用14年前的集显玩3A游戏：酷睿1代 VS 酷睿Ultra

在《集成显卡前尘往事》一文中，我们回顾了PC集成显卡（iGPU）一路走来的光辉岁月。抛开PC还有“北桥芯片”的古早历史不谈，当代集显或核显，可以简单理解为集成在处理器芯片单个封装内的图形单元。

可能很多同学对于“集显”的理解还停留在“亮机”、性能差的程度上。其实这两年PC平台的主流CPU厂商因为各种原因，都在卷集显性能——现在的集显已经在向3A游戏看齐。抛开发展轨迹差异较大的Arm阵营不谈，x86这边2019年的酷睿10代处理器上，Intel将核显堆到了64个EU（执行单元），次年酷睿11代处理器的核显追加至96 EU，让集显玩一些轻量级的3D游戏变得很轻松；

2022年的AMD Ryzen 6000系列处理器RDNA 2核显性能甚至超过了10年前的独显卡皇，核显有了正儿八经玩游戏的可能性；而去年底Intel推出酷睿Ultra处理器，核显的堆料再度推升了PC中央处理器的图形算力门槛...

华硕灵耀14 2024（UX3405MA）

从PC用户的角度来说，核显的性能提升，让轻薄本有了追求算力的依据——毕竟轻薄本基于形态和功耗考量，通常都不会选择独立显卡。最近我们拿到一台采用酷睿Ultra 7 155H的轻薄本华硕灵耀14 2024——有机会来看看现在的笔记本处理器核显进化到了何种程度。

华硕灵耀14与联想ThinkPad T410i

为了让这种“进化”呈现得更具体，我们也找来了一台14年前的联想ThinkPad T410i笔记本。这款笔记本搭载的是当年最夯的酷睿i5-520M。这个系列的笔记本处理器代号为Arrandale。Arrandale的独特之处在于，它是最早将GPU和CPU集成到一个封装内的酷睿处理器，也就是最早具备“核显”形态的集成显卡。ThinkPad T410i笔记本的低配版图形算力就全部交给了酷睿i5-520M处理器集成的图形单元。

借此我们来看看2024年的核显，和2010年的初代核显比起来，性能和功能大概有多大程度的进化。

有关初代核显，及其功能局限说明

关注PC历史的同学应该知道，酷睿第1代产品是在2008年问世的，微架构代号Nehalem，也就是酷睿正式以i7, i5, i3这样的方式来命名产品型号之时。我们手上的这颗酷睿i5-520M虽说比Nehalem晚了2年。但单就CPU die的部分，它基本可以看做是Nehalem的工艺进化版，核心代号Westmere——也就是32nm版本的Nehalem。

换句话说Arrandale其实也属于酷睿1代。所以我们这次不仅是拿PC平台最新的核显和初代核显做对比，也是拿酷睿Ultra 1代与酷睿1代做对比，也还挺有历史意义...

但在对比前先说几句。因为这台ThinkPad T410i实在是太老了。原机器拿到手，为确保跑测试的兼容性过关，我们给它装了Windows 10。考虑到这台笔记本4GB RAM以及320GB机械硬盘的存储配置会严重影响其性能发挥；所以我们将内存升级到该平台支持的最高8GB，硬盘升级为SSD——虽然是SATA。

则这次对比的两台笔记本配置表大致如下：

原本我们想得挺好，按照常规先跑图形渲染测试（包括游戏），然后跑通用加速测试，跑多媒体内容创作（主要是视频编解码），以及跑AI推理测试——现代GPU的重点考察项主要也就这些了。

直到我们跑PCMark测试时，发现某些测试提示至少需要GPU支持OpenGL 4.3；启动《彩虹六号：围攻》游戏时则发现，酷睿1代无法支持对应版本的DirectX；以及打开Photoshop时提示GPU兼容性问题，包括不支持OpenCL加速；DaVinci Resolve这样的视频编辑软件则干脆不让打开…

