在8月13日舉辦的2020架構(gòu)日上，英特爾發(fā)布了長達(dá)233頁的技術(shù)更新，覆蓋制程、封裝、架構(gòu)、軟件等“六大技術(shù)支柱”的方方面面。作為摩爾定律的提出者，英特爾一方面圍繞晶體管密度和性能，推動(dòng)摩爾定律在10nm以下的發(fā)展；另一方面，英特爾正在從晶體管“Reliance（依賴）”走向晶體管“Resilient（彈性）”，通過“六大技術(shù)支柱”，推動(dòng)計(jì)算性能在當(dāng)前和“后摩爾時(shí)代”的持續(xù)增長，并形成了面向異構(gòu)計(jì)算時(shí)代的整體交付能力，以更有效地應(yīng)對智能時(shí)代的計(jì)算挑戰(zhàn)。

制程工藝并未止步

2007年，英特爾提出了“Tick Tock”發(fā)展模式，通過制程演進(jìn)與微架構(gòu)更新，輪換推動(dòng)處理器性能提升。在2016年，英特爾將“Tick Tock”調(diào)整為“PAO”，通過制程、微架構(gòu)、優(yōu)化三種方式輪流推動(dòng)處理器性能的升級(jí)。

在架構(gòu)日上，英特爾發(fā)布了Superfin技術(shù)。作為FinFet的增強(qiáng)版本，Superfin屬于“O”的范疇，是針對10nm的晶體管強(qiáng)化工藝。雖然沒有用“10nm+”來命名，但Superfin對于10nm工藝的提升超過15%，包括更高的驅(qū)動(dòng)電流、通道遷移率，以及更好的芯片互聯(lián)性等。

英特爾院士Ruth Brain表示，Superfin實(shí)現(xiàn)了英特爾史上最強(qiáng)大的單節(jié)點(diǎn)內(nèi)性能增強(qiáng)，其提升程度可媲美全節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換。

在10nm Superfin之后，英特爾還將推出10nm 增強(qiáng)型Superfin技術(shù)，進(jìn)一步提升芯片性能和互聯(lián)能力，并針對數(shù)據(jù)中心場景進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

10nm Superfin的性能將達(dá)到何種程度，也引起了業(yè)內(nèi)的廣泛討論。隨著制程進(jìn)入14nm以內(nèi)，摩爾定律的實(shí)現(xiàn)越來越難，逐漸逼近物理極限。即便晶體管密度提升幅度不足一倍，也冠以新的制程節(jié)點(diǎn)，已經(jīng)成為許多代工廠商的選擇，這也讓節(jié)點(diǎn)命名越來越具備市場行為的色彩。

但是，在10nm及以下，英特爾仍在遵循摩爾定律的硬性指標(biāo)。其10nm節(jié)點(diǎn)的晶體管密度達(dá)到100.8MTr/mm2，即每平方毫米內(nèi)包含超過1億個(gè)晶體管，是14nm節(jié)點(diǎn)的2.7倍。在晶體管密度、鰭片間距、柵極間距等指標(biāo)上，英特爾10nm已經(jīng)超過了臺(tái)積電、三星的7nm制程。

如果Superfin的性能，能堪比全節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換，那么在10nm指標(biāo)能夠?qū)?biāo)友商7nm的基礎(chǔ)上，Superfin能否對標(biāo)友商7nm工藝的增強(qiáng)版甚至更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，不免令人浮想聯(lián)翩。當(dāng)然，制程工藝的先進(jìn)性必須在產(chǎn)品中得到驗(yàn)證。英特爾的下一代處理器Tiger Lake，將成為首個(gè)采用10nm Superfin的處理器。目前該處理器已經(jīng)投產(chǎn)，預(yù)計(jì)OEM采用Tiger Lake設(shè)計(jì)的產(chǎn)品將在今年之內(nèi)上市。而10nm增強(qiáng)型技術(shù)，也將在下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器Sapphire Rapids得到驗(yàn)證。

從晶體管Reliance走向晶體管Resilient

無論是增加晶體管數(shù)量還是提升晶體管性能，都屬于制程工藝的范疇，代表著英特爾繼續(xù)追隨摩爾定律的決心。與此同時(shí)，隨著制程微縮逼近極限，如何在“后摩爾時(shí)代”延續(xù)計(jì)算能力的指數(shù)級(jí)增長，成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的重要課題。

