SuperFin晶體管技術(shù)加持，新一代英特爾10nm工藝和六大技術(shù)戰(zhàn)略亮相

8月13日 ，在英特爾2020年架構(gòu)日新聞發(fā)布會上，英特爾首席架構(gòu)師Raja Koduri攜手多位英特爾院士和架構(gòu)師，詳細(xì)介紹了英特爾在創(chuàng)新的六大技術(shù)支柱戰(zhàn)略所取得的進(jìn)展。英特爾推出了10納米SuperFin技術(shù)，這是該公司有史以來最為強大的單節(jié)點內(nèi)性能增強，帶來的性能提升可與全節(jié)點轉(zhuǎn)換相媲美。

該公司還公布了Willow Cove微架構(gòu)和用于移動客戶端的Tiger Lake SoC架構(gòu)細(xì)節(jié)，并首次介紹了可實現(xiàn)全擴展的Xe圖形架構(gòu)。這些創(chuàng)新的架構(gòu)可服務(wù)于消費類、高性能計算以及游戲應(yīng)用市場?；谟⑻貭柕摹胺纸庠O(shè)計”方式，結(jié)合先進(jìn)的封裝技術(shù)、XPU產(chǎn)品和以軟件為中心的戰(zhàn)略，英特爾的產(chǎn)品組合致力于為客戶提供領(lǐng)先的產(chǎn)品。

10nm SuperFin技術(shù)

經(jīng)過多年對FinFET晶體管技術(shù)的改進(jìn)，英特爾正在重新定義該技術(shù)，以實現(xiàn)其歷史上最強大的單節(jié)點內(nèi)性能增強，帶來的性能提升可與完全節(jié)點轉(zhuǎn)換相媲美。10nm SuperFin技術(shù)實現(xiàn)了英特爾增強型FinFET晶體管與Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的結(jié)合。 SuperFin技術(shù)能夠提供增強的外延源極/漏極、改進(jìn)的柵極工藝和額外的柵極間距，并通過以下方式實現(xiàn)更高的性能：

• 增強源極和漏極上晶體結(jié)構(gòu)的外延長度，從而增加應(yīng)變并減小電阻，以允許更多電流通過通道
• 改進(jìn)柵極工藝以實現(xiàn)更高的通道遷移率，從而使電荷載流子更快地移動
• 提供額外的柵極間距選項可為需要最高性能的芯片功能提供更高的驅(qū)動電流
• 使用新型薄壁阻隔將過孔電阻降低了30％，從而提升了互連性能表現(xiàn)
• 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，從而減少了電壓下降，顯著提高了產(chǎn)品性能。 該技術(shù)由一類新型的“高K”（ Hi-K）電介質(zhì)材料實現(xiàn)，該材料可以堆疊在厚度僅為幾埃厚的超薄層中，從而形成重復(fù)的“超晶格”結(jié)構(gòu)。 這是一項行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的技術(shù)，領(lǐng)先于其他芯片制造商的現(xiàn)有能力。
• 10nm SuperFin技術(shù)將運用于代號為“ Tiger Lake”的英特爾下一代移動處理器中。Tiger Lake正在生產(chǎn)中，OEM的產(chǎn)品將在假日季上市。

封裝

使用“混合結(jié)合（Hybrid bonding）”技術(shù)的測試芯片已在2020年第二季度流片。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)的替代品。這項新技術(shù)能夠加速實現(xiàn)10微米及以下的凸點間距，提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。

Willow Cove和Tiger Lake CPU架構(gòu)

Willow Cove是英特爾的下一代CPU微架構(gòu)。Willow Cove基于最新的處理器技術(shù)和10nm的SuperFin技術(shù)，在Sunny Cove架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提供超越代間CPU性能的提高，極大地提升了頻率以及功率效率。它還將重新設(shè)計的緩存架構(gòu)引入到更大的非相容1.25MB MLC中，并通過英特爾控制流強制技術(shù)（Control Flow Enforcement Technology）增強了安全性。

Tiger Lake將在關(guān)鍵計算矢量方面提供智能性能和突破性進(jìn)展。Tiger Lake是第一個SoC架構(gòu)中采用全新 Xe-LP圖形微架構(gòu)，可以對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，并實現(xiàn)大規(guī)模的AI性能提升、圖形性能巨大飛躍，以及整個SoC 中一整套頂級 IP，如全新集成的Thunderbolt 4。

