競(jìng)翀科技：本周五（8 月 13 日），在芯片巨頭英特爾 2020 年的架構(gòu)日（Architecture Day）新聞發(fā)布會(huì)上，其首席架構(gòu)師拉賈·科杜里（Raja Koduri）攜手多位英特爾院士和架構(gòu)師，全面分享了他們一年半以來(lái)在軟硬件等各個(gè)領(lǐng)域取得的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步。期待新技術(shù)為工控機(jī)平臺(tái)性能助力。

盡管英特爾開(kāi)發(fā) 7nm 芯片的進(jìn)程受挫，但這次發(fā)布的基于 10nm 的 SuperFin 技術(shù)將芯片性能提升了約 20%，再加上 Willow Cove 微架構(gòu)、用于移動(dòng)客戶(hù)端的 Tiger Lake SoC 架構(gòu)細(xì)節(jié)、以及可實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)展的 Xe 圖形架構(gòu)等內(nèi)容的發(fā)布，展示了英特爾這個(gè)全世界最大的半導(dǎo)體企業(yè)在消費(fèi)類(lèi)、高性能計(jì)算以及游戲應(yīng)用市場(chǎng)等領(lǐng)域的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

由于疫情原因，本次發(fā)布會(huì)在線(xiàn)上進(jìn)行。但這次發(fā)布會(huì)披露的內(nèi)容非常全面詳實(shí)，而其中最為外界所關(guān)注的，便是其 10nm 新技術(shù)—— SuperFin 的發(fā)布。

英特爾是世界上為數(shù)不多的既可以設(shè)計(jì)、也可以制造芯片的公司，也是目前世界上最大的半導(dǎo)體公司。50 多年來(lái)，英特爾一直是半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

然而，隨著芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到了 7nm 時(shí)代，英特爾的進(jìn)展卻并不順利。去年，他們?cè)兄Z將在 2021 年推出 7nm 芯片，但在其于今年 7 月 24 日發(fā)布的 2020 年第二季度的財(cái)報(bào)中，7nm 的芯片生產(chǎn)將再度延遲到 2022 年、甚至是 2023 年，還將通過(guò)尋求外部工廠(chǎng)生產(chǎn)的方式來(lái)減少進(jìn)度的延遲。

因此，盡管營(yíng)收和凈利潤(rùn)均超出了市場(chǎng)預(yù)期，但其股價(jià)還是出現(xiàn)了不可避免的大幅下跌，而其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的股價(jià)則大漲。投資者認(rèn)為，英特爾的消息擴(kuò)大了臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

因此，有輿論認(rèn)為，英特爾希望通過(guò)本周的這次架構(gòu)日活動(dòng)，發(fā)布 10nm 等技術(shù)進(jìn)步來(lái)提振市場(chǎng)的信心。

盡管截止發(fā)稿時(shí)，這次架構(gòu)日發(fā)布的積極內(nèi)容尚未反應(yīng)到股價(jià)上面來(lái)，但讓10nm性能提升約 20% 的 SuperFin 技術(shù)本身，以及英特爾在 CPU、GPU、存儲(chǔ)、軟件等領(lǐng)域全方位的技術(shù)進(jìn)展，還是非常值得關(guān)注。

SuperFin

英特爾宣稱(chēng)，經(jīng)過(guò)多年對(duì)鰭式場(chǎng)效晶體管（Fin Field-Effect Transistor，F(xiàn)inFET）晶體管技術(shù)的改進(jìn)，英特爾正在“重新定義”該技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了其歷史上最強(qiáng)大的單節(jié)點(diǎn)內(nèi)性能增強(qiáng)，帶來(lái)的性能提升可與完全節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換相媲美，并將這一次的技術(shù)命名為了 SuperFin，意為“超級(jí)鰭”。

鰭式場(chǎng)效晶體管的誕生本身就是對(duì)傳統(tǒng)晶體管結(jié)構(gòu)的一次重大革新。鰭式場(chǎng)效晶體管之前的晶體管是二維的，門(mén)極只能在其一側(cè)控制電路的接通與斷開(kāi)，而鰭式場(chǎng)效晶體管的門(mén)極則形成了類(lèi)似魚(yú)鰭的三維結(jié)構(gòu)，可以于兩側(cè)控制電路的接通與斷開(kāi)。這種設(shè)計(jì)可以大幅改善電路控制，減少漏電，并大幅縮短晶體管的閘長(zhǎng)。

而這次的 SuperFin——“超級(jí)鰭”中，英特爾實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型鰭式場(chǎng)效晶體管晶體管與 Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的結(jié)合，在多個(gè)方向都對(duì)鰭式場(chǎng)效晶體管進(jìn)行了優(yōu)化，取得了非?？捎^(guān)的性能提升。

