Sandy Bridge集成GPU性能初探

Intel下一代平台Sandy Bridge还未上市，各种流言就纷纷袭来，令人吃惊的就是声称其集成GPU性能拥有超越AMD 890GX，接近低端独立显卡的性能。那么事实是否果真如此？Sandy Bridge是否会真的给AMD、NVIDIA带来“低端危机”呢？

在2010年11月下刊，我们曾经抢先对Intel下一代平台：Sandy Bridge进行了全国首发测试，相信它那强大的处理器性能已经给大家留下了深刻印象。不过更让人着迷的是Sandy Bridge那传说般的整合GPU核心：“史上强大的整合图形核心”、“可在较低分辨率下流畅运行所有3D游戏”、“部分超越低端独立显卡”。Sandy Bridge还未上市时，多条有关其整合GPU核心的流言就在坊间广泛流传。

显然，如果事实果真如此，目前在市场上热卖的AMD 8系列整合芯片组、GeForce GT 220/Radeon HD 5450低端显卡都将受到严重冲击。低端显示芯片市场将被重新洗牌，Intel在图形芯片市场的占有率也将获得大幅提升。那么Sandy Bridge是否具备如此强大的能力？当多款Intel H67主板到达《微型计算机》评测室后，我们再次率先对其整合GPU核心进行了全面的性能测试。接下来，就让我们通过实际的测试数据来回答这个疑问。

全面解析 看清Sandy Bridge整合GPU

四大升级助进化

与之前Intel只在Clarkdale处理器中整合图形核心的做法相比，采用Sandy Bridge架构设计的处理器，不论是高端的Core i7，还是中端的Core i5、主流的Core i3，都将整合图形核心。而且有所不同的是，Intel还通过在以下四方面的努力进一步提升了整合图形核心的性能：

1.Sandy Bridge集成的GPU图形核心主要由新的EU可编程着色硬件组成。与Intel HD Graphics显示核心(主要集成在Core i3/i5内)使用的EU相比，Sandy Bridge里的EU拥有更大的寄存器文件，并采用第二代并行分支，提升了执行并行任务与复杂着色指令的能力。同时，超越数学运算交由EU内的硬件负责，其直接好处是大大提升了正弦(sine)、余弦(cosine)等函数的运算速度。此外，EU内部采用类似CISC的架构设计，DirectX 10 API指令与其内部指令一一对应，可有效提高工作效率，在每个时钟周期，EU可完成更多的指令。经过以上改进，新型EU的指令吞吐量比在Clarkdale里使用的EU提升了两倍。

新一代整合GPU仍只对DirectX 10.1提供了支持，并且不会采用板载显存，高可共享1728MB系统内存作显存。

2.由于Sandy Bridge处理器的缓存采用环形总线设计，因此Sandy Bridge的图形核心还将获得另外一个好处。可以通过“接入点”共享三级缓存。显卡驱动会控制访问三级缓存的权限，甚至可以设置GPU使用多少缓存。将图形数据放在缓存里，图形核心就不用绕道去拜访遥远而缓慢的内存了，这对提升性能、降低功耗都大有裨益。

3.改善了封装与工艺制程。在Clarkdale处理器中采用的是CPU+GPU的双内核封装，而且只有CPU核心采用了32nm工艺制造，图形核心仍采用相对落后的45nm。而在Sandy Bridge核心处理器中，则将CPU、GPU封装在同一内核中，并全部采用32nm工艺制造。这样，在Clarkdale处理器中存在的成本高、通信延迟高等弊端均得以解决，同时还可明显降低图形核心部分的功耗。

同时，新一代整合GPU只支持各向异性过滤，不支持全屏抗锯齿处理。

4.从Sandy Bridge开始，Intel处理器的睿频技术将不只包括处理器，图形核心也将加入进来。图形核心将在占用率较高的游戏或图形程序中自动提高频率，增强性能。每款Sandy Bridge处理器都将具备这个特性，其图形核心默认频率后都跟有一个动态频率参数。以Core i5 2500K为例，在图形核心在开启睿频技术后，频率可由默认的850MHz上升到1100MHz，频率提升幅度达29.4%。

