Intel Arc锐炫独立显卡深入解读

3月30日晚，Intel终于发布了预热良久的Arc锐炫系列独立显卡，代号Alchemist(炼金术师)。

Intel的上一款高性能游戏独立显卡，还要追溯到1998年的i740，但是昙花一现之后就没了，后来的Larrabee独显计划也没能开花结构(除了衍生出短命的Xe Phi加速卡)。

现在，24年过去了，Intel终于回归游戏显卡!

Intel Arc显卡包括3、5、7三大系列，分别定位主流游戏、性能游戏、发烧游戏。

首批登陆笔记本移动端(后续陆续进入桌面台式机和工作站)，而首发的是主流的3系列，5、7系列将在今年初夏面世。

平台搭档主力是12代酷睿H45、P28系列高性能处理器，也入围了Intel Evo严苛认证。

【型号/规格/性能：最高飙到150W】

Arc A系列有大小两种不同的GPU芯片，其中大的编号“ACM-G10”，拥有32个Xe核心(可以粗略地理解为512执行单元)、32个光追单元、16MB二级缓存，搭配256-bit GDDR6显存，支持PCIe 4.0 x16。

小的编号“ACM-G11”，8个Xe核心，8个光追单元，4MB二级缓存，96-bit GDDR6显存，支持PCIe 4.0 x8。

它们都具备2个Xe媒体编解码引擎、4个显示通道。

产品方面，Arc 3系列首发两款型号，高端的Arc A370M核心频率1550MHz，64-bit 4GB显存，功耗范围35-50W。

Arc A350M精简到6个Xe核心、6个光追单元，核心频率降至1150MHz，显存不变，功耗范围则是25-35W。

Arc 5系列目前仅一款型号Arc A550M，16个Xe核心、16个光追单元，核心频率仅900MHz，搭配128-bit 8GB显存，功耗60-80W。

Arc 7系列将有两款型号，满血的是Arc A770M，32个Xe核心(512执行单元)、32个光追单元，核心频率高达1650MHz，配备256-bit 16GB显存，功耗范围高达120-150W。

Arc A730M精简到24个Xe核心、24个光追单元，核心频率1100MHz，显存降至192-bit 12GB，功耗80-120W。

值得一提的是，Arc显卡的核心频率并不是固定的，而是有一个动态范围，可以根据不同负载自动调节，规格表中的频率只是一个平均值。

性能方面，Arc A370M显卡搭配i7-12700H处理器，1080p中等画质下，大部分主流游戏都可以稳定超过60FPS，《GTA5》、《火箭联盟》等则可以超过90FPS。

对比12代酷睿i7-1280P中集成的96个执行单元、1450MHz频率的锐炬Xe核显，综合游戏性能高出一倍左右。

而在内容软件中，得益于优化适配，性能提升幅度最多可以达到1.4倍。

目前，基于Arc A300M系列的笔记本正在陆续问世，品牌包括宏碁、华硕、戴尔、海尔、惠普、联想、微星、三星、蓝天、闻泰等等，Intel NUC迷你机也会加入。

在国内市场，Arc笔记本将从下个月开始上市。

【内核架构：这次完全变了】

Intel Arc锐炫显卡基于高性能的Xe HPG架构，基本组成单元包括Xe内核、Xe媒体引擎、Xe显示引擎、Xe图形流水线等，我们逐一来看。

大家知道，Intel GPU多年来的基本模块一直都是“执行单元”(EU)，Xe HPG架构上变成了全新的“Xe核心”(Xe Core)。

Xe核心中又包含16个256位矢量引擎(XVE)、16个1024位矩阵引擎(XMX)、192KB共享缓存、载入存储单元等等，其中缓存可以根据工作负载，在一级缓存、共享本地内存(SLM)之间动态分配。

Xe核心的上一层级是渲染切片(Render Slice)，每个包含4个Xe核心、4个光追单元、4个纹理采样器、几何前端、光栅前端、HiZ单元、2个像素后端。

渲染切片可以多组结合扩展，Arc显卡最多有8个。

Arc显卡完整支持DX12 Ultimate、Vulkan，并且同时支持DXR光追、Vulkan光追。

这就是Arc显卡完整的内部架构图。

矢量引擎改进了ALU单元，提供专用的FP浮点执行接口，共享的INT/EM整数执行接口，每个时钟周期可以执行16个FP32操作、32个FP16操作、64个INT8操作。

由于AI算法核心几乎完全围绕矩阵乘法、累加算法，所以Xe核心里加入了单独的矩阵引擎，专门用于执行XMX指令。

它具备独立的执行端口，每个时钟周期可以执行128个FP16/BF16操作、256个INT8操作，512个INT4/INT2操作。

【XeSS：化腐朽为神奇的超分辨率缩放】

针对矩阵引擎不同指令的处理操作，Intel也做了详细的解释，我们来简单了解下。

MAC作为图形渲染中的基本SIMD矢量指令，也是Xe矢量引擎的核心，可以执行8次并行乘法，然后执行8次并行加法，每个时钟周期就是16个操作。

上图最左侧水平方向的前排、后排蓝色方块，就代表操作数，上下的方框则代表累积的源和结果。

DP4a指令是针对不需要32位精度的AI计算所做的优化，工作原理是将所有32位输入分成8位块，然后独立执行，总共32次并行乘法(紫色方块)，每个时钟周期就是64个操作，相比标准SIMD MAC提高了4倍。

