这一差距的“幕后黑手”。而与AMD 890GX相比，HD Graphics 2000则在四款游戏测试中全面落败，其实际游戏性能只有AMD 890GX的82%～90%。与RadeonHD 4350、GeForce GT 220独立显卡的差距则更是巨大，它唯一能够超越的独立显卡只有古老的GeForce 8400GS，但这是目前每款整合图形核心都能做到的。
总体来看，与之前的产品类似，Intel的整合GPU在《3DMark Vantage》这些专业测试软件中，仍能取得不错的表现，但在实际游戏中的表现则比较普通。
游戏性能实际测试
接下来，我们通过对5款热门游戏的实际运行、体验，并借助Fraps软件对各GPU的真实游戏性能进行了测试。测试结果与前面的程序测试没有太大变化。HDGraphics 2000与HD Graphics的测试成绩仍是互有胜负，HD Graphics 2000并没有表现出明显的优势，总体来说二者水平相当，而且这还是HD Graphics 2000在强大的处理器性能配合下，才得以实现的。值得注意的是，在《战地：叛逆连队2》、《荣誉勋章2010》两款游戏中，HDGraphics 2000以小幅优势领先于AMD 890GX。然而在这两款游戏中，二者即便在1024×768、最低画质的设置下，也无法获得可保证基本流畅运行的24fps平均帧速。
显然，集成GPU与独立显卡仍存在不小的差距。而在《星际争霸2》与《使命召唤7：黑色行动》中，HD Graphics2000与AMD 890GX相比则有不小的落后，其性能只有AMD 890GX的56%～74%。这显示出HD Graphics2000很可能在驱动优化上还有所不足，以致于在不同游戏运行中的表现参差不齐。
整合GPU功耗测试
不过，在性能测试中表现一般的HD Graphics 2000，在功耗测试中却有较好表现，特别是在Furmark GPU满载功耗测试中。尽管它在运行侧重于3D性能的软件时，会将频率提升到1100MHz，高于HD Graphics的900MHz，但在功耗测试中，其系统功耗却明显低于Core i5 661平台。我们认为这一方面要归功于图形核心在生产工艺上的进步，另一方面则要归功于EU执行单元数量的减少。而AMD 890GX则由于处理器功耗较大、制程落后，在系统总功耗上表现较差。
……
当多款Intel H67主板到达《微型计算机》评测室后，我们再次率先对其整合GPU核心进行了全面的性能测试。接下来，就让我们通过实际的测试数据来回答这个疑问。全面解析 看清Sandy Bridge整合GPU四大升级助进化与之前I n t e l 只在Clarkdale处理器中整合图形核心的做法相比，采用SandyBridge架构设计的处理器，不论是高端的Core i7，还是中端的Core i5、主流的Corei3，都将整合图形核心。而且有所不同的是，Intel还通过在以下四方面的努力进一步提升了整合图形核心的性能：
1.Sandy Bridge集成的GPU图形核心主要由新的EU可编程着色硬件组成。与IntelHD Graphics显示核心(主要集成在Core i3/i5内)使用的EU相比，Sandy Bridge里的EU拥有更大的寄存器文件，并采用第二代并行分支，提升了执行并行任务与复杂着色指令的能力。同时，超越数学运算交由EU内的硬件负责，其直接好处是大大提升了正弦(sine)、余弦(cosine)等函数的运算速度。此外，EU内部采用类似CISC的架构设计，DirectX 10 API指令与其内部指令一一对应，可有效提高工作效率，在每个时钟周期，EU可完成更多的指令。经过以上改进，新型EU的指令吞吐量比在Clarkdale里使用的EU提升了两倍。
2.由于Sandy Bridge处理器的缓存采用环形总线设计，因此Sandy Bridge的图形核心还将获得另外一个好处。可以通过“接入点”共享三级缓存。显卡驱动会控制访问三级缓存的权限，甚至可以设置GPU使用多少缓存。将图形数据放在缓存里，图形核心就不用绕道去拜访遥远而缓慢的内存了，这对提升性能、降低功耗都大有裨益。