两大版本分市场

我们知道，以前Clarkdale处理器中的整合图形核心只是通过频率的不同来划分档次，如性能好的Core i5 661处理器的图形核心频率为900MHz，性能定位主流的Core i5 660/Core i3 530的图形核心频率为733MHz，而定位低的Pentium G6950则只有533MHz的运行频率。而在Sandy Bridge处理器中，除了频率的区别外，各款处理器内部的EU单元数量也将有所不同。Sandy Bridge处理器的整合GPU核心将分为HD Graphics 3000、HD Graphics 2000两种版本。其中HD Graphics 3000拥有完整的12个EU单元，将主要集成在Core i7 2920XM/2820QM/2720QM，以及Core i5 2540M/2520M等移动版处理器中。而HD Graphics 2000则只有6个EU单元，将主要集成在普通的台式机处理器中。因此这不仅意味着在Sandy Bridge平台中，两种版本的整合GPU将在性能上存在巨大差别，也意味着Sandy Bridge台式机处理器的EU单元数量反而不及上代产品Clarkdale(12个)，只能通过前面提到过的四大升级来获得更高的性能。

H系列芯片组是首选

在Sandy Bridge平台上，Intel同样将可变显示传输接口、显示输出控制器集成在了H系列芯片组上，因此仍只有H系列芯片组可以使用内置GPU核心，它也是打造新一代Intel整合平台的首选。

从H67芯片组架构图可以看到，它提供了提供8根PCI-E 2.0通道、14个USB 2.0接口。

工作时，集成GPU核心将通过可变显示传输接口将图像信号传送给H系列芯片组，再通过显示输出控制器将图像输出到显示器上，不会占用DMI数据传输总线。

表1：P67/H67技术规格对比

如表1所示，与P系列芯片组相比，H系列芯片组大的不同在于无法将处理器的PCI-E x16总线拆分为x8+x8，因此无法组建CrossFireX、SLI等显卡并联系统。目前，H系列芯片组主要由H67、H61两款构成。其中H67芯片组拥有14个USB 2.0接口、6个SATA接口，其中2个可以支持SATA 6Gb/s，其他4个则仍为SATA 3Gb/s规格，并可组建RAID 0/1/5/10四种磁盘阵列。而低端的H61芯片组则主要用于接替G41，因此在功能上有大幅削减，不支持RAID、SATA 6Gb/s，只有4个SATA 2.0接口，USB 2.0接口数量也被降低到10个。

表2：H67磁盘性能测试

不过从我们的测试结果来看，如表2所示。SATA 6Gb/s接口的引入对于普通机械硬盘来说并无太大用处，唯一明显的提升就是作用不大的突发传输速度。因此H61更值得那些注重实用性与成本的理性用户选择。

第一波H67主板抢先看(按到达评测室先后排序)

索泰迷酷H67 U3WiFi Mini-ITX主板

与在本刊2010年10月上介绍的索泰H55-ITX U3WiFi主板类似，这款索泰主板也采用了超小的Mini-ITX板型设计，是一种专为高性能小型HTPC打造的专用主板。通过大量使用贴片电感、钽电容、SO-8封装MOSFET等小型元器件，该主板也实现了3+1+1相的供电设计，因此可以对高功耗处理器提供支持。经测试，即便使用4核心/8线程的Core i7处理器，主板也可长时间稳定运行。

同时这款主板具备丰富的功能与较强的扩展能力。它不仅提供了PCI-E x16 2.0、USB 3.0、DisplayPort、eSATA等多种接口，也通过Mini PCI-E插槽，板载了一块AzureWave AWNE766无线网卡，为用户提供了更多的文件共享方式，同时也让HTPC具备了“变身”无线AP的能力。

索泰迷酷H67U3 WIFI Mini-ITX主板产品资料

富士康H67MP-S主板

由于H系列主板主要面向HTPC用户，以及低端整合平台，因此大多采用体积更小、成本更低的Micro-ATX板型设计，在富士康H67MP-S主板上也不例外。为增强工作稳定性，这款主板采用了不错的做工与用料，主板全部选用来自日本尼吉康的FP系列固态电容，从而避免了发生电容爆浆的潜在危险。同时它采用的3(处理器内核)+1(处理器外核)+1(GPU)相供电系统，可以支持TDP高为95W的处理器。

