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五个角度说说为什么英特尔10nm出世即王者
2019-02-28 08:10:03  出处:中关村在线   编辑:振亭   点击可以复制本篇文章的标题和链接

目前,处于王者段位的半导体芯片厂商屈指可数,而英特尔又是其中的佼佼者……

去年12月份,英特尔在架构日活动上公布了未来六大战略支柱,从制程、架构、存储、超微互联、软件以及安全方面为PC行业未来发展定下基调。

同时,英特尔还正式公布了10nm制程的相关信息。随后,在今年初的CES上,英特尔正式宣布了10nm制程落地,并披露了更多细节信息。

虽然从字面来看,PC半导体芯片已经进入了7nm制程节点,但如果拿出参数做对比的话会发现,英特尔在10nm制程节点就已经做到了与台积电7nm制程同样的晶体管集成数量,从中可见英特尔在制程技术上有着深厚的技术积累。

五个角度说说为什么英特尔10nm出世即王者

四大应用方面构筑全方位生态

而站在PC行业的角度来看,英特尔10nm制程技术下的PC处理器芯片,将依旧带来业界领先的技术水准和性能水准。因此不得不说,“王者段位”的英特尔在推出10nm制程的同时,又一次站在了PC行业的最前方。

其实,英特尔10nm制程的优势并不仅仅是表面上的参数,而是英特尔围绕10nm制程打造了非常完整的生态体系,这使得英特尔10nm制程技术芯片能够被应用在更为广阔的领域之中。

在年初的CES上,英特尔一口气公布了10nm制程下的四大应用方向,其中包括PC、服务器、全新的封装技术以及5G。所对应的芯片平台包括面向PC和数据中心级别的Ice Lake平台、面向3D封装技术的LakeFiled、以及面向5G领域的SnowRidge。

这从一个侧面反映出英特尔在为10nm做准备的过程中,不仅仅考虑到了眼前的领域,同时还考虑到了一些前沿领域的拓展。至少在我看来,英特尔10nm刀一出鞘,即是成熟的杀招,未有丝毫拖泥带水

先进的Sunny Cove微架构

与10nm制程密不可分的当属Sunny Cove微架构。在14nm制程甚至更早之前的架构体系中,英特尔并未将核心代号与架构分离。

比如KabyLake既是核心代号又是架构名称,而10nm制程首批产品,则会以IceLake作为核心代号,而以Sunny Cove作为架构名称出现,这标志着英特尔处理器架构正式由“Lake时代”进入“Cove时代”。

之所以说英特尔10nm制程技术出世即王者,很重要的一部分原因来自于Sunny Cove微架构的提升上。新架构主要聚焦在ST单核性能、全新ISA及并行性三个方面的优化和改进,Sunny Cove微架构主要解决以下四个问题:

其一、增强的微架构,可并行执行更多操作。

其二、可降低延迟的新算法。

其三、增加关键缓冲区和缓存的大小,可优化以数据为中心的工作负载。

其四、针对特定用例和算法的架构扩展。例如,提升加密性能的新指令,如矢量AES和SHA-NI,以及压缩/解压缩等其它关键用例。

对于处理器来说,IPC强弱与CPU性能有直接关系。英特尔在Sunny Cove微架构IPC性能提升方式上给出了三个字:更深(deeper)、更宽(wider)、更智能(smarter)。

更深方面,Sunny Cove微架构表现在L1容量的增加,从32KB增加到48KB,而且L2缓存、uop、TLB缓存都更大;

更宽主要体现在执行管线上,Sunny Cove微架构分配单元从4个增加到5个,执行接口从8个增加到10个,L1 Store带宽翻倍。

而想要让更深、更宽发挥出应用的实力,那么就需要有更好的算法。Sunny Cove的smarte就是为此而设计。

英特尔研究院院长宋继强在解答这个问题时主要提及两个方面,其一是提高分支预测精度,其二是减少延迟。

另外英特尔还为Sunny Cove微架构配置了加密解密指令集,并在AI、存储、网络、矢量等方面进行全方位改进。因此对于PC用户来说,无论是消费级还是服务器用户,Sunny Cove微架构带来的变化要比10nm这个制程节点数据更有意义。