事实证明，不支持OpenCL让这台ThinkPad T410i的核显根本就无缘用于许多常规工作的加速。那么测试的主要落脚点也只能放在图形渲染上了——又由于OpenGL与DirectX版本支持低，要跑现在的游戏和图形渲染测试（如3DMark 11）就成为奢望。

这其实某种程度上能够体现随着时代进步和技术发展，GPU在“功能”上变得更加丰富，不光是用在诸如游戏、专业视觉之类的渲染上，更多也广泛用在了通用计算加速、AI、视频编解码等场景。酷睿Ultra 7 155H的核显就能包揽这些活儿。这也体现了核显的进步。

另外在正式揭晓跑分成绩以前还得强调一点。即便我们期望做的主要是面向GPU核显的synthetic测试，但很显然华硕灵耀14 2024与联想ThinkPad T410i这两个系统的差异大到各个层面的完全不同，比如CPU的核心数目，内存与SSD的带宽与延迟，操作系统甚至图形中间件的差异。所以下面的对比更像是系统性能测试，CPU, 内存, 中间件都有可能成为制约性能的瓶颈，而不单是GPU的问题。

简单谈谈Arc核显与HD核显

先大致浏览一下这两颗处理器的参数，尤其是核显部分：

比较有趣的是，从封装的角度来看，酷睿Ultra 7 155H和酷睿i5-520M的核显，都与它们各自的CPU部分不在同一片die上，而且CPU die和GPU die的制造工艺还不一样。

对于酷睿i5-520M而言，单芯片封装内有两片die，小的那片里面就有CPU，采用当时最先进的32nm工艺制造。大的那片基本可以视作北桥芯片，里面有集显图形单元、内存控制器和IO。即便称其为“核显”有些牵强，但起码也是个片上GPU。这片die用的是45nm工艺。

来源：Wikipedia

这两片die基于QPI（QuickPath Interconnect）互联。虽然QPI取代FSB（前端总线）达成当时看来更高的带宽和更低的延迟，但就现在的眼光来看，QPI互联也是制约集显性能发挥的一部分因素。酷睿i5-520M和同时代其他Arrandale的双die形态，的确更像是单纯将北桥移到了片内——当时被戏称为CPU与GPU的“胶水融合”。不过物理距离近一点也总有好处嘛…

当年这颗代号为Ironlake的HD Graphics初代核显，在发布伊始还是挺惊艳的——不少3D游戏至少变得“可玩”——虽然这个“可玩”主要说的是功耗发挥更有空间的台式机平台（Clarkdale）。台式机平台Clarkdale的Ironlake将12 EU规格的GPU堆在片内，也让Intel的核显性能首次达到或超过了当时的集显竞品（典型如AMD 790GX）。

这么看来，2023年Meteor Lake（酷睿Ultra 1代）在核显上的进步及格局，其实跟当时的Arrandale（酷睿1代）非常相似。它也在绝对算力上超过了隔壁AMD的“大核显”，矢量引擎对比前代（96 EU Xe-LP）多了33%（128 EU Xe-LPG）；加上架构与工艺改良及其他固定功能单元用料增加，Intel宣传GPU性能和能效都做到了翻番。

Meteor Lake的核显也是Intel第一次为其冠以Arc graphics的称谓（犹如Arrandale的核显也是第一次叫做HD Graphics），主要在于其借鉴了不少属于Arc独立显卡的技术。对光线追踪、XeSS等特性作出支持应该都是其中的组成部分。

很凑巧的是，Meteor Lake上的这枚核显，与CPU也不处在同一片die上。我们之前分析过Meteor Lake处理器的封装结构，其中详述了核显位于Graphics Tile之上，而CPU核心主要放在了Compute Tile。从制造角度来看，这片Graphics Tiles所用的乃是台积电5nm工艺（Compute Tile用的是Intel 4工艺）。