在“重新定義”鰭式場(chǎng)效晶體管方面，首先，英特爾增強(qiáng)了源極和漏極上晶體結(jié)構(gòu)的外延長(zhǎng)度，從而進(jìn)一步減小了電阻，以允許更多電流通過(guò)通道；其次，他們改進(jìn)了柵極工藝，實(shí)現(xiàn)了更高的通道遷移率，從而使電荷載流子可以更快地移動(dòng)；第三，還擴(kuò)大了柵極間距，為需要最高性能的芯片功能提供了更高的驅(qū)動(dòng)電流。

而新型的 Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的采用，讓其與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，在同等的占位面積內(nèi)，電容增加了 5 倍之多，這意味著產(chǎn)品性能的顯著提升。英特爾宣稱(chēng)，這一行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)由一類(lèi)新型的 Hi-K 電介質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)，該材料可以堆疊在厚度僅為幾埃的超薄層中，從而形成重復(fù)的“超晶格”結(jié)構(gòu)。再加上新型薄勢(shì)壘（Novel Thin Barriers）技術(shù)采用，可以將過(guò)孔電阻降低了 30％，從而提升互連性能表現(xiàn)。

這些進(jìn)展，讓 10nm 芯片的性能大幅提升了約 20% 之多。

約 20% 是什么概念呢？在之前的 14nm 時(shí)代，英特爾經(jīng)過(guò)四次技術(shù)更迭（14nm、14nm+、14nm++、14nm+++、14nm++++）才實(shí)現(xiàn)了約 20% 的性能提升。而這次通過(guò) SuperFin，一次性就完成了約 20%，進(jìn)步速度遠(yuǎn)超外界想象。有媒體稱(chēng)，這意味著 SuperFin 已經(jīng)成為速度更快、甚至可能是全球最快的晶體管。

在各廠(chǎng)家的 7nm 工藝性能達(dá)不到預(yù)期的情況下，英特爾 10nm 芯片約 20% 的提升顯然非常了得。為了維持芯片性能的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，英特爾已經(jīng)表示，將不再僅僅只局限于自己的工廠(chǎng)，而是將考慮在第三方工廠(chǎng)中生產(chǎn) SuperFin 芯片。這將是繼 7nm 芯片之后，英特爾再一次表示將擁抱第三方工廠(chǎng)。

不過(guò)，宣稱(chēng)的約 20% 的性能提升還需要實(shí)打?qū)嵉男酒a(chǎn)出來(lái)、并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用才能落到實(shí)處。而且，隨著明年其它廠(chǎng)商的 7nm 工藝芯片上市，甚至是更進(jìn)一步的 5nm 技術(shù)的出現(xiàn)，英特爾通過(guò) 10nm 的 SuperFin 能建立多大的優(yōu)勢(shì)尚未可知。

不過(guò)，在發(fā)布了 SuperFin 之后，英特爾還暢想了再進(jìn)一步的增強(qiáng)型 SuperFin 技術(shù)，可以進(jìn)一步提升性能，并可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化。

10nm SuperFin 技術(shù)將首先應(yīng)用于代號(hào)為“ Tiger Lake”的英特爾下一代移動(dòng)處理器中。Tiger Lake 目前正在生產(chǎn)中?？梢灶A(yù)期，有了 SuperFin 的加持，Tiger Lake 將在頻率等方面有極大的性能提升。

而 SuperFin 只是這次架構(gòu)日發(fā)布的第一項(xiàng)內(nèi)容。SuperFin 之后，各種其它的技術(shù)進(jìn)步接踵而至。

封裝

在封裝工藝方面，這次的架構(gòu)日發(fā)布了全新的“混合結(jié)合（Hybrid bonding）”技術(shù)。封裝是制程之外的另一種提高芯片集成度的關(guān)鍵技術(shù)，英特爾一直是封裝技術(shù)的佼佼者。

當(dāng)今大多數(shù)封裝技術(shù)中使用的是傳統(tǒng)的“熱壓結(jié)合（thermocompression bonding）”技術(shù)，混合結(jié)合是這一技術(shù)的升級(jí)。這項(xiàng)新技術(shù)能夠?qū)⒏骶g的距離從 50 微米縮短至 10 微米甚至更低，從而提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。使用混合結(jié)合技術(shù)的測(cè)試芯片已在 2020 年第二季度流片。

Willow Cove 架構(gòu)

Willow Cove 將是英特爾的下一代 CPU 微架構(gòu)，而 Tiger Lake CPU 使用的就將是 Willow Cove 架構(gòu)。

Willow Cove CPU 將基于剛剛提到的 10nm SuperFin 技術(shù)，相比于上一代的 Sunny Cove 架構(gòu)，Willow Cove 性能將提升約 20%。