由此可见,英特尔10nm制程架构处理器本身具备足够强的基础参数,依然会是业界领先的处理器平台。

Foveros 3D堆叠封装为半导体芯片发展开辟新道路

除了在制程上有所突破之外,10nm制程技术框架下,Foveros 3D封装技术不失为一项为半导体芯片发展开辟新道路的重要技术。

去年,英特尔开始在公开场合提出“混搭”概念,这一概念是将不同规格的半导体芯片通过特殊方式封装在一个芯片之上,使之具备更强的性能和更好的功耗表现,可以让芯片突破制程与架构的束缚,实现更为自由的组合。

这种混搭封装技术被英特尔命名为EMIB,即Embedded Multi-Die Interconnect Bridge,中文译名为嵌入式多核心互联桥接。

EMIB技术最为知名的应用是英特尔去年推出的冥王峡谷NUC,Kaby Lake-G平台首次将英特尔CPU与AMD Radeon RX Vega M GPU混搭在一块芯片上,使其同时具备英特尔处理器的计算能力以及AMD GPU的图形性能,总体体验非常不错。

不过,EMIB作为2D封装技术,在体积、功耗等方面还有改进的空间。因此,3D封装堆叠的Foveros技术应运而生。

无论是EMIB还是Foveros,虽然封装方式不同,但解决的问题是一样的。

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以往单片时代处理器内部的CPU核心、GPU核心、IO单元、内存控制器等子单元都必须是同一工艺制程下设计的,不过在实际应用中其实并不需要大家都一样。

比如CPU、GPU核心需要更高的性能,那么以更加先进的工艺去设计制造是必要的。但是像IO单元、控制器等器件,就不需要这么先进的工艺了。

以前的封装技术无法解决这种问题,但是通过EMIB或Foveros就可以实现不同工艺芯片之间的堆叠封装了。

此外,Foveros与EMIB的意义不仅仅在于可以将不同规格之间的芯片封装在一起,更重要的意义在于它的出现能够让英特尔摆脱芯片架构与工艺之间“捆绑”的束缚,使工艺与架构分离,这样可以使英特尔在制程、架构设计上有更强的灵活性。

在目前的半导体芯片行业中,英特尔是为数不多的IDM垂直整合型半导体公司。即自己设计芯片架构、自己制造芯片、自己封装芯片,这一点其它芯片厂商几乎做不到。

不过这也是一把双刃剑。优点是英特尔能够自主根据不同工艺开发不同的CPU架构,而且因为是全自主,所以新工艺开发的架构可以最大化的利用特定工艺的优势,使之达到更好的匹配与契合。

但不足之处在于将架构与工艺捆绑起来制约了灵活性,比如10nm延期之后,英特尔无法使用14nm工艺去生产10nm制程架构就是典型的例子。

Foveros与EMIB的出现,使得英特尔能够在未来的发展中跳出制程工艺与架构捆绑的约束,在推进制程工艺发展和架构发展方面能够更为灵活,有更多的选择空间。

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而对于OEM合作伙伴来说,全新的封装技术能够实现客制化需求,这一点极为重要。以往英特尔与OEM的关系是“我升级芯片你做相应的产品”。

OEM的选择权不大,只能跟着英特尔的节奏走,英特尔不更新OEM就只能干等着。全新封装技术的出现,可以允许OEM去向英特尔客制化自己想要的芯片,从而在不同类型、不同形态的产品之上选择不同的芯片方案,更加灵活。

因此,Foveros与EMIB不仅仅对于英特尔自身有着重要意义,同时对于整个PC产业、甚至是IT数码行业都有着极为重要的意义。

Gen 11核显引领PC进入8K时代

除了CPU层面的革新之外,伴随英特尔10nm而来的还有全新的Gen 11核芯显卡。

核芯显卡对于整个PC行业的意义之大时常被人所忽视,如果没有核芯显卡的出现,如今的笔记本电脑在轻薄化道路上必然会延缓很多年。

核芯显卡的出现,使笔记本电脑在功耗、发热量与性能方面变得越来越均衡,为2011年超极本概念横空出世并推动笔记本电脑向真正轻薄化方向发展奠定了基础。

同时,核芯显卡、以及性能更为强劲的锐炬核显的出现,彻底摧毁了入门级独立显卡的生存空间,英伟达与AMD(ATI)不得不将独立显卡的性能门槛进一步提高,才能与核芯显卡拉开差距。这是核显对于PC行业的两大重要意义所在。

