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了解PC硬件的朋友有言，Intel近幾年有點(diǎn)兒水逆了。 先是近幾代酷睿處理器的架構都是小幅改良，運算效能提升不大，被人冠以“牙膏廠(chǎng)”的外號，而10nm量產(chǎn)還要等待一段時(shí)間;AMD則憑借桌面端的Ryzen處理器叫好又叫座，雖然服務(wù)器領(lǐng)域的EPYC處理器一時(shí)間還沒(méi)對Xeon造成嚴重威脅，但若Intel再不搞些大手筆，怕也得擔心進(jìn)一步的失守。 外界似已產(chǎn)生不少質(zhì)疑。一向以架構和工藝揚名立萬(wàn)的Intel，似乎在自己最拿手的領(lǐng)域有些hold不住，又被其他領(lǐng)域占據許多精力。這些貌似有些毫無(wú)章法的動(dòng)作，讓一眾玩家紛紛懷疑，Intel到底還能拿出什么來(lái)穩固在半導體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導力?若真舍棄了架構和工藝上的優(yōu)勢，Intel還能剩下什么? “Intel是一家數據公司�！� 在上個(gè)月的架構日活動(dòng)和剛剛過(guò)去的CES展會(huì )上，Intel的全新技術(shù)戰略和產(chǎn)品展示似乎給出了答案。 六大支柱的由來(lái) 無(wú)論是剛剛過(guò)去的CES大展，還是上個(gè)月的架構日活動(dòng)，Intel一直在著(zhù)重介紹其聚焦于六個(gè)工程領(lǐng)域的全新技術(shù)戰略，即： 制程——擁有領(lǐng)先的制程技術(shù)，仍是建構領(lǐng)先的產(chǎn)品之關(guān)鍵。先進(jìn)的封裝解決方案在三維空間中擴展晶體管密度，將帶來(lái)指數級提升計算密度的能力。 架構——通過(guò)先進(jìn)的封裝和系統集成技術(shù)，把多樣化的標量(scalar)、矢量(vector)、矩陣(matrix)和空間(spatial)計算架構組合部署到CPU、GPU、加速器和FPGA芯片中，并通過(guò)可擴展的軟件堆棧釋放強大的能力。 內存——大容量、高速度的存儲對于下一代計算工作負載至關(guān)重要。通過(guò)將閃存和傲騰技術(shù)相結合，可填補內存層級中的空白，從而在更靠近硅芯片的地方提供帶寬。 超微互連——通信技術(shù)大到面向5G基礎設施的無(wú)線(xiàn)連接，小到芯片級封裝和裸片互連。只有提供全面的領(lǐng)先互連產(chǎn)品，才能實(shí)現大規模的異構計算格局。 安全——隨著(zhù)安全威脅的不斷涌現，Intel可提供安全技術(shù)，幫助實(shí)現端到端的全面提升，并讓安全性成為關(guān)鍵的差異化因素。 軟件——對于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，擁有一套利用好英特爾芯片的通用工具集，對于獲得性能的指數級擴展至關(guān)重要。 對于大部分普通消費者來(lái)說(shuō)，關(guān)注點(diǎn)往往集中在架構和工藝兩方面，筆者作為一名資深DIYer也不例外，這也是與我們最直接相關(guān)且日常接觸最多的領(lǐng)域。不過(guò)等到如愿以?xún)數臅r(shí)候，更多的卻是一種情理之中的感覺(jué)，反而是其他幾個(gè)新領(lǐng)域更能給人以新鮮的快感。 存在于回憶殺里的那個(gè)Intel，更多的是一家單純的PC處理器公司，然而實(shí)際上，Intel早已將自己定位為一家數據公司，并將“萬(wàn)物互聯(lián)”定為未來(lái)發(fā)展趨勢。 圍繞這一點(diǎn)，Intel自己對這次的CES已經(jīng)有了一個(gè)總結：這些技術(shù)的演進(jìn)，是在為更加多元化的數據時(shí)代奠定基石。 