此外该主板还具备较好的扩展能力与丰富的功能。它拥有两根PCI-E x16插槽，当然，由于不具备带宽拆分功能，因此第二根PCI-E插槽的带宽是由H67芯片组提供，且只有PCI-E x4 2.0。同时，这款主板还通过集成NEC USB 3.0控制器，提供了两个USB 3.0接口。不过值得注意的是，该主板没有PCI与IDE接口，因此老式存储、扩展设备将无法在它上面使用。

富士康H67MP-S主板产品资料

映泰TH67XE主板

这是一款做工用料更为豪华的H67产品，其处理器供电部分虽然也采用3+1+1相供电设计，但每相却配备了4颗MOSFET，同时其中两相还采用了并联两颗电感的设计方式，以降低发热量。此外，这款主板全部采用来自日本化工的固态电容，并具备非常完善的视频输出接口：HDMI、DVI、D-SUB、DisplayPort，一个都不少，可以让HTPC玩家方便地连接各类显示设备。而映泰主板上特有的CIR1接口，也在这款主板上得到了保留。通过该接口，用户可以连接映泰特有的BIO Remote遥控器，从而更轻松地享受高清影片。

该主板拥有两根PCI-E x16插槽，不过第二根插槽的实际带宽只有PCI-E x1 2.0，因此只适合用来连接网卡或扩展存储卡。值得一提的是，该主板通过集成ITE PCI-E to PCI桥接芯片，令它具备了使用PCI设备的能力，而NEC USB 3.0芯片、VIA VT6315N芯片的集成，则令USB 3.0、IEEE 1394a接口成为它的基本配置。

映泰TH67XE主板产品资料

一决胜负 Sandy Bridge整合GPU性能详测

搭建我们的测试平台

此次参与我们测试的是一款Sandy Bridge 3GHz工程版处理器，采用4核心、8线程设计，拥有6MB三级缓存，其技术规格与Core i7 2600S比较接近。根据Intel控制面板侦测，其集成的是HD Graphics 2000 GPU，拥有6个EU执行单元，默认工作频率为850MHz，当运行3D程序时，会自动启动睿频技术，将频率提升到1100MHz。

同时，为了更好地反映出集成GPU核心的性能，我们特采用多款产品与其进行对比测试。其中AMD 890GX是目前市面上强的整合主板，集成Radeon HD 4290图形核心，默认频率达700MHz，并配备128MB DDR2本地显存。Core i5 661内置的GPU由于频率高达900MHz，则是Intel上一代产品中，3D性能强的产品。而GeForce 8400 GS则是在2008年较为经典的一款低端高清独立显卡，拥有16个CUDA核心，配备256MB 64bit DDR2显存。

表3：Intel Sandy Bridge整合GPU测试平台

Radeon HD 4350是AMD在2009年力推的一款高清显卡，拥有80个流处理器，同样配备256MB 64bit DDR2显存。当今的低端主力：Radeon HD 5450与其在技术规格上十分类似，只不过核心频率由Radeon HD 4350的600MHz提升到650MHz，并将生产工艺由55nm升级为40nm。

GeForce GT 220则是在今年非常流行的一款低端显卡。它拥有48个CUDA核心，显存则根据价格、定位有64bit/128bit、256MB/512MB等多种配置。我们测试中的产品采用128bit、512MB的显存配置，是399元GeForce GT 220的典型。

需要注意的是，测试中，所有独立显卡的测试均在Sandy Bridge平台上进行，集成GPU的性能测试则在各自的整合平台上进行。

处理器性能测试

可能让大家意外，明明是一个以3D性能为主的主题测试，为什么首先开始的是处理器性能测试呢？原因很简单，像AMD 890GX、Core i5 661这样的整合平台，由于各自的处理器不同，因此也决定了各平台处理器性能的不同。