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不过,英特尔Gen 9核显之后,因种种原因始终没有更新Gen 10核显,而是借着10nm到来,直接将核显过渡到了Gen 11,也就是第11代核显。

它将集成在今年年底发售的10nm Ice Lake处理器上,其在性能、能效、3D、媒体技术和游戏体验方面都有飞跃式的提升。通过目前已知的信息来看,英特尔第11代核显具有以下三大特点:

其一,浮点运算能力超过1TFLOPS(每秒一万亿次浮点运算能力),如果单以这一指标衡量的话,相当于AMD Ryzen 3 2200G里集成的AMD Vega 8 GPU。

架构层面,英特尔第11代核显集成64个执行单元(EU),而第9代核显只有24个。

它们分为四个区块(slice),各有两个媒体取样器、一个PixelFE、载入/存储单元,每个区块又细分为两个子区块(sub-slice),都有自己的指令缓存、3D取样器。

英特尔对EU内的FPU浮点单元进行了重新设计,不过FP16单精度浮点性能没有变化,同时每个EU继续支持七个线程,共512个并发流水线,同时重新设计了内存界面,三级缓存增大至3MB。

这些参数上的升级使得英特尔第11代核显在性能层面将会得到翻倍式提升。

其二,英特尔第11代核显支持并行解码,通过集成高级媒体编码器和解码器支持全新的H.265编码,支持HDR色彩映射,同时在4K视频流创建和8K内容制作上能够提供支持。

也就是说基于Ice Lake平台打造的PC产品天生支持4K与8K超高清内容。

其三,第11代核显支持Adaptive Sync(适应性同步)技术,与NVIDIA G-Sync、AMD FreeSync不同,Adaptive Sync是DP接口的公开标准,主要意义在于保证游戏过程中更为平稳的帧速率表现。

Project Athena指引PC未来发展

10nm制程框架下,英特尔在芯片层面做的事情已经足够多。对于一般厂商来说这可能已经足够了,但是对于英特尔来说还差那么一点,因此英特尔提出了Project Athena计划。

在过去8年时间里,英特尔通过“超极本”概念为笔记本产品带来了革命性的变化,让“轻薄型笔记本”不再是纸上谈兵,而是落地于实处。

同时通过对英特尔智能酷睿处理器不断的优化,使得OEM厂商有更大空间、放开手脚去做轻薄化上的努力。

涌现了包括LG Gram、三星NoteBook 9、VAIO SX14等大批极致轻薄化且兼顾高性能的产品。如今,虽然超极本概念已然远去,但脱胎于这个概念的产品已经成为当今PC市场里的中流砥柱。

五个角度说说为什么英特尔10nm出世即王者

那么,下一个8年,甚至是更长的时间该如何去走呢?英特尔给出了一个答案,那就是Project Athena。它与“超极本”概念专注于产品形态创新不同,Project Athena将涵盖更多前沿领域的创新,包括AI、连接等等。

英特尔联合了所有合作伙伴,在形态、电池续航能力、连接性、性能等具体目标上进行合作,重新定义新型高级笔记本电脑,并致力于将其推向市场。

这就是Project Athena的本质,它对于PC行业未来的发展具有指导意义。

10nm不仅仅是一个数字

英特尔10nm并不仅仅是制程节点的一个简单数字,也不是这个数字下那些更多以数字为代表的参数。

在10nm这个大框架下,英特尔推出的其实是面向多个领域的一整套解决方案,它并不是“电脑处理器”这么简单。

因此在生态体系的比拼中,英特尔10nm更加完善,更为成熟,它不仅仅从计算性能上推动PC产品进化,同时也从封装、链接、显示、形态创新等更多维度的层面促进PC产业再次变革,这才是英特尔10nm制程的强势所在。

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