《福布斯》資深分析師Patrick Moorhead此前曾表示，Intel通過(guò)讓自己進(jìn)入更大的市場(chǎng)，其潛在市場(chǎng)規模從只聚焦于傳統筆記本電腦和服務(wù)器領(lǐng)域時(shí)的450億美元，升級到集存儲、網(wǎng)絡(luò )、IoT和軟件等多領(lǐng)域于一體的3000億美元。 以Intel傲騰技術(shù)為例，在如今這個(gè)大數據時(shí)代，數據的海量規模、多樣性和急劇增長(cháng)已是司空見(jiàn)慣。Intel認為，數據洪流不應該僅僅視為一個(gè)存儲問(wèn)題，還可將它視為一次數據優(yōu)化的機遇，一個(gè)成功的現代數據策略應該是軟件定義的策略，以應用要求為基礎，并能實(shí)現智能分層。
傲騰技術(shù)平衡了RAM的高性能和非易失性存儲的大容量，通過(guò)將更多數據放到更接近CPU的位置，使應用在人工智能和大型數據庫中的更大量的數據集能夠獲得更快的處理速度，減少進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)的延遲，從而提高工作負載的性能。 另一方面，5G也一直是Intel的一個(gè)技術(shù)和戰略重點(diǎn)。Intel數據中心事業(yè)部總經(jīng)理Navin Shenoy在CES上曾提到，5G的過(guò)渡及其對網(wǎng)絡(luò )的影響，在加速數據和催化軟件定義網(wǎng)絡(luò )方面，與從模擬向數字的飛躍一樣具有變革意義，屆時(shí)定制芯片將被容器技術(shù)取代。 即是說(shuō)，我們正處于以數據為中心不斷演進(jìn)的世界中央，5G是未來(lái)創(chuàng )新平臺的DNA和基石，帶來(lái)無(wú)縫連接、幾乎無(wú)限的計算。 Navin Shenoy在會(huì )后透露，Intel將推出全新專(zhuān)門(mén)面向5G無(wú)線(xiàn)接入和邊緣計算的、基于10nm工藝的網(wǎng)絡(luò )系統芯片，研發(fā)代號“Snow Ridge”;使用多模5G LTE架構的Intel XMM 5G調制解調器支持全部3個(gè)毫米波頻段和6GHz以下頻段，將在2019年下半年交付給合作伙伴，并在2020年初推出產(chǎn)品。
同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò )束縛原理，一旦5G打破現有的通訊瓶頸，將會(huì )影響數據中心、云計算、邊緣計算等多個(gè)方向，Intel也將面向零售、視頻、工業(yè)和智慧城市等重點(diǎn)行業(yè)，為物聯(lián)網(wǎng)設計高性能芯片，增強邊緣計算，并大力發(fā)展計算機視覺(jué)技術(shù)。 而作為一家傳統印象中的硬件公司，Intel對于軟件環(huán)境的重要性也是心明眼亮。說(shuō)白了， 光是東西自身素質(zhì)好還不夠，還要讓大家用的好。完善的軟件環(huán)境所帶來(lái)的結果是，硬件底子差不多的情況下，Intel的產(chǎn)品可以跑的更快;實(shí)際表現差不多的兩套系統，Intel的更好用。 這樣的例子在處理器發(fā)展史上比比皆是，不說(shuō)別的，單單是Intel專(zhuān)屬I(mǎi)CC編譯器相對通用型GCC編譯器的性能優(yōu)勢，就讓其在服務(wù)器領(lǐng)域從容接下了AMD和Arm一次又一次的挑戰。這種“軟”實(shí)力，也是Intel二三十年來(lái)能將霸主地位越坐越穩的重要因素。 