更重要的是，这个时代的多die和十多年前的多die，封装层面的技术水平也根本上不同。酷睿Ultra 1代与酷睿1代的显著不同之处在于，前者的多die方案是基于Intel的2.5D/3D先进封装，die间互联是借助于FDI（Foveros Die Interconnect），通信延迟和带宽，相较于基板走线的Arrandale就不在一个水平线了。

Arrandale→Meteor Lake这十多年的进化，是真正浓缩了半导体行业技术的演进历史的。借此来看核显的进步，也就更有趣了。

图形、视频编解码与AI，几十倍性能差距？

一般看GPU的图形渲染理论性能，大概3DMark测试是个不错的选择。但如前所述，3DMark Time Spy, Fire Strike之类的现代测试都是基于DirectX 11, 12，咱们这酷睿1代处理器完全跑不了。所以只能退而求其次地选了支持DirectX 9的3DMark 06，和以前还挺流行的Unigine Heaven Benchmark。得到的结果如下：

在3DMark历史版本的06版测试中，灵耀14的成绩大约是ThinkPad T410i的30倍。而Unigine Heaven Benchmark 4.0基础测试，前者的图形性能更是达到了后者的48倍——Unigine Heaven渲染测试基本也是即时演算一个复杂的3D场景。酷睿i5-520M平均只能跑到2.6fps的画面帧率，而酷睿Ultra 7 155H则能跑到124.5fps。

看来加速器是更能观察半导体行业摩尔定律发展的窗口…

其实对于酷睿Ultra 7 155H而言，单纯做DirectX 9的测试也是不怎么公平的。毕竟后续的DirectX版本引入了更多的图形新特性，都是历史版本所没有的。所以我们也简单为酷睿Ultra 7 155H做了3DMark 11的两项主流测试，供有兴趣的同学做参考和对比：

谈到随技术进步，GPU逐步引入更多新特性：前文已经提过，酷睿i5-520M的核显除了搞搞基于旧版图形API的渲染，也做不了别的。Windows平台的主流测试基本也都印证了这一点，要不就是提示兼容性问题，要不就是干脆不让跑。

在GPU额外特性的支持方面，至少媒体引擎、AI是现在很多PC用户都相当关注的。毕竟PC作为生产力工具时，视频内容创作与AI都越来越渴求GPU的性能。先谈谈媒体引擎。

一般我们现在习惯上把媒体引擎、编解码加速器当作是GPU的一部分。那当年的酷睿1代核显有没有这部分呢？答案应该是有的：从Wikichip的资料来看，这颗核显支持Intel Clear Video——这是一种涵盖AVC, VC1, MPEG-2等格式硬件解码加速、DVD upscale、蓝光播放优化等支持的技术。

现在看来这些当然都属于标配。酷睿Ultra 1代对HEVC, VP9, AV1等新格式都做了编解码支持，视频规格也来到了8K 10bit HDR。可惜有关视频内容创作的测试，酷睿i5-520M是一个都跑不了，Pugetbench Premiere Pro跑到崩溃，DaVinci Resolve则连界面都进不去。其实媒体引擎部分基本也没什么对比的悬念。

但我们还是想玩点恶趣味，看看核显这14年来的真正进步：既然酷睿Ultra支持AV1编解码——这东西对当年的酷睿1代而言还是个超未来向事物。那如果让酷睿1代单纯靠CPU的力量，实现AVC→AV1转码，对比酷睿Ultra 1的AV1硬件编码加速会怎么样呢？

将一段3分钟1.2GB大小的4K分辨率H.264（AVC）视频素材，通过HandBrake转为AV1格式（Fast 2160p60 4K AV1）。酷睿i5-520M借助双核CPU的九牛二虎之力，耗时2小时37分19秒；而酷睿Ultra 7 155H，如果靠16个核心的CPU软件转码，则耗时9分43秒；换用Intel QSV调用Meteor Lake的媒体引擎做加速，则只需要2分20秒。

果然固化电路才是效率的王道啊（虽然此处没有考虑转码质量问题）：单纯在这一个任务负载上，酷睿Ultra 1代比酷睿1代快了67倍……当然这么比是有点不厚道的，但行业里热衷于这么比的可不止是我们（某水果牌）…