尽管显卡性能对游戏运行速度的快慢起决定作用，但不可否认的是，处理器性能对游戏性能的影响也是不小的。尤其是在整合平台中常用的低分辨率、低画质设置环境里。因此为了更好地了解各GPU核心的性能，我们必须首先了解它们的处理器性能，了解它们各自的运行起点是怎样的。

而从测试来看，Intel HD Graphics 2000显然拥有好的起点，Sandy Bridge处理器在三个整合平台中拥有强的处理器性能，Phenom Ⅱ X6 1090T则紧随其后。而双核、四线程设计的Core i5 661由于先天不足，因此其性能与前两者存在较大差距。

3D基准性能测试

下面，我们首先通过《3DMark Vantage》、《鹰击长空》、《孤岛危机》、《孤岛惊魂2》、《冲突世界》这五款自带3D性能测试的软件，对各款GPU进行了测试。从测试来看，在《3DMark Vantage》中，HD Graphics 2000拥有不错的表现，其性能不仅超过AMD 890GX、Intel HD Graphics等整合核心，也超过了Radeon HD 4350，仅次于GeForce GT 220。

不过在各游戏自带的基准测试程序中，HD Graphics 2000的表现就有些力不从心了。与上一代产品HD Graphics相比，它仅仅是互有胜负，唯一较大的领先是在《冲突世界》中，其平均帧速领先了近17.9%。但由于这款即时战略游戏非常依赖处理器的性能，因此我们认为处理器才是拉大这一差距的“幕后黑手”。

而与AMD 890GX相比，HD Graphics 2000则在四款游戏测试中全面落败，其实际游戏性能只有AMD 890GX的82%～90%。与Radeon HD 4350、GeForce GT 220独立显卡的差距则更是巨大，它唯一能够超越的独立显卡只有古老的GeForce 8400 GS，但这是目前每款整合图形核心都能做到的。

总体来看，与之前的产品类似，Intel的整合GPU在《3DMark Vantage》这些专业测试软件中，仍能取得不错的表现，但在实际游戏中的表现则比较普通。

游戏性能实际测试

接下来，我们通过对5款热门游戏的实际运行、体验，并借助Fraps软件对各GPU的真实游戏性能进行了测试。测试结果与前面的程序测试没有太大变化。HD Graphics 2000与HD Graphics的测试成绩仍是互有胜负，HD Graphics 2000并没有表现出明显的优势，总体来说二者水平相当，而且这还是HD Graphics 2000在强大的处理器性能配合下，才得以实现的。

值得注意的是，在《战地：叛逆连队2》、《荣誉勋章2010》两款游戏中，HD Graphics 2000以小幅优势领先于AMD 890GX。然而在这两款游戏中，二者即便在1024×768、低画质的设置下，也无法获得可保证基本流畅运行的24fps平均帧速。

显然，集成GPU与独立显卡仍存在不小的差距。而在《星际争霸2》与《使命召唤7：黑色行动》中，HD Graphics 2000与AMD 890GX相比则有不小的落后，其性能只有AMD 890GX的56%～74%。这显示出HD Graphics 2000很可能在驱动优化上还有所不足，以致于在不同游戏运行中的表现参差不齐。

整合GPU功耗测试

不过，在性能测试中表现一般的HD Graphics 2000，在功耗测试中却有较好表现，特别是在Furmark GPU满载功耗测试中。尽管它在运行侧重于3D性能的软件时，会将频率提升到1100MHz，高于HD Graphics的900MHz，但在功耗测试中，其系统功耗却明显低于Core i5 661平台。

我们认为这一方面要归功于图形核心在生产工艺上的进步，另一方面则要归功于EU执行单元数量的减少。而AMD 890GX则由于处理器功耗较大、制程落后，在系统总功耗上表现较差。

此外从这个测试里，我们也可以发现独立显卡在功耗上并不一定必然高出整合GPU。在使用相同处理器、主板的情况下，Sandy Bridge整合平台的整机功耗明显了超过使用GeForce 8400 GS的整机功耗，只是略低于使用Radeon HD 4350的状态，显然，当今独立显卡的能耗比已经大幅提升。