歸結起來(lái)看，Intel是在利用Core架構和Tick-Tock策略這些年積累下來(lái)的領(lǐng)先地位，為架構和工藝這兩條好漢又拉來(lái)了四個(gè)幫。六大戰略支柱所針對的某些領(lǐng)域，在普通消費者看來(lái)，似乎與傳統印象中以CPU起家的芯片巨頭并不搭邊，但其實(shí)都是對架構和工藝的補完與助益。 未來(lái)會(huì )怎么樣?未來(lái)的競爭基礎是什么?怎樣給用戶(hù)帶來(lái)更多價(jià)值? Gregory Bryant認為，對整個(gè)計算系統的全面優(yōu)化是未來(lái)的競爭基礎。優(yōu)化不止針對于一個(gè)方面，而是看哪個(gè)公司能將最好的CPU、GPU、AI加速器、通信系統、高速存儲等部分有機的結合到一起，進(jìn)行全方位優(yōu)化，這樣才能最終給終端用戶(hù)帶來(lái)更多的價(jià)值。 Intel客戶(hù)端計算事業(yè)部總經(jīng)理Gregory Bryant在CES結束后解釋道，下一個(gè)計算時(shí)代要求創(chuàng )新在完全不同的層面進(jìn)行，涵蓋整個(gè)生態(tài)系統并橫跨計算、連接以及其它各個(gè)方面。六大戰略支柱為Intel建立了一個(gè)框架，是推動(dòng)架構和芯片開(kāi)發(fā)的基石，而架構師們則根據這些支柱，決定每年在發(fā)展路線(xiàn)圖上實(shí)現的具體目標。 架構和工藝 認識過(guò)了這些相對陌生的技術(shù)領(lǐng)域后，回過(guò)頭來(lái)再看架構和工藝這兩個(gè)傳統主場(chǎng)。 雖然上面分析了種種，看得出Intel在整個(gè)計算市場(chǎng)確實(shí)有著(zhù)很大很長(cháng)遠的布局，可說(shuō)回到與普通消費者最直接相關(guān)的架構和工藝上，不得不說(shuō)Intel確實(shí)遇到了不少麻煩和困難：近幾代處理器的架構都是小幅改良，運算效能提升不大，10nm新工藝也是久攻不下。 好在今年的CES上，Intel展示了第一款10納米的Ice Lake處理器，以高集成度整合了Intel全新的“Sunny Cove”微架構、AI使用加速指令集以及第11代核心顯卡，從而提升圖形性能。2019年晚些時(shí)候，Sunny Cove將成為下一代PC和服務(wù)器處理器的基礎架構。
實(shí)際上，早在前幾年坊間便有傳聞稱(chēng)，Intel已經(jīng)意識到Core架構體系已經(jīng)開(kāi)始難以應對未來(lái)的發(fā)展需要，將在2020年前后推出全新的架構體系，而這恰好與如今的情況相吻合，一定程度上也表明Intel對于發(fā)展路線(xiàn)的規劃還是比較全面且長(cháng)遠的。 雷鋒網(wǎng)之前的文章已先行分析過(guò)，Sunny Cove架構旨在提高通用計算任務(wù)下每時(shí)鐘計算性能和降低功耗，并包含了可加速人工智能和加密等專(zhuān)用計算任務(wù)的新功能，能夠減少延遲、提高吞吐量，并提供更高的并行計算能力，有望改善從游戲到多媒體到以數據為中心的應用體驗，其功能特性包括： 增強的微架構，可并行執行更多操作。 可降低延遲的新算法。 增加關(guān)鍵緩沖區和緩存的大小，可優(yōu)化以數據為中心的工作負載。 針對特定用例和算法的架構擴展。例如，提升加密性能的新指令，如矢量AES和SHA-NI，以及壓縮/解壓縮等其它關(guān)鍵用例。 