“分解式GPU”，多芯片GPU 将至？

文｜半导体产业纵横

英特尔为"分解式 GPU"设计申请专利。

据报道，英特尔正着眼于利用分解式 GPU 架构，因为蓝队提交了一项专利，允许他们利用专用逻辑"小芯片"。

英特尔最新专利申请展示了 GPU 设计的未来，从单片结构转向专用小芯片。

对于业内人士来说，从单片设计转向采用更小、更专业的小芯片是一个雄心勃勃的目标，他们肯定看到了市场的未来。该公司将在未来采用分解式 GPU 设计，尽管目前距离实际实施还有一段距离。

本月初，英特尔终于获得了其分解式 GPU 架构的专利，这很可能是第一个带有逻辑芯片的商用 GPU 架构，同时还允许对未用于处理工作负载的芯片进行电源门控。

根据这份专利申请来看，英特尔目前正在探索使用逻辑芯片来处理 GPU 工作负载的途径。

分解式 GPU 架构是一种相当创新的 GPU 设计方法，它涉及从单片配置转变为小型专用芯片，然后使用相关技术将它们互连。将 GPU 设计划分为芯片允许制造商针对特定用例（例如计算、图形或 AI）对每个芯片进行微调，从而允许它们用于更大的应用程序。

不同的小芯片可以针对特定的使用场景，如计算、图形处理或人工智能等进行专门的优化。例如，用于图形处理的小芯片可以专注于提高渲染速度和图像质量；用于人工智能计算的小芯片则可以针对深度学习算法进行优化，从而提高 GPU 在不同应用场景下的性能表现。

分解式 GPU 架构的另一个巨大优势是，与现有技术相比，它们能够更节能，因为单个芯片允许电源门控，这意味着当它们不使用时，可以关闭电源以节省能源。这种设计技术还带来了其他一些好处，例如工作负载定制、模块化和灵活性，这就是为什么在 GPU 设计领域，这种技术被视为未来的基准。

与此同时，这种架构具有较高的灵活性和可扩展性。可以根据不同的需求和预算，选择合适数量和类型的小芯片进行组合，以构建满足特定性能要求的 GPU。而且，随着技术的发展，可以方便地更换或升级单个小芯片，而不必更换整个 GPU 芯片，降低了升级成本。

值得一提的是，我们看到 AMD早些时候也提交了类似的专利。AMD 的专利申请显示，该公司正在探索 "多芯片" GPU 设计选项，这表明下一代 RDNA 架构可能会发生巨大变化。

AMD所提交的专利表明，该公司正在寻求为其即将推出的主流 RDNA GPU 架构采用多小芯片设计。该描述讨论了使用三种不同的 "模式"，区别在于如何分配和管理资源。其中，第一种模式是 "单 GPU" 模式，与主流 GPU 的功能非常相似，显示所有小芯片作为具有共享资源的单个统一处理单元工作；第二种模式为 "独立模式"，允许所有三个小芯片独立工作，负责不同功能；最后一种 "混合模式" ，处于这种模式的小芯片不仅可以独立运行，还可以相互共存，旨在利用独立和统一的流程来提供高效的资源利用率和更好的可扩展性。

AMD 还公布了 GPU 芯片新专利，将渲染的负载分散到多个 GPU 芯片组中，以优化游戏中着色器的利用率。一个游戏场景将被划分为单独的块，并分配给小芯片。

此外，该公司还描述了一种新的架构，可以将额外的芯片集成在 GPU 顶部，称之为 APD（accelerated processing device）加速处理器，主要用于提升 ML 性能，内部包括内存及 1 个或者多个 ML 加速器。AMD 做 ML 加速器的思路跟 NVIDIA 不同，后者是把 ML 做到了现在的 GPU 内核中，而 AMD 则是寻求通过专用单元的方式来提高性能。

其 Instinct MI200 AI 加速器系列率先采用了 MCM（多芯片模块） 设计，在单个封装上堆叠了多个芯片。凭借新专利，AMD 希望将多芯片设计理念转化为主流的 "RDNA" 架构，专利揭示了三种不同模式，充分利用统一处理和独立处理的优势，提供可扩展性和高效资源利用率。

因此 GPU 小芯片的竞赛绝对是未来值得关注的竞赛之一，英特尔和 AMD 现在都在努力创新 GPU 领域。

然而，实现多块 GPU 并不像看起来那么简单，因为它带来了制造复杂性，以及对适当互连技术的需求。市场上已经出现了芯片设计，例如 AMD 在其 EPYC CPU 中的设计，但尚未实现"真正的"实现，而英特尔的专利确实让我们看到了分解式 GPU 终究会成为现实的希望。