Intel Sandy Bridge处理器GPU性能优化秘笈

后，我们为即将购买Sandy Bridge平台的读者再提供一些Sandy Bridge GPU性能优化指南。事实上，由于Sandy Bridge将频率发生器集成在处理器内部，体质较差，因此，无法再对GPU的工作频率进行手动超频。对Sandy Bridge GPU性能优化途径主要在于增加它的显存容量，从而尽可能提升GPU的性能。当然前提是您必须拥有足够的内存，不至于影响系统正常运行。

STEP 1：提升GPU的固定显存容量，这是系统内存为GPU划分的基本显存，用于GPU进行日常操作。划分后，系统内存将无法再“收回”或“访问”这部分内存，它将成为GPU的专用显存。

这部分显存的调节项目名称为“IGD Memory”，多可调用128MB内存作为GPU的基本显存。

STEP2：增加GPU的动态显存容量，系统内存将根据运行的程序需求，自动调用部分内存作显存。程序运行结束后，该内存将“交还”给系统内存。

这部分显存的调节项目名称为“DVMT/FIXED Memory”，选择256MB后，系统多将只会再额外调用256MB内存作显存。而如选择Maximum(大化)，系统将根据内存容量大小，尽可能多地分配系统内存作显存。它多可分配约1.7GB内存作显存，条件是系统必须至少配备4GB内存，并采用Windows 64bit系统。

突破极限 还看HD Graphics 3000

综合以上测试，可以看出，传说中的“史上强大的整合图形核心”、“部分超越低端独立显卡”这些流言在此次测试中暂时没有得到体现，HD Graphics 2000只能说与Core i5 661的图形核心性能相当。其整体性能与AMD 890GX仍存在较大差距，更无法与Radeon HD 4350这样的早期独立显卡相提并论。究其原因，我们认为这主要还是在于台式机处理器上采用的HD Graphics 2000 EU数量只有6个，3D处理能力不足所致。即便每个EU单元在设计架构上进行了一定的改良，提高了效率，但由于数量的不足，它们也不能带来性能上的巨大提升。显然，现在依靠6个EU单元就能做到接近Core i5 661的顶级HD Graphics，已是很不错的表现了。

那么为什么会传出那些惊人的流言呢？我们认为这很可能是有人采用的台式机工程版处理器中集成的是HD Graphics 3000核心。按现在HD Graphics 2000的表现，拥有12个EU单元的HD Graphics 3000在理论上来说性能将达到它的近两倍，显然按这样的性能，它的确有可能超越AMD 890GX，并接近Radeon HD 5450。不过可惜的是，HD Graphics 3000在实际产品中，将主要出现在笔记本处理器上。

表4：HD Graphics 2000 1080p高清播放占用率测试

那么Intel为什么不在台式机处理器上大量采用呢？原来，Intel认为，笔记本电脑的屏幕尺寸通常在17英寸以下，主流笔记本电脑的分辨率为1366×768，远低于台式机领域流行的全高清规格(1920×1080)。在相对较小的屏幕和分辨率下，HD Graphics 3000将能够提供足够好的高清和游戏体验，从而使得笔记本电脑制造商能够制造出更轻薄、续航时间更长的产品。而在台式机领域，玩家往往使用更高的分辨率、更大的屏幕。在这些环境下运行3D游戏，用户仍然需要更强的独立显卡去支持。因此在台式机处理器集成HD Graphics 2000 GPU的目的，是用于那些对性能要求不高、侧重影音播放、体积小巧的HTPC或者是一体式电脑，并非传统的3D游戏电脑。而从表4的HD Graphics 2000高清播放处理器占用率测试来看，其超低的处理器占用率显然能满足这一要求。

因此要想感受Intel整合GPU的大实力，您还是应该选择采用Sandy Bridge平台的笔记本电脑。那么HD Graphics 3000核心到底具有怎样的表现？正式版Sandy Bridge台式机处理器的图形性能是否还会有所改观？不要走开，请期待《微型计算机》即将为您带来的，覆盖Sandy Bridge笔记本电脑到台式机平台的详细报道。