同時(shí)，隨著(zhù)眼下數據中心的計算類(lèi)型正如同寒武紀大爆發(fā)一樣增長(cháng)，Intel也一直在構建不同計算類(lèi)型的產(chǎn)品組合，包括Intel傳統的CPU、Arria和Stratix的FPGA，及其Crest神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )處理器等等。 Intel首席架構師Raja Koduri在架構日上曾指出，并非所有的晶體管都能適用于不同的場(chǎng)景，在不同的市場(chǎng)領(lǐng)域，需要的晶體管設計十分多樣，如通信晶體管、I/O晶體管、FPGA晶體管，以及傳統的CPU邏輯晶體管，即便可以用單一工藝大費周章的制造大型單芯片系統，也不是個(gè)明智的做法。 基于此，Intel在業(yè)界首創(chuàng )了名為Foveros的全新邏輯芯片3D堆疊技術(shù)，可實(shí)現在邏輯芯片上堆疊邏輯芯片。這是一種系統級封裝集成，有望首次將晶片的堆疊從傳統的無(wú)源中間互連層和堆疊存儲芯片擴展到CPU、GPU和AI處理器等高性能邏輯芯片，為整合高性能、高密度和低功耗硅工藝技術(shù)的器件和系統鋪平了道路。 Intel在CES現場(chǎng)展示了使用“Foveros”3D封裝技術(shù)混合CPU架構和封裝架構的Lakefield ，其采用22FFL IO芯片作為有源載板，并用TSV(硅通孔技術(shù))連接了一顆10nm芯片，其中包含1個(gè)Sunny Cove內核和4個(gè)Atom內核(可能是Tremont)。這款微型芯片尺寸為12*12，待機功率僅為2mW。 至于10nm工藝，雷鋒網(wǎng)曾分析認為，由于晶體管制造的復雜性，單純用代次來(lái)對比已經(jīng)不再準確。若以業(yè)內常用晶體管密度來(lái)衡量制程水平，Intel 10nm工藝的晶體管密度反而要比臺積電的7nm DUV制程更高。 國外網(wǎng)站Semiwiki討論了三星的10nm、8nm DUV以及7nm EUV制程的情況，其中10nm制程的晶體管密度是55.5MTr/mm2，8mm DUV是64.4MTr/mm2，7nm EUV也不過(guò)101.23MTr/mm2，堪堪超過(guò)Intel 10nm制程一點(diǎn)點(diǎn)。
中國工程院院士許居衍曾在一次學(xué)術(shù)會(huì )議上提到，從晶體管尺寸數據來(lái)看，90nm節點(diǎn)的物理柵長(cháng)是25nm，32nm節點(diǎn)的柵長(cháng)是24nm，節點(diǎn)進(jìn)步帶來(lái)的物理柵長(cháng)收益越來(lái)越小，縮小的制程節點(diǎn)，實(shí)際上沒(méi)有縮小半導體最關(guān)鍵的、有源區的部位“源-漏”上的問(wèn)題。 從指標上可以看出，隨著(zhù)節點(diǎn)的更迭，制造工藝理應隨著(zhù)趨近極限而收益放緩，但Intel對晶體管密度的要求不減反增，并提出了“超微縮”這一理念。雷鋒網(wǎng)認為，這也是為了逆破收益放緩的屏障，更加有效的延續摩爾定律。 若將晶體管理解為字，將光刻工藝理解為筆，那Intel就相當于要在不輕易更換筆尖的情況下寫(xiě)出更小的字，其中難度可想而知。雖然眼下進(jìn)程受阻，但從長(cháng)遠來(lái)看，超微縮的技術(shù)經(jīng)驗顯然會(huì )為后續工藝帶來(lái)更大收益。 本屆CES 2019發(fā)布會(huì )上，Intel一口氣公布了10nm在PC、服務(wù)器、全新封裝技術(shù)以及5G應用，涵蓋了六大支柱所涉及的所有方向�？梢钥闯�，Intel在這個(gè)節點(diǎn)的布局上拼的并非是10nm工藝本身，而是圍繞10nm制程打造的完整生態(tài)體系。 