Intel下一代資料中心CPU Sierra Forest，基於Chiplet設計性能240%提升

下一代Intel晶片，有巨大的性能提升。

每年一度的 Hot Chips 是半導體業界最重要的技術會議。在其中，晶片領域專家齊聚一堂，全球晶片廠商也經常選擇在這裡發表新產品，或是闡述未來的發展方向。

當地時間週一，在史丹佛大學舉辦的 Hot Chips 2023 上，Intel首次披露了新一代資料中心晶片「Sierra Forest」，它的每瓦性能較前代提升了 240%，並有望於明年推出。

同時，Intel首次將旗下資料中心晶片分為兩類：一類是 Granite Rapids，專注於高能耗高性能；一類是 Sierra Forest，專注於高能效。

接下來看 Granite Rapids 和 Sierra Forest 這兩款資料中心晶片的具體細節。

整體來講，得益於引入了面積高效的 E 核心（能效核心），Granite Rapids 和 Sierra Forest 將有望成為迄今為止Intel Xeon可擴充硬體生態系統中最重要的更新之一。

先來看 Sierra Forest，它是Intel首款用於資料中心的 E 核 Xeon 可擴充晶片，還是基於 EUV 的 Intel 3 工藝的主導產品。Intel表示，Sierra Forest 有望於明年上半年上市。同時，Granite Rapids 也採用相同的 Intel 3 工藝。

在設計上，Granite 和 Sierra 都是基於小晶片（chiplet）的設計，依賴透過Intel EMIB（Embedded Multi-Die Interconnect Bridge, 嵌入式多核心互聯橋接）技術封裝在一起的運算和 I/O 小晶片的混合。不僅如此，這次的小晶片設計還有獨到之處，使用不同的運算 / IO 小晶片，而不是將「完整的」Xeon 小晶片封裝在一起。

這意味著，Granite 和 Sierra 可以共用基於 Intel 7 工藝構建的、通用 I/O 小晶片。

除了共用平臺的詳細資訊外，Intel還首次提供了 E 核心和 P 核心（性能核心）所用架構的進階概述。正如現在多代 Xeon 的情況一樣，Intel正在利用與其消費部件相同的基本 CPU 架構。

因此，Granite 和 Sierra 可以被認為是解構的 Meteor Lake 處理器，Granite 配備 Redwood Cove P 核心，而 Sierra 配備 Crestmont E 核心。

如前所述，這是Intel首次嘗試為 Xeon 市場提供E核心。對Intel來說，這意味著要針對資料中心工作負載調整E核心設計，與上一代以消費級應用為中心的E核心設計大有不同。

Intel透露，Crestmont 正在提供 6-wide 指令解碼路徑以及 8-wide 隱退後端。雖然不如Intel的 P 核心強大，但E核心絕不是羽量級核心，Intel的設計決策反映了這一點。儘管如此，它的設計在晶片空間和能耗方面都比 Granite 中的P核心要高效得多。

Crestmont 的 L1 指令快取記憶體（I 快取記憶體）將為 64KB，是早期設計中 I-cache 大小的兩倍。與此同時，Crestmont E-core 系列的新成員可以將這些核心打包成 2 或 4 核叢集，這與目前僅提供 4 核叢集的 Gracemont 不同。最後，對於 Sierra/Crestmont，該晶片將提供與 Granite Rapids 盡可能接近的指令。這意味著有 BF16 資料類型支援，以及對各種指令集的支援，例如 AVX-IFMA 和 AVX-DOT-PROD-INT8。

同時對於 Granite Rapids，我們有 Redwood Cove P 核心。Redwood/Granite 是 Xeon 處理器的傳統核心，對於Intel來說，變化並不像 Sierra Forest 那樣大，但這並不意味著他們沒有改進。

在微架構方面，Redwood Cove 獲得了與 Crestmont 相同的 64KB I 快取，容量是其前身的 2 倍。但最值得注意的是，Intel成功地進一步降低了浮點乘法的延遲，將其從 4/5 個週期減少到僅 3 個週期。像這樣的基本指令延遲改進很少見，因此我們總是期盼能夠出現。

除此之外，Redwood Cove 微架構還有分支預測和預取等特性，這是Intel的典型最佳化目標。它們可以採取的任何措施來改進分支預測（並降低罕見失誤的成本），經常會在性能方面帶來相對較大的紅利。

Redwood Cove 的 AMX 矩陣引擎獲得了 FP16 支援，尤其適用於 Xeon 系列，而 FP16 的使用不如已支援的 BF16 和 INT8 那麼多，但它總體上改進了 AMX 的靈活性。

對於記憶體加密的支援也正在得到改進。Granite Rapids 的 Redwood Cove 將支援 2048 個 256 位元記憶體 key，而 Sapphire Rapids 則支援 128 個 key。

雖然現在談論 Granite Rapids 和 Sierra Forest 的各個 SKU 還為時過早，但Intel已明確告訴我們，核心數量總體正在增加。Granite Rapids 晶片將提供比 Sapphire Rapids 更多的 CPU 核心（SPR XCC 為 60 個）。當然，Sierra 的 144 個核心將提供更多的 CPU 核心。

在之前的 Xeon 推遲並花費很長時間才將 E 核 Xeon 可擴充晶片推向市場之間，Intel並沒有像以前那樣在資料中心市場佔據主導地位，因此 Granite Rapids 和 Sierra Forest 將象徵一個重要的反曲點，給Intel資料中心產品的未來發展指明了道路。

我們知道，為網際網路和線上服務提供動力的資料中心承載著巨量的算力需求，同時也需要消耗大量電力。最近幾年隨著 AI 等技術的發展，科技公司正面臨提升算力、降低能耗的挑戰，這促使晶片公司專注於提升功耗效率。

目前，在資料中心晶片市場，Intel的市佔率正一步步被 AMD 和 Ampere（前Intel高管 Renee James 成立的初創公司）等競爭對手蠶食。

今年，Ampere 和 AMD 都已推出了自己的高效率雲端運算晶片，Arm 也在本次的 Hot Chips 2023 上提出了 Neoverse V2 平臺。競爭愈加激烈的當下，Intel有危機感在所難免。

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