2020年英特尔架构日：遇见更光明的未来

英特尔公司正处于一场重大转型当中，这场转型几乎改变了芯片巨头一切曾经熟悉的工作方式。去年，英特尔在2019年的架构日活动中做出一系列重要披露，也让外界人士第一次切实感受到这种转变。必须承认，英特尔在过去一、两年中表现不佳，尤其是在台式机、移动设备以及服务器CPU领域。但虽然在这些竞争领域中失去部分份额，但英特尔的市场表现仍然超出了预期。

英特尔公司高级副总裁、首席架构师，架构、图形与软件总经理Raja M. Koduri

由于COVID-19疫情的影响，今年的架构日活动完全转为线上进行，但披露内容却远超以往。这也表明，即使英特尔在7纳米这道关隘前久攻不下，其未来发展仍然前景光明。在2020年的架构是一项活动上，英特尔公司继续沿着去年提出的六大基本支柱前进，重点关注公司自身的关键优势领域，同时考虑如何继续发展以保持自身在半导体行业的强者地位。

10纳米制程节点与SuperFins

英特尔近年来在制程节点的进步方面一直困难重重，之前是10纳米上市日期延后，这次7纳米又出了同样的状况。但好消息是，芯片巨头对于14纳米与10纳米制程都做出了大量节点内的性能改进，也在坚持依靠自己的技术力量制造芯片产品。虽然从计划角度来看，英特尔确实打算将某些芯片外包给台积电，但该公司非常清楚，晶圆厂以及晶圆厂内使用的制程节点对其命运有着至关重要的作用。也正因为如此，英特尔才继续对自家FinFET进行创新思考，希望让这项最初诞生于22纳米时代下的成果再次迸发出能量。

英特尔正通过多种栅极层面的创新，完善并重新定义FinFET——其中包括改进栅极间距与制程，借此改善通道迁移率与驱动电流。英特尔还打造出所谓SuperFins，其中包含Super MIM（即金属绝缘体金属）电容，据称能够将MIM电容增加至5倍。此外还有新型薄势垒（Novel Thin Barriers）技术，据称可将通孔电阻降低30%。这一切FinFET创新再加上对FinFET形态的重新设计，最终成就了速度更快、甚至堪称全球最快的晶体管。

事实上，英特尔在10纳米制程与架构方面的改进相当惊人，据称这一代产品的性能较14纳米提升了近20%。在14纳米时代，英特尔的每一次更新周期（+++）只能实现4%到5%的小幅增量式性能改进，甚至连换四代CPU架构也才总计实现约20%的性能提升。此次英特尔将通过一次升级达成目标，也让10纳米工艺换代获得远超多数人想象的重要意义。

有史以来最可观的节点内性能增量

此外，英特尔设计制程节点的方式同样重要。芯片巨头并未受到芯片代际表述方式的局限，而是努力寻求以不同方法提高每瓦单位性能，借此为制程尺寸的极限保留一点回旋空间。实际上，英特尔方面已经透露，他们计划开发增强型SuperFins，能够进一步提高性能、实现互连创新，并针对数据中心工作负载做出优化。

尽管在所谓“5至6纳米”制程方面可能仍处于落后地位，但纵观英特尔全新晶体管的完整“堆栈”，大家会意识到其已经代表着业内的最高性能。接下来，我们将结合本次架构日活动上的Willow Cove公告，对此做出进一步介绍。

封装与互连

如前所述，英特尔一直在封装与互连技术层面推动创新，希望更灵活寺构建起诸如英特尔Lakefield处理器之类的产品。未来，英特尔还计划使用TSV（硅通孔）混合键合将各晶片之间的距离缩短至五分之一（从50微米减小至10微米），从而打造出体积更小、更简单的电路，借此降低功耗与电容尺寸。英特尔之前还公开了Co-EMIB封装技术，这项技术能够将计算与存储器晶片在同一芯片上进行水平（2D）与垂直（3D）堆叠，借此实现比单片生产工艺大得多的芯片产品。除了Co-EMIB之外，英特尔之前还在积极探索ODI的可行性。ODI能够实现更加紧密的晶片3D集成，其互连带宽可超越Foveros提供的直连供电方案。预计英特尔还将通过Alder Lake家族，为Lakefiled带来更多高性能后续产品，Alder Lake亦有望将英特尔的Golden Cove与Gracemont内核整合到同一套性能更强的混合架构当中。当然，这一切还不是英特尔所能实现的封装与互连极限，芯片巨头未来有计划推出光纤IO，每千光纤可带来1 Tbps的超高传输带宽。英特尔预计，其能够带来相当于PCIe Gen 6六倍的传输密度（最终结果预计于2021年确定）。此外，英特尔光纤IO的能源效率预计也将比PCIe Gen 6高50%，且延迟表现与电子IO基本相当。

结合目前行业中的设计与封装发展趋势，我认为不少企业将大范围采用3D封装技术以实现对多个小芯片的整合，在这方面英特尔公司拥有强大的实力，甚至可以说是目前市场上的领先者。当然，未来几周内，台积电也将发布更多最新消息。3D架构可以说是英特尔公司的长期战略以及行业转变方向，我认为目前的Lakefield架构还没有充分体现出未来的芯片设计思路。当然，其功耗与传输带宽确实更上一层楼，也给人留下了深刻印象。

Tiger Lake与Willow Cove

Tiger Lake与Willow Cove代表着英特尔公司的最新10纳米架构，其中Tiger Lake SoC使用的正是Willow Cove CPU架构。新的Willow Cove架构使用新型高性能SuperFin晶体管，这些晶体管能够改善整体金属堆叠结构。Willow Cove CPU内核以大获成功的Sunny Cove架构为基础，并凭借着晶体管与架构的改进，使得电压与频率曲线实现完全相移，借此在内核电压与时钟频率方面带来更大的动态范围。动态范围更大，意味着CPU性能将比上代产品高出约20%。尽管Willow Cove的架构细节仍然存在一定局限，但英特尔表示已经将缓存架构重新设计为更大的1.2MB MLC。英特尔同时指出，他们还在新架构中采用控制流执行技术，借此防止针对返回/跳跃的攻击。很明显，新一代10纳米芯片中必然包含着多种其他改进，共同推动英特尔借此实现高达20%的巨大性能提升。

Tiger Lake似乎将通过其六大支柱战略兑现英特尔公司长期以来希望实现的目标。它的出现，证明了英特尔有能力使用Willow Cove通过CPU内核扩展中实现13%至25%的性能提升，而这一切也将扩展至芯片巨头放下的所有产品线，包括台式机、笔记本电脑以及服务器。在我看来，随着Tiger Lake逻辑门数量与ASIC功能的增加，其GPU与ML性能将拥有广阔的发展空间。

Tiger Lake中的Xe-LP

（编辑：应用网_阳江站长网）

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