3.改善了封装与工艺制程。在Clarkdale处理器中采用的是CPU+GPU的双内核封装，而且只有CPU核心采用了32nm工艺制造，图形核心仍采用相对落后的45nm。而在Sandy Bridge核心处理器中，则将CPU、GPU封装在同一内核中，并全部采用32nm工艺制造。这样，在Clarkdale处理器中存在的成本高、通信延迟高等弊端均得以解决，同时还可明显降低图形核心部分的功耗。
两大版本分市场
我们知道，以前Clarkdale处理器中的整合图形核心只是通过频率的不同来划分档次，如性能最好的Core i5661处理器的图形核心频率为900MHz，性能定位主流的Core i5 660/Core i3 530的图形核心频率为733MHz，而定位最低的Pentium G6950则只有533MHz的运行频率。
而在Sandy Bridge处理器中，除了频率的区别外，各款处理器内部的EU单元数量也将有所不同。Sandy Bridge处理器的整合GPU核心将分为HD Graphics 3000、HDGraphics 2000两种版本。其中HD Graphics 3000拥有完整的12个EU单元，将主要集成在Core i7 2920XM/2820QM/2720QM，以及Core i5 2540M/2520M等移动版处理器中。而HD Graphics 2000则只有6个EU单元，将主要集成在普通的台式机处理器中。因此这不仅意味着在Sandy Bridge平台中，两种版本的整合GPU将在性能上存在巨大差别，也意味着Sandy Bridge台式机处理器的EU单元数量反而不及上代产品Clarkdale(12个)，只能通过前面提到过的四大升级来获得更高的性能。
H系列芯片组是首选
在Sandy Bridge平台上，Intel同样将可变显示传输接口、显示输出控制器集成在了H系列芯片组上，因此仍只有H系列芯片组可以使用内置GPU核心，它也是打造新一代Intel整合平台的首选。工作时，集成GPU核心将通过可变显示传输接口将图像信号传送给H系列芯片组，再通过显示输出控制器将图像输出到显示器上，不会占用DMI数据传输总线。
如表1所示，与P系列芯片组相比，H系列芯片组最大的不同在于无法将处理器的PCI-E x16总线拆分为x8+x8，因此无法组建CrossFireX、SLI等显卡并联系统。目前，H系列芯片组主要由H67、H61两款构成。其中H67芯片组拥有14个USB 2.0接口、6个SATA接口，其中2个可以支持SATA 6Gb/s，其他4个则仍为SATA 3Gb/s规格，并可组建RAID 0/1/5/10四种磁盘阵列。而最低端的H61芯片组则主要用于接替G41，因此在功能上有大幅削减，不支持RAID、SATA 6Gb/s，只有4个SATA 2.0接口，USB 2.0接口数量也被降低到10个。不过从我们的测试结果来看，如表2所示。SATA 6Gb/s接口的引入对于普通机械硬盘来说并无太大用处，唯一明显的提升就是作用不大的突发传输速度。因此H61更值得那些注重实用性与成本的理性用户选择。
一决胜负 Sandy Bridge整合GPU性能详测
搭建我们的测试平台
此次参与我们测试的是一款Sandy Bridge 3GHz工程版处理器，采用4核心、8线程设计，拥有6MB三级缓存，其技术规格与Core i7 2600S比较接近。根据Intel控制面板侦测，其集成的是HD Graphics 2000 GPU，拥有6个EU执行单元，默认工作频率为850MHz，当运行3D程序时，会自动启动睿频技术，将频率提升到1100MHz。
同时，为了更好地反映出集成GPU核心的性能，我们特采用多款产品与其进行对比测试。其中AMD 890GX是目前市面上最强的整合主板，集成Radeon HD 4290图形核心，默认频率达700MHz，并配备128MB DDR2本地显存。Cor e i 5 6 61内置的GPU由于频率高达900MHz，则是Intel上一代产品中，3D性能最强的产品。而GeForce 8400 GS则是在2008年较为经典的一款低端高清独立显卡，拥有16个CUDA核心，配备256MB 64bitDDR2显存。
