今年的臺北電腦展上，Intel公司推出了十代酷睿處理器，也就是10nm工藝的Ice Lake處理器，今年6月份出貨，量產(chǎn)時(shí)間比預期提前了半年。
10nm Ice Lake是首發(fā)10nm的處理器，也是基于六大技術(shù)支柱的創(chuàng )新、可實(shí)現指數級性能增長(cháng)。
現在已經(jīng)是以數據為中心的時(shí)代了，云服務(wù)、大數據、5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的數據量是指數級增長(cháng)，2018年僅僅是中國就產(chǎn)生了7.6ZB的數據，2025年預計會(huì )大幅增加到48.6ZB，全球數據量高達175ZB，這樣的增長(cháng)已經(jīng)超過(guò)了單一處理器性能增長(cháng)的極限。
不僅僅是數據量的爆發(fā)，還有數據形態(tài)的多樣化，都對數據的處理提出了更復雜的需求。未來(lái)我們連接的設備也不再是數億級的PC，或者是10億級的智能手機，隨著(zhù)5G及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來(lái)的時(shí)代是萬(wàn)物互聯(lián)，2025年中國就有800億智能設備，全球則是1500億智能設備，縱橫交錯下對數據的處理、存儲、連接都提出了更高要求。
應對這樣的時(shí)代，Intel公司也轉變了戰略，從以往的以晶體管為中心變成了以數據為中心，轉向了六大技術(shù)支柱并行的創(chuàng )新，這六大支柱就是制程和封裝、架構、內存和存儲、互連、安全、軟件。Intel的目標是借助這六大技術(shù)支柱，實(shí)現指數級的增長(cháng)。
在Ice Lake處理器上，先進(jìn)工藝是10nm，架構是全新的Sunny Cove及Gen11核顯，內存上DDR4+傲騰也帶來(lái)了性能、容量的雙重升級，集成雷電3、Wi-Fi6也擴展了Ice Lake的連接性，安全及軟件優(yōu)化更是重中之重。
制程工藝：先進(jìn)的2.7倍微縮
六大技術(shù)支柱之中，先進(jìn)的制造工藝至關(guān)重要，是打造領(lǐng)先產(chǎn)品的關(guān)鍵基礎，而Ice Lake帶來(lái)高性能的前提就是10nm工藝的超高晶體管密度。
從14nm節點(diǎn)，Intel工藝的升級幅度明顯超過(guò)了前面幾代，22nm到14nm是2.5倍密度，而從14nm再到10nm更是提升到了2.7倍，晶體管密度達到了1MTr/mm2，也就是說(shuō)一平方毫米空間里就有1億個(gè)晶體管。
除了晶體管密度上繼續符合摩爾定律之外，Intel的10nm工藝在材料、工藝上還有不少創(chuàng )新之處。之前Techinsights拆解過(guò)Intel 10nm芯片，提到Intel 10nm工藝在后端制程BEOL中首次聯(lián)合使用金屬銅及釕，并且使用了自對齊曝光工藝，在新技術(shù)上做了很多探索性改進(jìn)，技術(shù)難度要比之前的工藝高得多。
值得一提的是，Intel去年推出了名為Foveros的3D封裝技術(shù)，該技術(shù)提供了極大的靈活性，因為設計人員可在新的產(chǎn)品形態(tài)中“混搭”不同的技術(shù)專(zhuān)利模塊與各種存儲芯片和I/O配置。
Foveros封裝技術(shù)也是六大技術(shù)支柱中的重要一環(huán)，雖然10nm Ice Lake處理器目前并沒(méi)有使用Foveros封裝技術(shù)，不過(guò)今年會(huì )有Lakefield處理器率先垂范Foveros封裝，未來(lái)還有更多處理器用上這一技術(shù)，芯片從二維走向三維之后也能帶來(lái)更高的指數級增長(cháng)。
架構創(chuàng )新：全新Sunny Cove核心，18% IPC性能提升
除了工藝上的升級之外，Ice Lake處理器上另外一個(gè)帶來(lái)指數級性能增長(cháng)的創(chuàng )新就是全新架構的應用。Intel認為，未來(lái)十年，架構創(chuàng )新會(huì )是他們創(chuàng )新的主要驅動(dòng)力，繼續帶來(lái)指數級的擴展效應。
就Ice Lake來(lái)說(shuō)，這次主要的架構升級就是CPU、GPU，其中CPU核心升級到了Sunny Cove，GPU升級到了Gen 11代。