XMX指令也是每个操作分成4个块，然后独立相乘、累加，共有64个操作，每个时钟周期4个阶段就是256个操作，由此带来16倍的算力提升。

XMX矩阵引擎最直接的作用就是支撑XeSS超采样抗锯齿技术，类似NVIDIA DLSS、AMD FSR，可以通过低分辨率渲染、高分辨率缩放输出，提升游戏性能，并得到类似或超越原生的画质。

XeSS已经得到了十多款游戏的支持，不过目前还不可用，会在今年初夏正式面世。

下边感受一下XeSS在实际游戏中的效果，左侧是1080p原生渲染，右侧是4K XeSS缩放渲染，可以明显看到后者的画面质量高得多，细节也更加丰富、锐利。

至于性能提升幅度，Intel暂时没有给出具体数据。

【多媒体：首发全新视频格式AV1】

Xe媒体引擎可以为主流视频软件带来硬件加速，解码支持高达8K60 12-bit HDR，编码支持高达8K 10-bit HDR。

视频编解码格式不但支持MPEG-4、VP9、AVC、H.264、HEVC(H.265)，更是首发支持AV1硬件编码、解码。

AV1的编码效率相比H.264、H.265分别高出50%、20%，能够以更小的文件、更少的带宽带来更高的画面质量，关键是开放的，无需版权费，是开放媒体联盟力推的技术。

这个联盟的成员都是大名鼎鼎的巨头，包括亚马逊、苹果、ARM、思科、Facebook、Google、华为、Intel、微软、Mozilla、Netflix、NVIDIA、三星、腾讯等等。

AV1还在起步阶段，但普及速度很快，尤其是解码方面，NVIDIA RTX 30系列、AMD RX 6000系列，联发科天玑1000开始，Windows 10系统和不少视频软件、视频网站、视频设备，都已经支持。

来对比一下AV1、H.264在游戏直播中的画质差异，分辨率都是1080p，码率都是5Mbps。

【显示：支持平滑同步】

Xe显示引擎支持HDMI 2.0b、DisplayPort 1.4a输出标准，并且为下一代DisplayPort 2.0 10G做好了准备。

视频输出也支持极高的分辨率、刷新率，最高可以双路8K60 HDR、四路4K120 HDR，以及1080p360、1440p360。

同步技术更是带来了三种，最常见的是VESA标准的Adaptive Sync(适应性同步)，与显示器刷新率同步，消除画面撕裂，当今多数游戏本的屏幕都支持该技术。

其次是Speed Sync(加速同步)，可以在关闭V-Sync垂直同步后，为当前帧提供加速，不仅可以消除撕裂，还具备低延时、无上限的优点。

最后是新的“Smooth Sync”(平滑同步)，通过抖动过滤功能，对画面撕裂进行模糊化处理，保证同步无撕裂、无失真。

【Deep Link：CPU+GPU协同发力】

处理器、显卡都是自己家的，自然要联合作战，这就是Deep Link技术，可以让酷睿处理器、核显、独显协同释放各自的潜力，主要应用包括三个方面。

一是动态功率共享，支持12代酷睿平台，原理很简单，就是根据不同的负载，动态调节CPU、GPU的功耗配比，玩游戏就多给GPU。

AMD平台有相同的技术SmartShift，NVIDIA也有类似的，但自己没有CPU处理器，效果自然大打折扣。

二是超级编码，通过oneVPL API，可以让独立显卡、核芯显卡共同进行视频编码，处理不同的帧画面，再合成。

三是超级算力，联合基于机器学习的MLS框架，结合XMX引擎加速，可以智能地将计算负载分配给独立显卡、核芯显卡各自的计算引擎，比如处理视频的时候，将画面分成不同区块，交给两种显卡，处理完毕后再合成输出。

Intel宣称，在内容创作上，动态功率共享、超级编码、超级算力可以分别带来最多30%、60%、24%的性能提升。

Intel也展示了超级算力的应用实例，将低画质的视频AI处理缩放到高分辨率画质。

【驱动面板：焕然一新 监控优化都在行】

硬件有了，驱动自然也要跟上，Arc显卡将搭配全新的“Arc Control”驱动控制面板，功能更加丰富，包括游戏驱动、性能调优、全局设置、游戏库、创作者工作站等模块。

性能调优部分，可以实时监测查看各种硬件指标，频率、电压、占用率、温度、风扇转速等等，还可以设置监测涂层，随时覆盖查看。

未来的桌面产品，还会支持调节功耗、风扇转速等，不知道是否会加入超频……

创作者工作站部分，可以方便地进行直播、AI摄像头强化(背景模糊/背景替换/删除和自动补帧等)、自动生成游戏高光时刻。

等了这么久，Intel高性能独立显卡终于来了，你准备好了吗?