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Intel大牛:摩尔定律未死 下代CPU IPC性能大涨
2019-09-26 13:37:25  出处:快科技 作者:宪瑞 编辑:宪瑞   点击可以复制本篇文章的标题和链接

每次提到CPU处理器发展的时候,似乎都绕不开摩尔定律这件事,尤其是对Intel来说,因为提出这个定律的是Intel最早的两位创始人之一的戈登·摩尔,多年来Intel也是最虔诚的摩尔定律信徒。

在半导体工艺进入10nm节点之后,最近几年来业界一直在谈摩尔定律失效的问题,但Intel并不为所动,依然在坚持摩尔定律未死。

在去年底的首次Intel架构日上,Intel高级副总裁、首席架构师Raja Koduri以及TSCG高级副总裁、硅工程总经理、CPU大牛Jim Keller谈到了Intel的六大技术支柱,包括制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全、软件,其中工艺、架构等技术就是其中的一部分,也是Intel实现指数级增长的关键。

Intel大牛:摩尔定律未死 下代CPU IPC性能大涨

说了这么多,重点是什么?最近Jim Keller做了一次巡回演讲,在UC伯克利分校发表了一场演讲,时长一个多小时,谈到了摩尔定律以及CPU微架构的演进,从8080一直到最新的10nm Ice Lake处理器,更重要的是他还提到了未来的发展方向。

对CPU架构感兴趣的同学值得仔细学习下,这里来简单看下这个CPU大牛都具体谈了哪些内容吧。

Jim Keller:摩尔定律未死 未来还可以微缩50倍

Intel大牛:摩尔定律未死 下代CPU IPC性能大涨

不论是出于Intel的立场还是他个人的理念,Jim Keller都是坚定支持摩尔定律的,已经在多个场合捍卫摩尔定律的有效性,这次也不例外,一开始就是介绍摩尔定律,并提出了他的观点——摩尔定律未死。

Intel大牛:摩尔定律未死 下代CPU IPC性能大涨

他把对摩尔定律的看法分为四部分,按照(不)相信摩尔定律、摩尔定律(没死)死了做个分割,那些相信摩尔定律并且坚信摩尔定律没死的人则是充满了挑战性。

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此外,Jim Keller还拉出了几位大腕,分别是NVIDIA CEO黄仁勋、伯克利学校的大牛David Peterson,他们两人都是“摩尔定律已死”阵营的。

持有这种观点的人不止他们二人,实际上不同公司、不同派系的人赞成或者反对摩尔定律的原因也不同,这点大家可以自己琢磨下为什么GPU厂商往往是不赞成摩尔定律继续有效的,而Intel之外的AMD、台积电近年来也在坚持摩尔定律。

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摩尔定律的核心内容是晶体管密度继续微缩,也就是集成越来越多的晶体管,Jim Keller也不是嘴上说说摩尔定律未死那么简单,他提出了一个重要的观点——未来晶体管还能继续微缩50倍,也就是50倍密度与现在的水平。

在这方面,Jim Keller指出未来还有多种技术手段继续提升晶体管密度,其中FinFET 3D晶体管、栅极缩放能够提供3倍的密度提升,纳米线、堆栈纳米线、能够提升2倍的密度提升,再往后还可以借助封装技术的进步,比如晶圆to晶圆、核心to晶圆又分别可以提供2x、2x的密度提升,算下来就是未来还可以再提升50倍左右的晶体管密度,因此摩尔定律离失效还远着呢。

Jim Keller:CPU微架构继续升级Intel正开发IPC线性提升的新架构

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除了工艺技术进步带来的密度提升,Jim Keller这次演讲还花了大篇幅介绍了CPU微架构的发展,从最初的Intel 8080一直介绍到了Sunny Cove,这是10nm Ice Lake处理器上使用的新架构。

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Sunny Cove是Intel公布的新一代CPU微内核路线图中的第一款,其设计目标就是大幅提升ST单线程性能,Intel 之前公布的数据显示Sunny Cove核心的IPC性能相比Skylake大幅提升,多则提升40%以上,平均下来也有18%的IPC性能提升,可以说是近几代CPU架构中提升最多的一次了。

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限于篇幅,这里不详细介绍Sunny Cove核心的技术细节了,之前我们已经有文章介绍过了,可以参考下面的文章。

英特尔Sunny Cove架构很“吸睛”:10nm加持 猛料不少

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为什么要开发新架构的CPU?Jim Keller对比了多年来CPU的变化,Ice Lake这一代的IPC性能是早期VAX 11/780处理器的28倍,整体性能则是14000倍。

在这部分的演讲中,Jim Keller还提到了Intel正在开发更先进的CPU微架构,它的性能提升更接近于线性增长(指的是IPC性能跟晶体管规模增长正相关,以往晶体管大幅增长,但IPC性能不一定同步增长这么多),Keller强调说这个内核对他们来说是一次很大的转变,用玩家习惯的话说就是CPU架构不会再挤牙膏了。

总之,Jim Keller的观点就是摩尔定律远没有到失效的时候,未来晶体管密度还可以提升50倍,几乎每个功能单元都有创新的余地,没有什么是不可能的。

在制程技术之外,CPU微内核同样也会继续创新,指令集、分支预测、体系结构都有可优化之处,IPC性能会保持跟晶体管规模提升那样的线性增长,这是一次巨大的转变。

最最后,Jim Keller还提到了老朋友Raja Koduri总结的一条定律——全新的架构每10年将性能提升10倍,并且他还援引了诺奖得主费曼的名言,就算到了原子级的领域,依然会有足够的创新之处。

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