在CPU核心上，Sunny Cove主要改進(jìn)可以說(shuō)是三點(diǎn)——更深、更寬、更智能，具體來(lái)說(shuō)就是：
- 更深：內部單元增強，L1緩存增加了50%，L2緩存翻倍。
- 更寬：尋址單元從4個(gè)增加到5個(gè)，執行單元接口從8個(gè)增加到10個(gè)等，提高了微架構的并行性能。
- 更智能：Intel在Sunny Cove核心上使用了更好的算法，提高了分支預測精度，降低了延遲。
Sunny Cove核心還提升了某些特定應用的性能，通過(guò)增加新的AES、SHA-NI指令提高了加密解密性能，還有解壓縮算法，此前Intel展示的7-ZIP性能提升了高達75%。
總的來(lái)說(shuō)，在CPU性能上，Sunny Cove內核帶來(lái)的改變是巨大的。與目前的六代到九代酷睿使用的基于Skylake改進(jìn)的架構相比，Sunny Cove內核在不同應用中性能提升10-40%不等，平均下來(lái)IPC(每指令周期性能)提升了18%之多，這是近年來(lái)CPU性能提升最大的一次了。
除了CPU核心，10nm工藝的Ice Lake處理器在核顯GPU上也來(lái)了一次飛躍，升級到了Gen11架構核顯。與目前主流CPU使用24個(gè)EU執行單元的Gen 9/10核顯不同，Gen11核顯的EU單元暴增到64個(gè)，頻率1.1GHz，浮點(diǎn)性能高達1.12TFLOPS，FP16半精度更是高達2.25TFOPS，是目前核顯的2-3倍。
Ice Lake的GPU規模增長(cháng)帶來(lái)的好處就是游戲性能提升了80%以上。據Computex上的信息，48/64單元的Iris Plus核顯可以保證多數游戲大作的平均幀率超過(guò)30FPS，部分還能突破60FPS。
此外，Gen11核顯在解碼、視頻輸出、垂直同步技術(shù)上也有革命性升級，雙解碼單元支持HEVC、VP9硬解，最高支持4K60、8K30，還支持DP 1.4、HDMI 2.0b，支持三屏獨立輸出，最高可輸出5K60、4K120 10-bit。
最后，Gen11核顯終于支持了VESA標準的Adaptive Sync自適應垂直同步技術(shù)，這是目前游戲顯示器光為支持的新一代垂直同步技術(shù)，玩游戲時(shí)可以避免畫(huà)面撕裂或者卡頓等問(wèn)題。
內存升級：DDR4提頻傲騰內存加速
內存和存儲的重要性往往被人忽視。事實(shí)上，隨著(zhù)海量數據時(shí)代的到來(lái)，內存和存儲的重要性日趨提升。
不論是內存還是存儲，Intel認為需要內存層級結構上各層級的指數級提升，以滿(mǎn)足當前的計算需求。而傲騰技術(shù)的推出，便是Intel正在重塑內存和存儲層級結構，填補層級空白，指數級提升內存性能。
首先，Ice Lake處理器的內存頻率大幅提升，支持LPDDR4-3733MHz內存以及DDR4-3200內存，前者主要用于移動(dòng)版產(chǎn)品，后者主要是桌面版產(chǎn)品。相比以往較低的內存頻率，Ice Lake處理器提升到DDR4-3200內存平均下來(lái)會(huì )提升30%的內存性能，對游戲及專(zhuān)業(yè)應用來(lái)說(shuō)大有裨益。
2020年還會(huì )有Ice Lake服務(wù)器版處理器上市，應該是第三代至強可擴展處理器系列了，而從今年的第二代至強可擴展處理器開(kāi)始，Intel就開(kāi)始支持傲騰數據中心持久性?xún)却?Optane DC Persistent Memory)，進(jìn)一步提升存儲系統的性能及容量。
傲騰數據中心持久內存容量目前提供128GB、256GB、512GB，最大功耗18W，頻率最高等同于DDR4-2666，讀取帶寬最高6.8GB/s，寫(xiě)入帶寬最高2.3GB/s，性能遠高于PCIe硬盤(pán)，更接近DDR4內存，可以彌補DDR內存容量小、SSD硬盤(pán)性能不足的問(wèn)題。
互連加速：40Gbps雷電3、Wi-Fi 6
在這個(gè)數據洪流的時(shí)代，CPU不只是要處理海量數據，還能夠更快速地連接海量數據，這也是Ice Lake處理器不同于其他產(chǎn)品的地方，因為它是第一個(gè)集成了雷電3以及Wi-Fi 6的處理器。