Tiger Lake SoC架構(gòu)提供：

• 全新Willow Cove CPU核心 – 基于10nm SuperFin技術(shù)進(jìn)步，顯著提升頻率
• 新Xe圖形架構(gòu) – 具有高達(dá)96個執(zhí)行單元（EUs），每瓦性能效率顯著提高
• 電源管理 – 一致性結(jié)構(gòu)中的自主動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS），提高了全集成電壓穩(wěn)壓器（FIVR）效率
• 結(jié)構(gòu)和內(nèi)存 – 一致性結(jié)構(gòu)帶寬增加2倍，約86GB/s內(nèi)存帶寬，經(jīng)驗證的LP4x-4267、DDR4-3200；LP5-5400架構(gòu)功能?
• 高斯網(wǎng)絡(luò)加速器GNA 2.0專用IP，用于低功耗神經(jīng)推理計算，減輕CPU處理。運行音頻噪音抑制工作負(fù)載情況下，采用GNA推理計算的CPU占用率比不采用GNA的CPU低20%
• IO – 集成TB4/USB4，CPU上集成PCIe Gen 4，用于低延遲、高帶寬設(shè)備對內(nèi)存的訪問
• 顯示 – 高達(dá) 64GB/s的同步傳輸帶寬用于支持多個高分辨率顯示器。到內(nèi)存的專用結(jié)構(gòu)路徑，以保持服務(wù)質(zhì)量?
• IPU6 – 多達(dá)6個傳感器，具有4K 30幀視頻、27MP像素圖像；最高4K90幀和42MP像素圖像架構(gòu)功能

混合架構(gòu)

Alder Lake是英特爾的下一代采用混合架構(gòu)的客戶端產(chǎn)品。Alder Lake將結(jié)合英特爾即將推出的兩種架構(gòu)——Golden Cove和Gracemont，并將進(jìn)行優(yōu)化，以提供出色的效能功耗比。

Xe圖形架構(gòu)

英特爾詳細(xì)介紹了經(jīng)過優(yōu)化的Xe-LP（低功耗）微架構(gòu)和軟件，可為移動平臺提供高效的性能。 Xe-LP是英特爾針對PC和移動計算平臺的最高效架構(gòu)，最高配置EU單元多達(dá)96組，并具有新架構(gòu)設(shè)計，包括異步計算、視圖實例化 （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功能具備即時游戲調(diào)整（Instant Game Tuning）、捕捉與流媒體及圖像銳化。在軟件優(yōu)化方面，Xe-LP將通過新的DX11路徑和優(yōu)化的編譯器對驅(qū)動進(jìn)行改進(jìn)。

首款Xe-HP芯片已于實驗室完成啟動測試。 Xe-HP是業(yè)界首個多區(qū)塊（multi-tiled）、高度可擴展的高性能架構(gòu)，可提供數(shù)據(jù)中心級、機架級媒體性能，GPU可擴展性和AI優(yōu)化。它涵蓋了從一個區(qū)塊到兩個和四個區(qū)塊的動態(tài)范圍的計算，其功能類似于多核GPU。在架構(gòu)日活動中，英特爾展示了Xe-HP在單個區(qū)塊上以60 FPS的速率對10個完整的高質(zhì)量4K視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)碼。另一個演示還展示了Xe-HP在多個區(qū)塊上的計算可擴展性。英特爾現(xiàn)在正在與關(guān)鍵客戶一起測試Xe-HP，并計劃通過Intel? DevCloud使開發(fā)者可以使用Xe HP。Xe HP將于明年推出。

英特爾推出了新的Xe微架構(gòu)變體——Xe-HPG，這是一種為游戲優(yōu)化的微架構(gòu)，結(jié)合了Xe-LP的良好的效能功耗比的構(gòu)建模塊，利用Xe-HP的可擴展性對Xe-HPC進(jìn)行更強的配置和計算頻率的優(yōu)化。同時，Xe-HPG添加了基于GDDR6的新內(nèi)存子系統(tǒng)以提高性價比，且將具有加速的光線跟蹤支持。 Xe-HPG預(yù)計將于2021年開始發(fā)貨。