聊完图形渲染和媒体引擎，接下来谈谈AI。一般我们说Windows平台下做AI推理需要WinML或DirectML支持，那么酷睿i5-520M又是没资格上AI牌桌的。但CPU作为通用处理器的价值就在于它不仅能做视频编解码，还能做AI推理：不用DirectML，还可以用Intel的OpenVINO。

所以我们很欣喜地在AI推理测试Procyon AI inference for Windows测试中看到，借助OpenVINO，也能让酷睿i5-520M跑AI推理，当然GPU支持就别想了，综合测试只能跑在CPU上。至于酷睿Ultra 7 155H这边，OpenVINO本身就可以把AI工作分派给CPU, GPU, NPU等不同处理器，所以我们针对每一种处理器做了测试，结果如下：

注意：这张图的横坐标为对数坐标，而非线性比例。因为酷睿i5-520M跑出来的分数实在是太低了，比如总分只有10分，再比如Real-ESRGAN这个模型下只能跑出5分…如果用线性比例来画柱状图，则酷睿i5-520M的柱子就被淹没到看不见了。所以别看黄色柱子和蓝绿柱子的长度接近，实则数值上差别非常大。

这则对比让我们没怎么想到的是，酷睿Ultra 7 155H的CPU和NPU的AI推理性能也都不错。因为在我们的认知中，Meteor Lake的NPU虽然是个专用的AI推理加速单元，但它规模小；而CPU是个通用处理器，却在某些测试子项中，表现出与GPU, NPU相似的性能。

猜测其中原因包括OpenVINO的优化，令某些模型在NPU中表现得尤为高效（典型如MobileNet V3和ResNet50）；另外当代Intel处理器的CPU部分也加入了VNNI之类的指令集加速构成，堆多核心亦为其加分良多。

UL Procyon AI inference测的主要是CNN卷积神经网络模型，比如DeepLab V3是主要用于语义分割的CNN模型，ResNet50和Inception V4则常见于图像分类，Real-ESRGAN是个用来做超分的AI模型。这次的测试我们就暂且不讨论LLM之类的大模型了——有关LLM, Stable Diffusion等AI相关测试，我们会放到后续的文章里做探讨。

游戏测试，要看核显硬实力了

理论性能测试过后，就该真刀真枪地上真实场景测试了。还是一样：ThinkPad T410i的核显跑不了渲染之外的其他测试，所以GPU的真实性能测试，也只能看游戏了；而且基本只能选< DirectX 9的游戏。我们挑选的普遍是2010年前后的游戏作品。

这份游戏对比测试，将画质全部调整至最低 + 720p分辨率（除了《武装突袭2》有个3D分辨率，在极低画质时锁定为960x540）；除了《LoL（英雄联盟）》依托于游戏回放来做帧率测试，其他几个游戏都有内置的benchmark做参照，很容易做复现：

这局面和前面的图形理论测试结果也差不多，除了个体游戏存在代码水平差异。比如《半条命2：失落的海岸线（Half Life 2: Lost Coast）》这个游戏优化得似乎挺不错，不仅画质好（注意看下图的水面效果），而且在ThinkPad T410i笔记本上还能跑出49.92fps的平均帧。

另外ThinkPad T410i在《LoL》游戏里虽然只跑出了18.4fps的平均帧，但我们感觉还在“可忍受的可玩”范围内。似乎这类固定视角游戏对帧率要求并没有那么苛刻…

而且这款游戏也表现出了两个平台在游戏测试里的系统性差异。《LoL》虽说是基于DirectX 9的游戏，但似乎在更高配的设备上能够还原更高版本图形API的某些特性。所以虽然都是跑同画质设定的《LoL》，但在ThinkPad T410i和灵耀14两台机子上仍然是不对等的。