在架構(gòu)日上，英特爾首席架構(gòu)師Raja KoduriRaja提到了“Transistor Resilient（晶體管彈性）”的概念。簡單來說，這是與完全依賴晶體管相對的產(chǎn)品開發(fā)策略，通過架構(gòu)、封裝、軟件等技術(shù)的“組合拳”，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能的提升。

架構(gòu)是硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，對處理器的性能和功耗表現(xiàn)起到?jīng)Q定性作用。本次架構(gòu)日，英特爾發(fā)布了下一代微架構(gòu)“Willow Cove”。為滿足下游客戶的多樣化需求，Willow Cove提供了更大的動(dòng)態(tài)范圍。相比上一代架構(gòu)Sunny Cove，Willow Cove可以用更低的電壓達(dá)到同樣的主頻，在提高電壓的情況下，可以達(dá)到5GHz左右的最高主頻，滿足創(chuàng)意工作者、游戲愛好者對生產(chǎn)力的不同需求。

同樣在架構(gòu)日亮相的，還有英特爾的GPU架構(gòu)Xe，這也是繼1998年推出的i740之后，英特爾再度進(jìn)軍獨(dú)顯市場。Xe提供LP、HP、HPG、HPC四種微架構(gòu)。LP針對PC和移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)等功耗敏感場景，擁有96組EU單元，與Willow Cove類似，LP可以通過加高電壓獲得1.8GHz甚至更高的主頻，提供更強(qiáng)的輸出功率。目前，基于LP架構(gòu)的獨(dú)顯產(chǎn)品“DG1”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。HP版本面向數(shù)據(jù)中心級(jí)、機(jī)架級(jí)場景所需的媒體性能，基于英特爾EMIB技術(shù)，HP能夠在單封裝中提供千萬億浮點(diǎn)運(yùn)算規(guī)模的AI性能和機(jī)架級(jí)的媒體性能，首款產(chǎn)品已經(jīng)向數(shù)據(jù)中心客戶出樣。HPG面向游戲領(lǐng)域，基于GDDR6的新內(nèi)存子系統(tǒng)提高性價(jià)比，并具備當(dāng)前熱門的光線跟蹤能力。HPC架構(gòu)則針對高性能計(jì)算領(lǐng)域，滿足大規(guī)模的集成部署需要。

硬件能力的釋放，必須基于軟件的通信和調(diào)度。在Xe的設(shè)計(jì)理念中，英特爾強(qiáng)調(diào)了“軟件優(yōu)先”的原則，提升了GPU的編譯和驅(qū)動(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)了GPU根據(jù)用戶配置進(jìn)行性能優(yōu)化以及可變頻率著色、即時(shí)游戲調(diào)整、感知自適應(yīng)游戲銳化等功能，讓GPU能夠更好地滿足3D、媒體、顯示、計(jì)算等不同工作負(fù)載的計(jì)算需求。

先進(jìn)封裝向來被視為摩爾定律的“救星”，在不依賴工藝縮小的前提下，先進(jìn)封裝可以繼續(xù)提升芯片的系統(tǒng)集成度。芯片的連接觸電密度、單比特功耗、擴(kuò)展性，是英特爾發(fā)展先進(jìn)制程的主要指標(biāo)。目前，英特爾已經(jīng)形成了2.5D封裝EMIB、3D封裝Foveros，以及混合2D和3D封裝的Co-EMIB等先進(jìn)封裝方案。在架構(gòu)日，英特爾發(fā)布了“混合結(jié)合”技術(shù)，能夠加速實(shí)現(xiàn)10微米及以下的凸點(diǎn)間距，較Fovreros 25-50微米的凸點(diǎn)間距有明顯提升，并優(yōu)化了互連密度、帶寬和功率表現(xiàn)，進(jìn)一步提升芯片系統(tǒng)的計(jì)算效能。

