更新六大技术支柱英特尔赋予10nm新含义

张心怡

在8月13日举办的2020架构日上，，英特尔发布了长达233页的技术更新，覆盖制程、封装、架构、软件等“六大技术支柱”的方方面面。作为摩尔定律的提出者，英特尔一方面围绕晶体管密度和性能，推动摩尔定律在10nm以下的发展;另一方面，英特尔正在从晶体管"Reliance（依赖）'走向晶体管"Resilient（弹性）”，通过“六大技术支柱”，推动计算性能在“后摩尔时代”持续增长，并形成了面向异构计算时代的整体交付能力，以更有效地应对智能时代的计算挑战。

制程工艺并未止步

英特尔提出了“PAO”发展模式，即通过制程、微架构、优化三种方式轮流推动处理器性能的升级。

2007年，英特尔提出了“TickTock”（滴答）发展模式，通过制程演进与微架构更新，轮换推动处理器性能提升。在2016年，英特尔将“TickTock”调整为“PAO"，即通过制程、微架构、优化三种方式轮流推动处理器性能的升级。

在架构日上，英特尔发布了Superfin技术。作为FinFet（鳍式场效应晶体管）的增强版本，Superfin属于“O”的范畴，是针对10nm的晶体管强化工艺。虽然没有用“10nm+”来命名，但Superfin对于10nm工艺的提升超过15%，包括更高的驱动电流、通道迁移率，以及更好的芯片互联性等。

英特尔院士RuthBrain表示，Super-fin实现了英特尔史上最强大的单节点内性能增强，其提升程度可媲美全节点转换。

在10nmSuperfin之后，英特尔还将推出10nm增强型Superfin技术，进一步提升芯片性能和互联能力，并针对数据中心场景进行进一步的优化。

1OnmSuperfin的性能将达到何种程度，也引起了业内的广泛讨论。随着制程进入14nm以内，摩尔定律的实现越来越难，逐渐逼近物理极限。即便晶体管密度提升幅度不足一倍，也冠以新的制程节点，已经成为许多代工厂商的选择，这也让节点命名越来越具备市场营销的色彩。

但是，在10nm及以下，英特尔仍在遵循摩尔定律的硬性指标。其10nm节点的晶体管密度达到每平方毫米内包含超过1亿个晶体管，是14nm节点的2.7倍。在晶体管密度、鳍片间距、栅极间距等指标上，英特尔10nm已经超过了台积电、三星的7nm制程。

如果Superfin的性能，能堪比全节点的转换，那么在10nm指标能够对标友商7nm的基础上，Superfin能否对标友商7nm工艺的增强版甚至更先进的工艺节点，不免令人浮想联翩。当然，制程工艺的先进性必须在产品中得到验证。英特尔的下一代处理器TigerLake（“虎湖”），将成为首个采用10nmSuperfin的处理器。目前该处理器已经投产，预计OEM采用Ti一gerLake设计的产品将在今年之内上市。而10nm增强型技术，也将在下一代至强可扩展处理器中得到验证。

从晶体管“依赖”走向晶体管“弹性”

随着制程微缩逼近极限，如何在“后摩尔时代”延续计算能力指数级增长，成为半导体产业的重要课题。

无论是增加晶体管数量还是提升晶体管性能，都属于制程工艺的范畴，代表着英特尔继续追随摩尔定律的决心。与此同时，随着制程微缩逼近极限，如何在“后摩尔时代”延续计算能力的指数级增长，成为半导体产业的重要课题。

在架构日上，英特尔首席架构师Raja Koduri提到了“Transistor Resilient（晶体管弹性）”的概念。简单来说，这是一一个完全依赖晶体管的产品开发策略，通过架构、封装、软件等技术的“组合拳”，实现产品性能的提升。

架构是硬件设计的基础，对处理器的性能和功耗表现起到决定性作用。本次架构日，英特尔发布了下一代微架构“Wil-low Cove”。为满足下游客户的多样化需求，Willow Cove提供了更大的动态范围。相比上一代架构SunnyCove，Wil-low Cove可以用更低的电压达到同样的主频，在提高电压的情况下，可以达到5GHz左右的最高主频，满足创意工作者、游戏爱好者对生产力的不同需求。

同样在架构日亮相的，还有英特尔的GPU架构Xe，这也是继1998年推出的i740之后，英特尔再度进军独显市场。Xe提供LP、HP、HPG、HPC四种微架构。LP针对PC和移动计算平台等功耗敏感场景，拥有96组EU单元，与WillowCove类似，IP可以通过加高电压获得1.8GHz甚至更高的主频，提供更强的输出功率。

目前，基于LP架构的独显产品“DG1”已经实现量产。HP版本面向数据中心级、机架级场景所需的媒体性能，基于英特尔EMIB技术，HP能够在单封装中提供千万亿浮点运算规模的AI性能和机架级的媒体性能，首款产品已经向数据中心客户出样。HPG面向游戏领域，基于GDDR6的新内存子系统提高性价比，并具备当前热门的光线跟踪能力。HPC架构则针对高性能计算领域，满足大规模的集成部署需要。

硬件能力的释放，必须基于软件的通信和调度。在Xe的设计理念中，英特尔强调了“软件优先”的原则，提升了GPU的编译和驱动效率，实现了GPU根据用户配置进行性能优化以及可变频率着色、即时游戏调整、感知自适应游戏锐化等功能，让GPU能够更好地满足3D、媒体、显示、计算等不同工作负载的计算需求。

先进封装向来被视为摩尔定律的“救星”，在不依赖工艺缩小的前提下，先进封装可以继续提升芯片的系统集成度。芯片的连接触电密度、单比特功耗、扩展性，是英特尔发展先进制程的主要指标。目前，英特尔已经形成了2.5D封装EMIB、3D封装Foveros，以及混合2D和3D封裝的Co-EMIB等先进封装方案。在架构日，英特尔发布了“混合结合”技术，能够加速实现10微米及以下的凸点间距，较Fovreros25-50微米的凸点间距有明显提升，并优化了互连密度、带宽和功率表现，进一步提升芯片系统的计算效能。