它還將重新設(shè)計(jì)的緩存架構(gòu)引入到更大的非相容 1.25MB MLC 中（上一代為 512KB），并通過(guò)英特爾控制流強(qiáng)制技術(shù)（Control Flow Enforcement Technology）增強(qiáng)了安全性。

Tiger Lake CPU

基于 Willow Cove 架構(gòu)的下一代芯片 Tiger Lake 也自然將獲得極大的性能提升。

除了 Willow Cove，Tiger Lake 還納入了基于 Xe 圖形架構(gòu)的新型 GPU，可以對(duì) CPU、AI 加速器進(jìn)行優(yōu)化，將使 CPU 性能得到超越一代的提升，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的 AI 性能提升，并實(shí)現(xiàn)了圖形性能的巨大飛躍。

Xe GPU

SuperFin 也為英特爾的 GPU 賦能。

這次架構(gòu)日，英特爾詳細(xì)介紹了經(jīng)過(guò)優(yōu)化的 Xe-LP（低功耗）微架構(gòu)和軟件，可為移動(dòng)平臺(tái)提供高效的性能。Xe-LP 是英特爾針對(duì) PC 和移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的最高效架構(gòu)，Xe-LP 入門(mén)級(jí)產(chǎn)品將首先作為搭載于 Tiger Lake 筆記本 CPU 中的核顯，在今年晚些時(shí)候上市。

其最高配置 EU 單元多達(dá) 96 組，相比于上代 Gen11 大幅增加了 50%，并具有新架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括異步計(jì)算、視圖實(shí)例化 （view instancing）、采樣器反饋（sampler feedback）、帶有 AV1 的更新版媒體引擎以及更新版顯示引擎等。這將使新的終端用戶(hù)功能具備即時(shí)游戲調(diào)整（Instant Game Tuning）、捕捉與流媒體及圖像銳化的能力。

在軟件優(yōu)化方面，Xe-LP 將通過(guò)新的 DX11 路徑和優(yōu)化的編譯器對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)。這些都將帶來(lái)游戲性能的大幅提升。

除了入門(mén)級(jí)的 Xe-LP，英特爾還發(fā)布了面向游戲玩家的 Xe-HPG、面向數(shù)據(jù)中心和 AI 應(yīng)用的 Xe-HP、面向超算的 Xe-HPC 等整整一個(gè)系列的基于 Xe GPU 架構(gòu)的產(chǎn)品。而首款基于 Xe 架構(gòu)的獨(dú)立圖形顯卡 DG1 已投產(chǎn)，并有望按計(jì)劃于 2020 年開(kāi)始交付。

還有更多……

這次的架構(gòu)日，英特爾還發(fā)布了更多的東西。包括：

下一代混合架構(gòu) Alder Lake基于增強(qiáng)型 SuperFin 技術(shù)的下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器 Sapphire Rapids帶寬極高的板載高速內(nèi)存 Rambo Cache面向 5G 和萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的產(chǎn)品線(xiàn)英特爾在安全方面的時(shí)間表服務(wù)于數(shù)據(jù)中心的 Ice Lake XeonAI 相關(guān)軟件整合了英特爾所開(kāi)發(fā)的各種軟件開(kāi)發(fā)框架及工具鏈的 oneAPIDG1 的開(kāi)發(fā)平臺(tái)等等等等……在過(guò)去兩年“日子并不好過(guò)的”英特爾，一口氣介紹了在其創(chuàng)新的六大技術(shù)支柱（制程與封裝、XPU 架構(gòu)、儲(chǔ)存、互聯(lián)、安全、軟件）方面所取得的進(jìn)展，覆蓋面遠(yuǎn)超以往，光 ppt 就長(zhǎng)達(dá) 233 頁(yè)。

除了這些已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的技術(shù)，英特爾還在暢想，在摩爾定律日漸失效的今天，要如何才能把計(jì)算能力進(jìn)一步提高 100 倍，甚至 1000 倍？

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，英特爾也給出了自己的答案——神經(jīng)形態(tài)計(jì)算（Neuromorphic Computing），并展示了英特爾實(shí)驗(yàn)室在這一領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)軟硬件創(chuàng)新。

這些面向今天和未來(lái)的技術(shù)展示，展現(xiàn)了英特爾依舊十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)力，和在芯片相關(guān)軟硬件領(lǐng)域的巨大野心。至于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)市場(chǎng)是否買(mǎi)賬，英特爾在與三星和臺(tái)積電等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的較量中又將表現(xiàn)如何，就讓我們拭目以待吧。