基于異構(gòu)整合提升交付能力

新冠肺炎疫情是攪動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)的黑天鵝。疫情的沖擊導(dǎo)致全球消費(fèi)者信心下降，手機(jī)等消費(fèi)終端出貨量出現(xiàn)回落。與此同時(shí)，遠(yuǎn)程服務(wù)和“宅經(jīng)濟(jì)”異軍突起，服務(wù)器成為疫情之下驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體增長的重要?jiǎng)幽堋?/p>

半導(dǎo)體作為精密產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)周期較長。面對疫情帶來的市場需求變化，半導(dǎo)體企業(yè)能否利用技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)鏈合作生態(tài)，保持快速交付的能力，實(shí)現(xiàn)“化危為機(jī)”，成為企業(yè)運(yùn)營能力的試金石。從財(cái)報(bào)來看，英特爾抓住了市場變化帶來的機(jī)遇。當(dāng)季，英特爾以PC為中心的傳統(tǒng)強(qiáng)勢業(yè)務(wù)同比增長7%，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)則強(qiáng)勢增長43%，營收和凈利潤均實(shí)現(xiàn)超過超過20%的增長。

在架構(gòu)日上，英特爾展現(xiàn)了基于分解設(shè)計(jì)和軟件平臺(tái)的異構(gòu)集成，進(jìn)一步提升不同產(chǎn)品交付能力的策略。

所謂異構(gòu)計(jì)算，是將多種架構(gòu)、功能的芯片封裝在一個(gè)SoC，以處理或加速不同工作負(fù)載的硬件集成方式。如果像拼搭積木一樣，將生產(chǎn)好的芯片、裸片封裝在一起，形成系統(tǒng)級(jí)芯片，將顯著提升硬件產(chǎn)品的交付速度，滿足AI、IOT等場景對于芯片的多樣化、差異化需求。

通過分解設(shè)計(jì)，英特爾將異構(gòu)計(jì)算芯片化繁為簡，分解為不同的部分，分別進(jìn)行整合和驗(yàn)證。由于不是一次性整合所有芯片，而是按照CPU、GPU、IO等計(jì)算功能分別去做，預(yù)生產(chǎn)的芯片、已經(jīng)成熟的IP無需再次進(jìn)行工藝驗(yàn)證，可直接復(fù)用。從而縮短了開發(fā)和驗(yàn)證時(shí)間，降低了差錯(cuò)率，也增強(qiáng)了系統(tǒng)級(jí)芯片的靈活性，可以更加便捷地進(jìn)行功能擴(kuò)展。

在異構(gòu)計(jì)算時(shí)代，利用軟件系統(tǒng)隱藏硬件復(fù)雜性，讓異構(gòu)計(jì)算平臺(tái)以“黑盒”的方式被客戶獲取并使用，對于產(chǎn)品的開發(fā)和交付尤為重要。oneAPI是英特爾生態(tài)構(gòu)建的野心之作，提供了跨平臺(tái)的工具鏈、編譯器、調(diào)試工具和遷移工具等，以及統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，這意味著用戶不必為了不同的芯片架構(gòu)重新學(xué)習(xí)編程知識(shí)，從而降低了異構(gòu)計(jì)算的開發(fā)難度。oneAPI Gold版本將于今年晚些時(shí)候推出，為開發(fā)人員提供在標(biāo)量、矢量、距陣和空間體系結(jié)構(gòu)上保證產(chǎn)品級(jí)別的質(zhì)量和性能的解決方案。英特爾于7月發(fā)布的第八版的oneAPI Beta，為分布式數(shù)據(jù)分析帶來了新的功能和提升，包括渲染性能、性能分析以及視頻和線程文庫。

基于更加靈活的硬件集成方式和強(qiáng)調(diào)易用性的軟件平臺(tái)，英特爾可以更有效地打通芯片級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、軟件級(jí)異構(gòu)能力，提供定制化的產(chǎn)品方案和更短的交付周期。從底層的制程和封裝，到中層的架構(gòu)、存儲(chǔ)、互連、軟件，到最頂層的安全，“六大技術(shù)支柱”都將在英特爾的異構(gòu)計(jì)算戰(zhàn)略中發(fā)揮作用，共同應(yīng)對智能時(shí)代數(shù)據(jù)量指數(shù)級(jí)增長和數(shù)據(jù)形態(tài)更加多元的算力挑戰(zhàn)。
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