英特爾至強CPU Max系列：整合高帶寬內(nèi)存（HBM）和至強處理器內(nèi)核

治療癌癥、減緩全球變暖、保護生態(tài)健康——當今世界充滿了各種挑戰(zhàn)。因此，通過科技緊跟時代發(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)計工程部首席工程師、英特爾^?至強^? 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，相應地，完成的任務(wù)也就越多。 

Echeruo補充說道，英特爾聚焦開發(fā)了一種新型解決方案來應對受內(nèi)存帶寬限制的工作負載。目前，解決數(shù)據(jù)受限的方案是利用高帶寬內(nèi)存（HBM），同時他也表示解決方案未來可能會發(fā)生變化。該解決方案讓CPU能夠獲取更多數(shù)據(jù)，讓即使有著龐大計算需求的客戶也能獲得滿足。盡管第四代英特爾^?至強^?可擴展處理器本身就可以處理繁重的工作負載，Echeruo指出，其實高帶寬內(nèi)存特別適用于性能受制于內(nèi)存帶寬，亦或是同時受制于內(nèi)存帶寬和計算限制的工作負載。 

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“高光時刻”。對此有充分理由——英特爾至強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，研究實驗室和大學等客戶是Max系列CPU問世的主要原因。 

“客戶的應用程序需要大量內(nèi)存帶寬，而在使用現(xiàn)有產(chǎn)品時受到帶寬的限制。”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。 

比如一個用海量數(shù)據(jù)進行科學計算的實驗室。在沒有高帶寬內(nèi)存的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，每個研究人員都需要利用許多計算節(jié)點來生成解決方案。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)，從而提高實驗室的整體生產(chǎn)力和能效。 

高帶寬內(nèi)存基礎(chǔ)知識

我們把CPU想象成汽車里的內(nèi)燃機。汽車的性能受到了限制，是因為只有一定量的空氣可以被泵入燃燒室與汽油混合。渦輪增壓和機械增壓的出現(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入，達到比以往任何時候都更快的速度！ 

隨著時間的推移，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增加。有了更寬的管道，能力更強的CPU就可以處理更多數(shù)據(jù)，相應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：“所有參與的團隊都面臨很多挑戰(zhàn)?！彼忉尩?，設(shè)計確定后，團隊就開始打磨第四代英特爾至強處理器，因此需要進行大量測試和驗證，以確保高帶寬內(nèi)存方案取得成功。Echeruo還表示，“我們想把這種增強型內(nèi)存系統(tǒng)連接到英特爾最好的計算內(nèi)核——至強內(nèi)核，并將兩者結(jié)合起來。” 

他補充道，“我們必須仔細研究產(chǎn)品中的每個IP，確保它們不會與高帶寬內(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，同時不影響標準產(chǎn)品的時間安排和交付?！?nbsp;

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，這也會節(jié)約成本。在一些應用場景下，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認為這是“英特爾的重要優(yōu)勢”。展望未來，Echeruo認為其關(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?！?nbsp;

談到用戶友好性，不同于集成高帶寬內(nèi)存的GPU，Max系列CPU不需要花費大量人力更改代碼，省時省力。Echeruo說：“越便于客戶使用，他們就會越滿意。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（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處理器，其支持Multiplexer Combined Ranks （MCR）內(nèi)存。 

科技驅(qū)動，創(chuàng)造美好世界 

至強Max將幫助拓展人們對于基礎(chǔ)科學的認知。Echeruo說，這在一定程度上也推動著他不斷前行。 

Echeruo表示：“這些產(chǎn)品將用于服務(wù)器中，推動企業(yè)現(xiàn)在及未來在基礎(chǔ)科學、醫(yī)學或云基礎(chǔ)設(shè)施等方面的探索。”