英特爾?Server GPU（SG1）是英特爾針對數(shù)據(jù)中心的首款基于Xe架構(gòu)的獨立圖形顯卡。SG1通過實現(xiàn)4個DG1的聚合，可以很小的尺寸將性能提升至數(shù)據(jù)中心級別，以實現(xiàn)低延遲、高密度的安卓云游戲和視頻流。 SG1將很快投產(chǎn)，并于今年晚些時候發(fā)貨。

英特爾首款基于Xe架構(gòu)的獨立圖形顯卡DG1已投產(chǎn)，并有望按計劃于2020年開始交付。DG1現(xiàn)在可在英特爾?DevCloud上供早期訪問用戶使用。正如在CES上披露的那樣，DG1是英特爾首款基于Xe-LP微架構(gòu)針對PC的獨立圖形顯卡。

英特爾?顯卡指揮中心（IGCC）引入了新功能，包括即時游戲調(diào)整和游戲銳化。

• 即時游戲調(diào)整是一個專用于游戲的驅(qū)動，可以比以前更快地推送修復(fù)和優(yōu)化給最終用戶，而且不需要下載和安裝完整的驅(qū)動程序。它只需要用戶在每個游戲選擇加入一次即可。
• 游戲銳化使用感知自適應(yīng)銳化，一種基于計算著色器的自適應(yīng)銳化算法提高游戲中的圖像清晰度。此功能對于使用分辨率縮放以平衡性能和圖像質(zhì)量的游戲尤其有用，并且是IGCC中的一項可選功能。

數(shù)據(jù)中心架構(gòu)

Ice Lake是首款基于10nm的英特爾至強可擴展處理器，預(yù)期將于2020年底推出。Ice Lake產(chǎn)品將在跨工作負(fù)載的吞吐量和響應(yīng)能力方面提供強勁性能。它將帶來一系列技術(shù)，包括全內(nèi)存加密、PCIe Gen 4、8個內(nèi)存通道等，以及可加快密碼運算速度的增強指令集。Ice Lak系列中也會推出針對網(wǎng)絡(luò)存儲和物聯(lián)網(wǎng)的變體。

Sapphire Rapids是英特爾基于增強型SuperFin技術(shù)的下一代至強可擴展處理器，將提供領(lǐng)先的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，包括DDR5、PCIe Gen 5、Compute Express Link 1.1等。Sapphire Rapids將是美國阿貢國家實驗室“極光”超級計算機系統(tǒng)（Aurora Exascale）中使用的CPU，它將延續(xù)英特爾的內(nèi)置人工智能加速策略，使用一種名為先進(jìn)的矩陣擴展（AMX）的新加速器。Sapphire Rapids預(yù)計將于2021年下半年開始首批生產(chǎn)發(fā)貨。

英特爾現(xiàn)在擁有世界上第一臺下一代224G-PAM4 TX收發(fā)器，展現(xiàn)了其在先進(jìn)FPGA技術(shù)上的不斷創(chuàng)新和連續(xù)三代收發(fā)器領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

軟件

oneAPI Gold版本將于今年晚些時候推出，為開發(fā)人員提供在標(biāo)量、矢量、距陣和空間體系結(jié)構(gòu)上保證產(chǎn)品級別的質(zhì)量和性能的解決方案。英特爾于7月發(fā)布了其第八版的oneAPI Beta，為分布式數(shù)據(jù)分析帶來了新的功能和提升，包括渲染性能、性能分析以及視頻和線程文庫。 DG1獨立GPU當(dāng)前在英特爾?DevCloud上可供部分開發(fā)人員使用，其中包含DG1文庫和工具包，來使他們能夠在擁有硬件之前就開始使用oneAPI編寫DG1相關(guān)的軟件。

此次各項技術(shù)創(chuàng)新揭示了英特爾“六大技術(shù)支柱”創(chuàng)新戰(zhàn)略的持續(xù)邁進(jìn)。 英特爾正充分利用其獨特的優(yōu)勢，提供標(biāo)量、矢量、矩陣和空間架構(gòu)結(jié)合的解決方案，廣泛部署于CPU、GPU、加速器和FPGA中，并由開放的、符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編程模型oneAPI實現(xiàn)統(tǒng)一，從而簡化應(yīng)用程序開發(fā)。