《蝙蝠侠：阿卡姆疯人院》游戏画面

其他游戏基本也就看个热闹了，ThinkPad T410i无疑是和3A游戏彻底无缘的。观察游戏过程中的硬件瓶颈，所有被测游戏的帧率瓶颈都在GPU核显上，CPU的资源占用都是不满的。当年的PC用户或许能接受480p分辨率游戏？（或1024x768、800x600这类显著低于720p的分辨率）……

这些老游戏还是无法表现灵耀14 2024和酷睿Ultra 7 155H的核显优越性。所以针对灵耀14，我们也测了网络游戏中比较吃处理器资源的《原神》和《崩坏：星穹铁道》，以了解Arc核显的实用性。这两款游戏都是基于DirectX 11，酷睿i5-520M就真的没法跑了。

这两款游戏都没有自带的benchmark，所以针对《原神》我们选择的测试场景是须弥主城，针对《星穹铁道》则选择了罗浮仙舟的金人巷——这两个地点在游戏中对算力都是有一定要求的。不过这些数字也仅供参考，比如据我们所知《星穹铁道》刚刚更新的匹诺康尼场景，性能要求就明显高过了罗浮仙舟。

基于1080p分辨率及不同画质预设来做测试，平均帧的结果还是挺乐观的。Intel上一代96 EU的Xe-LP核显运行《原神》就只能以“极低”+720p分辨率勉强跑个50fps不到。这一代中画质+1080p都能上56fps了，是不是感觉Arc核显还挺香的？不过从系统角度来看，灵耀14性能调度保守+飘忽，实际游戏体验在1080p中画质下算不上理想。这台笔记本在我们到手以后，经过两次固件更新已经略有好转，但问题依旧存在。

无论如何Meteor Lake还是让我们看到了这个时代下，核显性能的显著进步。除了这两款游戏，再来一组3A游戏测试，设定为1080p + 最低或比最低画质高一档：

在DirectX 11/12的年代，最低画质跟DirectX 9时代都不是同一种“最低画质”，从《刺客信条：英灵殿》这类游戏的benchmark就能看得出来（如下图）。换用720p来玩这些3A游戏，如今也大多有了“可玩”的体验，放在以前还是不敢想象的。

《刺客信条：英灵殿》游戏画面

这一代Xe-LPG架构的Arc核显也支持XeSS，也就是画面的AI超分，将低分辨率基于AI超分为高分辨率，减轻GPU图形渲染的负担。只不过Meteor Lake的核显实际是不带XMX单元的——也就是Arc独显里面的AI加速部分；所以核显的XeSS支持是靠DP4a实现的。它仍然能带来一定程度的帧率提升——虽然我们没有进行太多相关AI超分的测试。

系统性能与功耗，看看效率变化

渲染相关的主要测试就上面这些了。其余的，我们还做了CPU与真实负载测试，包括Cinebench R15/R23, Geekbench 6, PCMark 10, UL Procyon Office Productivity。

之所以要做Cinebench R15这么老的测试，一部分原因是Arrandale甚至都还不支持AVX指令。另外PCMark 10作为典型的真实负载系统性测试，某些测试项原本是可以借助GPU做加速的，但如前所述酷睿i5-520M并不支持，所以也就只能当做是CPU性能测试了。

两者在常规办公应用方面的性能差距实则也就4倍上下（酷睿i5-520M似乎格外不擅长做Excel表格，每次都能在表格测试中卡很久…），存在巨大差距的主要还是多媒体内容创作，包括照片与视频编辑这些对存储、CPU多核性能与GPU加速存在多维度性能需求的应用。能较充分利用CPU多核心资源的Cinebench渲染和Geekbench系统性能测试就更不用多说了。

值得一提的是，从可查询的历史数据来看，我们测得的酷睿i5-520M的成绩有些过低，而酷睿Ultra 7 155H又有些过高。

原因其实也比较简单：酷睿i5-520M的历史测试数据大多是基于Windows 7的。我们给ThinkPad T410i装了Windows 10——新系统加装所有安全补丁以后，性能打个8折也并不稀奇。因为过去这14年，软硬件层面出现过好些安全问题，安全更新令系统性能产生了大幅折损。比如光是Meltdown和Spectre这两个安全事件，微软在为其打完补丁以后，对7代以前的酷睿处理器都产生了不小的性能影响。