Intel的Thunderbolt雷電技術(shù)發(fā)展了數年了，目前最新標準是雷電3，速率高達40Gbps，是USB 3.0的4倍多，傳輸超大容量的文件也不需要等待太長(cháng)時(shí)間了，拷貝100GB的高清電影只要20秒左右的時(shí)間。
今年3月份Intel宣布向業(yè)界免費開(kāi)放雷電3授權，而Ice Lake處理器是第一個(gè)集成雷電3主控的處理器，進(jìn)一步降低了雷電3平臺的成本及接入難度。
此外，USB推進(jìn)組織也宣布未來(lái)的USB 4將基于雷電3協(xié)議，意味著(zhù)USB 4不僅擁有同樣的40Gbps，而且雙方的接口都會(huì )統一為USB Type-C，互相兼容。
目前雷電3已經(jīng)獲得了Windows 10及Linux系統的支持，支持雷電3的PC數量每年翻番增長(cháng)，超過(guò)400多款PC支持雷電3接口了，而支持雷電3的外設數量也超過(guò)了450款，同樣延續著(zhù)每年翻番的增長(cháng)趨勢。
40Gbps的雷電3是有線(xiàn)連接，Ice Lake還在Wi-Fi無(wú)線(xiàn)連接上走在了前列，率先整合了Wi-Fi 6，也就是之前的802.11ax無(wú)線(xiàn)標準，并且支持160MHz通道和OBSS網(wǎng)絡(luò )噪音過(guò)濾，提升速度的同時(shí)增強網(wǎng)絡(luò )可靠性，特別是改進(jìn)密集環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò )性能。
這樣做的好處就是同樣都是Wi-Fi 6標準，但是Intel的網(wǎng)絡(luò )速度更快，速率可達1680Mbps，是標準2x2 Wi-Fi6 80MHz通道的2倍。
除了速度更快，Intel還打造了成本更低、集成度更高的Wi-Fi 6解決方案，Mac物理核心使用了14nm工藝，RF射頻使用了28nm工藝，減少了15%的封裝面積，同時(shí)也減少了40%的針腳。
軟件擴展：生態(tài)系統突圍 AI加速
Intel公司有超過(guò)1.5萬(wàn)名的軟件工程師，軟件也是Intel六大支柱中的關(guān)鍵一環(huán)。
之所以軟件生態(tài)會(huì )受到重視，是因為當前多元化的計算需求之下，全新硬件架構每提升一個(gè)數量級的性能，軟件優(yōu)化就能帶來(lái)兩個(gè)數量級的性能提升，也就是說(shuō)現在到了向軟件生態(tài)要性能的時(shí)代了。
此外，Intel目前已經(jīng)擁有了CPU、GPU、FPGA、AI芯片等多種架構產(chǎn)品，為了簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)者的難度，Intel將推出One API的戰略，可以簡(jiǎn)化跨CPU、GPU、FPGA、人工智能和其它加速器的各種計算引擎的編程。該項目包括一個(gè)全面、統一的開(kāi)發(fā)工具組合，以將軟件匹配到能最大程度加速軟件代碼的硬件上。
得益于先進(jìn)的AI加速指令，Ice Lake處理器的AI性能相比八代酷睿性能可輕松提升2-2.5倍。
此外，不得不提的就是Ice Lake處理器的安全性，由于10nm Ice Lake是下一代處理器，在設計之初就考慮到了安全防護問(wèn)題，其安全性是這幾代處理器中最高的。
總結：指數級創(chuàng )新驅動(dòng)Intel未來(lái)增長(cháng)
正如前面所說(shuō)，Ice Lake對Intel來(lái)說(shuō)不只是新一代處理器，也不是升級10nm工藝那么簡(jiǎn)單。僅僅依賴(lài)制程工藝升級已經(jīng)無(wú)法適應數據洪流時(shí)代的計算需求了，10nm Ice Lake處理器正是Intel實(shí)施全新戰略的縮影。
正如宋繼強院長(cháng)在今年春天的戰略紛享會(huì )上所言，應對以數據為中心的時(shí)代所需的指數級增長(cháng)，Intel將依托六大技術(shù)支柱來(lái)推動(dòng)計算革命，在以數據為中心的時(shí)代繼續創(chuàng )新，未來(lái)5年、10年甚至50年里，它們將成為Intel發(fā)展的驅動(dòng)力。
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