Radeon HD 4350是AMD在2009年力推的一款高清显卡，拥有80个流处理器，同样配备256MB 64bit DDR2显存。当今的低端主力：Radeon HD 5450与其在技术规格上十分类似，只不过核心频率由Radeon HD 4350的600MHz提升到650MHz，并将生产工艺由55nm升级为40nm。
GeForce GT 220则是在今年非常流行的一款低端显卡。它拥有48个CUDA核心，显存则根据价格、定位有64bit/128bit、256MB/512MB等多种配置。我们测试中的产品采用128bit、512MB的显存配置，是399元GeForce GT 220的典型。
需要注意的是，测试中，所有独立显卡的测试均在Sandy Bridge平台上进行，集成GPU的性能测试则在各自的整合平台上进行。
3D基准性能测试
下面，我们首先通过《3DMark Vantage》、《鹰击长空》、《孤岛危机》、《孤岛惊魂2》、《冲突世界》这五款自带3D性能测试的软件，对各款GPU进行了测试。从测试来看，在《3DMark Vantage》中，HD Graphics 2000拥有不错的表现，其性能不仅超过AMD 890GX、Intel HDGraphics等整合核心，也超过了Radeon HD 4350，仅次于GeForce GT 220。
不过在各游戏自带的基准测试程序中，HD Graphics2 0 0 0 的表现就有些力不从心了。与上一代产品HDGraphics相比，它仅仅是互有胜负，唯一较大的领先是在《冲突世界》中，其平均帧速领先了近17.9%。但由于这款即时战略游戏非常依赖处理器的性能，因此我们认为处理器才是拉大这一差距的“幕后黑手”。而与AMD 890GX相比，HD Graphics 2000则在四款游戏测试中全面落败，其实际游戏性能只有AMD 890GX的82%～90%。与RadeonHD 4350、GeForce GT 220独立显卡的差距则更是巨大，它唯一能够超越的独立显卡只有古老的GeForce 8400GS，但这是目前每款整合图形核心都能做到的。
总体来看，与之前的产品类似，Intel的整合GPU在《3DMark Vantage》这些专业测试软件中，仍能取得不错的表现，但在实际游戏中的表现则比较普通。
游戏性能实际测试
接下来，我们通过对5款热门游戏的实际运行、体验，并借助Fraps软件对各GPU的真实游戏性能进行了测试。测试结果与前面的程序测试没有太大变化。HDGraphics 2000与HD Graphics的测试成绩仍是互有胜负，HD Graphics 2000并没有表现出明显的优势，总体来说二者水平相当，而且这还是HD Graphics 2000在强大的处理器性能配合下，才得以实现的。值得注意的是，在《战地：叛逆连队2》、《荣誉勋章2010》两款游戏中，HDGraphics 2000以小幅优势领先于AMD 890GX。然而在这两款游戏中，二者即便在1024×768、最低画质的设置下，也无法获得可保证基本流畅运行的24fps平均帧速。
显然，集成GPU与独立显卡仍存在不小的差距。而在《星际争霸2》与《使命召唤7：黑色行动》中，HD Graphics2000与AMD 890GX相比则有不小的落后，其性能只有AMD 890GX的56%～74%。这显示出HD Graphics2000很可能在驱动优化上还有所不足，以致于在不同游戏运行中的表现参差不齐。
整合GPU功耗测试
不过，在性能测试中表现一般的HD Graphics 2000，在功耗测试中却有较好表现，特别是在Furmark GPU满载功耗测试中。尽管它在运行侧重于3D性能的软件时，会将频率提升到1100MHz，高于HD Graphics的900MHz，但在功耗测试中，其系统功耗却明显低于Core i5 661平台。我们认为这一方面要归功于图形核心在生产工艺上的进步，另一方面则要归功于EU执行单元数量的减少。而AMD 890GX则由于处理器功耗较大、制程落后，在系统总功耗上表现较差。
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