Gen12: Das kann Intels Xe-Grafik

Auf dem Architecture Day 2020 hat Intel die Xe-Grafikarchitektur (Exascale for Everyone) im Detail vorgestellt. Auf deren Basis sind vorerst vier Ableger geplant, mit denen praktisch alle Geschäftsfelder abgedeckt werden sollen: Die Xe-Grafik ist für Ultrabooks, für Gaming-PCs mit Raytracing, für Server und für Supercomputer gedacht.

Xe - auch als Gen12 bezeichnet - stellt Intels Grafikarchitektur für die kommenden Jahre dar. Am unteren Ende gibt es Xe LP (Low Power), welche für integrierte GPUs und kleine dedizierte Modelle für Desktops oder Notebooks gedacht ist. Darüber ist Xe HPG (High Performance Gaming) angesiedelt, diese Technik soll DG2.Grafikkarten für Spieler antreiben und unterstützt Hardware-beschleunigtes Raytracing. Hinzu kommen Xe HP für Server wie Data Center und noch Xe HPC (High Performance Computing) für Supercomputer der Exascale-Klasse.

Die Xe-LP-Technik steckt in den iGPUs der Tiger-Lake-Prozessoren für Ultrabooks, die im Spätsommer 2020 erscheinen. Zudem soll sie 2021 für die Grafikchips der bisher als DG1 (Discrete Graphics 1) und SG1 (Server Graphics 1) bezeichneten Modelle verwendet werden. Intel nutzt für die Fertigung das eigene 10-nm-Super-Fin-Verfahren. Während Xe LP bei Tiger Lake mit LPDDR4X-Speicher kombiniert wird, soll es bei DG1 und SG1 schnellerer GDDR6-Speicher sein. Bei den Xe HPG wird ebenfalls GDDR6 verwendet, die DG2-GPUs lässt Intel jedoch extern fertigen - wahrscheinlich bei TSMC.

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Xe gibt es als LP, als HPG, als HP und als HPC. (Bild: Intel)

Für die Xe HP kommt erneut das eigene 10 nm Super Fin zum Einsatz, wir erwarten unter anderem FP64-Einheiten für wissenschaftliche Berechnungen. Intel nutzt HBM2E-Stapelspeicher statt GDDR6, um eine höhere Bandbreite zu erreichen. Die Xe HP werden in verschiedenen Ausbaustufen mit einer, zwei oder vier Tiles angeboten - Intel koppelt mehrere Chips per EMIB (Embedded Multi Die Interconnect Bridge) in einem Package. Das ermöglicht es dem Hersteller, die Performance und die Leistungsaufnahme von Xe HP so zu skalieren, wie es der jeweilige Server-Kunde wünscht. Für die 4-Tile-Version (Arctic Sound) nennt Intel bei 1,3 GHz eine Geschwindigkeit von sehr hohen 42,3 Teraflops bei einfacher Genauigkeit (FP32). Nvidias Tesla A100 schafft nur knapp die Hälfte.

Für die Xe HPC alias Ponte Vecchio kombiniert Intel gar vier unterschiedliche Designs, um damit einen Supercomputer-Beschleuniger zu bauen: Ein aktiver Interposer (Base Tile) mit 10 nm Super Fin dient als Basis, darauf sitzen der eigentliche Grafikchip (Compute Tile) mit eigener wie externer Fertigung sowie ein sehr schneller lokaler Speicher (Rambo Cache Tile) via 10 nm Enhanced Super Fin und noch ein Link-Chip (I/O Tile), den Intel extern produzieren lässt. Neben EMIB wird Foveros eingesetzt, so nennt Intel die eigene 3D-Stacking-Technik, um Chips dreidimensional zu stapeln.

Zurück zur Xe LP für Tiger Lake und DG1/SG1: Verglichen zur Gen11-Grafik von Ice Lake gibt es deutlich mehr Recheneinheiten und auch die Geschwindigkeit der Funktionsblöcke wurde laut Intel gesteigert. Statt 64 Executions Units sind es nun 96 EUs, was in 768 statt 512 Shadern resultiert. Damit einhergehen 48 statt 32 Textureinheiten und 24 statt 16 ROPs. Neben einer sogenannten Common-Slice gibt es sechs statt acht Sub-Slices, weshalb Intel auch Tiger-Lake-Chips mit beispielsweise 32 EUs oder 80 EUs anbieten könnte. Im Frontend der Sub-Slices hat Intel die Geometrieleistung verdoppelt, da zwei Dreiecke statt einem pro Takt verarbeitet werden können.

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Präsentation zu Xe LP (Bild: Intel)

Jede der sechs Sub-Slices nutzt 16 statt 8 EUs, wobei immer zwei einen gemeinsamen Scheduler (Thread Control) aufweisen. Die FP32/F16-Geschwindigkeit pro EU bleibt gleich, die INT32/INT16-Ausführung hingegen wurde verglichen zur Gen11 verdoppelt. Zudem beherrscht Xe LP auch INT8 (genauer DP4A) mit doppelter INT16-Rate, was wichtig für maschinelles Lernen - hier Inferencing - ist.

Zumindest bei Xe LP für Tiger Lake weist der L3-Cache der iGPU immerhin 3,8 MByte statt 3 MByte auf - prinzipiell soll er jedoch bis zu 16 MByte fassen können, sprich für DG1/SG1. Der L3 von Xe LP hat generell die doppelte Bandbreite des L3 der Gen11, auch hat Intel eine verbesserte Kompression integriert, um das Interface hin zum LPDDR4X-Speicher zu entlasten. Mit Frequenzen von bis über 1,7 GHz für Xe LP taktet die Grafikeinheit deutlich höher als die Gen11 mit bis zu 1,1 GHz. Unterm Strich soll sich die Leistung zusammen mit den 96 statt 64 EU daher etwa verdoppeln.

Hinsichtlich der Anschlüsse und der Multimedia-Fähigkeiten ist Intel konservativ: Statt HDMI 2.1 bleibt es bei HDMI 2.0, allerdings verbaut Intel zwei Embedded-Displayports für Dualscreen-Geräte. Das Decoding/Encoding von H.264, H.265 und VP9 soll doppelt so flott ablaufen, was 8K60-Playback ermöglicht. Darüber hinaus gibt es eine Hardware-Beschleunigung für den neuen AV1-Codec, denn Streaming-Dienste wie Netflix unterstützen bereits derartige Inhalte.