另外双核处理器在现代操作系统中，经受的扰动似乎也天然得更大。但凡Adobe Creative Center、浏览器的后台驻留进程、Windows反恶意程序、Steam程序本体等等“背景噪音”有那么点风吹草动，CPU占用率就跟着“荡漾”。这也是没办法的事，即便我们已经最大限度关闭了后台可关闭的服务与进程。

至于酷睿Ultra 7 155H的成绩较高，主要是华硕两度更新了灵耀14笔记本的固件，令系统性能发挥有了较大程度的提升。所以我们测得这台笔记本的性能成绩，相较1-2个月前其他媒体发布的分数会更高一些。

最后我们还是看一看灵耀14与ThinkPad T410i就更高维度系统层面的性能释放策略，尤其是核显部分。虽说不是细粒度的能耗与效率对比，但也能看出PC处理器效率上的变化。下面这张图是进行5轮Cinebench R23测试时，酷睿Ultra 7 155H的CPU封装温度与功耗变化曲线：

在灵耀14这台笔记本上（系统设定“最佳性能”，风扇“性能模式”下），酷睿Ultra 7 155H在跑第一轮Cinebench R23测试时，CPU封装温度能飙到105℃，记录得到的最高功耗点在74W左右；后续几轮的温度稳定状态会滑落到86℃附近，功耗稳定在35W上下。

FurMark甜甜圈单独对Arc核显做压力测试，可测得GT核心功耗——也就是核显功耗触顶在30W不到。

5分钟基于AIDA64的FP压力测试，外加FurMark对GPU同时施加压力测试，得到的CPU核心功耗与GPU核显功耗变化如下图：

CPU与GPU核心总功耗加起来，稳定状态在30W上下浮动。注意此时的CPU封装温度还不到80℃。这可能与灵耀14散热设计做得并不特别理想有关：机身外部温度及风扇噪音都存在较高的问题，所以灵耀14在性能释放方面不得不做得相对保守。不过实际对于定位轻薄本，重量仅1.2kg的灵耀14而言，这种表现也很正常。

至于ThinkPad T410i和酷睿i5-520M这边，我们没有找到可获取其核显温度与功耗的方法——这主要取决于Intel给出的API，及其上选配的传感器；毕竟酷睿i5-520M的核显die和CPU die是分开的。

可测得酷睿i5-520M的CPU核心功耗（注意是核心功耗，而非封装功耗）在Cinebench R15测试过程中25W封顶——虽然无法一直保持在25W的位置，但会降低运行状态一小会儿之后反复尝试回到25W；核心温度策略也相对保守——有时会跑在83℃附近。

即便当代处理器的功耗相比10+年前普遍升高了不少，基于灵耀14可达成突发性能的CPU封装峰值功耗74W，相比于ThinkPad T410i的酷睿i5-520M大约增加了1倍多（基于CPU核心功耗25W，还需要加上封装内的其他组成部分），但Cinebench测得的多线程性能，前者却是后者的15倍。这应该是能够体现这些年来芯片效率的显著进步的。

其实PC处理器的核显历史上具有标志性意义的产品并不单是Arrandale和Meteor Lake这两者，还有前文提到的酷睿10代Ice Lake，加入了AMD图形die以及eDRAM的酷睿8代Kaby Lake-G等等。对这些产品做个集体测试更能体现处理器集显性能的演进历史。

只不过受限于时间和精力，做个一头一尾感觉也不错。从单纯的亮机卡，到现如今3A游戏都能玩，这中间经历的实际上还真的不单是一家公司所能达成的，而是从材料、装备，到芯片设计制造封装，及系统与软件层面各层级的努力。现在的轻薄本也算是浓缩了人类尖端核心技术了。