前沿之前的探索 雷鋒網(wǎng)(公眾號：雷鋒網(wǎng))了解到，十年之前Intel曾做過(guò)一次路線(xiàn)圖預測，包括對新材料、新工藝的預估�，F在回過(guò)頭來(lái)看，預測中大部分的方向都是沒(méi)有問(wèn)題的。 在推進(jìn)摩爾定律的過(guò)程中，80%的工作是基于材料的改革，另外20%的工作則是在尋求化學(xué)工藝方面的進(jìn)步，如原子層沉積、原子層蝕刻等技術(shù)，即不光要研究怎樣把芯片做小，還要研究怎樣用不同的方式來(lái)做這些器件。 據悉，Intel每年都會(huì )對半導體器件的性能進(jìn)行評估。這些研究可以進(jìn)一步發(fā)現如何更好的在電路中使用晶體管，如何將新式晶體管與新架構、新功能相結合。目前來(lái)看，CMOS所處的位置還是很不錯的，其功耗和性能表現要優(yōu)于大部分望半導體元器件。至少在最近的十年里，還是要以CMOS為主來(lái)制造芯片，其他的新技術(shù)可以與CMOS混合使用以提高性能、降低功耗或降低價(jià)格。 同時(shí)，對于未來(lái)的新型處理器，Intel在幾個(gè)方面都有相應的工作在進(jìn)行。例如神經(jīng)擬態(tài)芯片，目前已經(jīng)有了10nm的樣片，這是一種非馮·諾依曼架構的芯片，完全把存儲和計算單元融合在了一起，模擬了神經(jīng)元和神經(jīng)元之間的連接，是一種異步控制的芯片，可以在片上進(jìn)行自學(xué)習，支持無(wú)監督學(xué)習、監督學(xué)習、自監督學(xué)習和強化學(xué)習模式。 而在量子計算方面，Intel已經(jīng)在7、17、49三種量子比特節點(diǎn)上進(jìn)行了大量實(shí)驗。但量子的相互干渉是本世紀27個(gè)重大問(wèn)題之一，目前只能做到毫秒級連續計算，且量子計算目前的容錯率只有99.9%，而傳統芯片為99.9999999%，因此硅CMOS+馮·諾依曼的模式還要持續很長(cháng)一段時(shí)間。 Intel中國研究院院長(cháng)宋繼強稱(chēng)，CMOS的微縮還會(huì )繼續進(jìn)行下去，但會(huì )通過(guò)材料、化學(xué)工藝等不同方法來(lái)實(shí)現，可以通過(guò)3D封裝技術(shù)將晶體管堆疊起來(lái)，此外還有一些新的電路控制方式，可以讓摩爾定律繼續推進(jìn)下去。 可見(jiàn)，對于后摩爾定律時(shí)代，Intel的后手還很充足。 雷鋒網(wǎng)總結 新的時(shí)代，是Intel幾十年來(lái)最大的轉變和革新。 如果說(shuō)英特爾的架構日是“宣言書(shū)”，那么它在CES上一系列創(chuàng )新技術(shù)、產(chǎn)品與合作的發(fā)布，則是對“宣言書(shū)”更全面、更深刻的展示，意味著(zhù)它對自己的方向更加地堅定和充滿(mǎn)自信。 雷鋒網(wǎng)認為，Intel的新戰略需要從兩個(gè)角度來(lái)衡量，“這是否是市場(chǎng)所需”，“它是否可以實(shí)現”。六大支柱戰略非常有野心�？紤]到不斷變化的數據世界和摩爾定律的現狀，這一策略很適合Intel。 順便說(shuō)一句，不僅是Intel，摩爾定律也是每家芯片廠(chǎng)商需要面臨的新現實(shí)。如果芯片廠(chǎng)商未來(lái)五年還堅持只做單一的大芯片，很可能會(huì )被市場(chǎng)拋棄。 Intel的財務(wù)狀況一直很好，但面對市場(chǎng)上出現的動(dòng)蕩，Intel的大手筆很大膽，也很艱難。在接下來(lái)的一年里，Intel還會(huì )有很多里程碑式的重要披露，雷鋒網(wǎng)也會(huì )進(jìn)一步追蹤并研究Intel的新戰略，看它如何落地，是否能引起大轉折，敬請期待。 |
