英特爾六大新技術(shù)搶先看

英特爾在2020年架構(gòu)日上推出10nm SuperFin晶體管技術(shù)，將實(shí)現(xiàn)其有史以來(lái)最強(qiáng)大的單節(jié)點(diǎn)內(nèi)性能增強(qiáng)。

據(jù)悉，10nm SuperFin技術(shù)將用于英特爾代號(hào)為“Tiger Lake”的下一代移動(dòng)處理器，同時(shí)該處理器正在生產(chǎn)中，預(yù)計(jì)其OEM產(chǎn)品將于假日季上市。

此外，英特爾還發(fā)布了下一代CPU微架構(gòu)Willow Cove、Tiger Lake SoC架構(gòu)，以及可實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)展的Xe圖形架構(gòu)等。這些創(chuàng)新的架構(gòu)也將用于消費(fèi)類、高性能計(jì)算、移動(dòng)客戶端和游戲應(yīng)用等市場(chǎng)。

與此同時(shí)，英特爾首席架構(gòu)師Raja Koduri，以及多位英特爾院士和架構(gòu)師也聚在一起，共同圍繞制程/封裝、架構(gòu)、內(nèi)存/存儲(chǔ)、互連、安全、軟件這六大技術(shù)支柱方面，詳細(xì)介紹了相關(guān)的技術(shù)新進(jìn)展。

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10nm SuperFin技術(shù)：可媲美全節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換

10nm SuperFin技術(shù)實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型FinFET晶體管與Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的結(jié)合，能夠提供增強(qiáng)的外延源極/漏極、改進(jìn)的柵極工藝，以及額外的柵極間距。

英特爾稱，這項(xiàng)技術(shù)不僅是英特爾有史以來(lái)最強(qiáng)大的單節(jié)點(diǎn)內(nèi)性能增強(qiáng)，同時(shí)它所提升的性能也可和全節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換相媲美。

據(jù)了解，SuperFin技術(shù)主要是通過(guò)5個(gè)方面的晶體管工藝優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)制程工藝的性能提升：

1、優(yōu)化源極與漏極結(jié)構(gòu)

SuperFin技術(shù)通過(guò)增長(zhǎng)源極和漏極上晶體結(jié)構(gòu)的外延長(zhǎng)度，在增加應(yīng)變的同時(shí)減小電阻，從而讓更多的電流通過(guò)通道。

2、改進(jìn)柵極工藝

柵極工藝的改進(jìn)讓通道遷移率進(jìn)一步提高，加速了電荷載流子的移動(dòng)。

3、增加額外柵極間距

通過(guò)增加額外的柵極間距選項(xiàng)，能夠?yàn)樾枰罡咝阅艿?a target="_blank">芯片功能提供更高的驅(qū)動(dòng)電流。

4、使用新型薄壁

英特爾在SuperFin工藝中使用了新型薄壁阻隔，使過(guò)孔電阻降低30%，并進(jìn)一步提升互連性能。

5、電容增加

與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，SuperFin工藝在同等占位面積里的電容增加了5倍，不僅減少了電壓下降，同時(shí)也提升了產(chǎn)品性能。

據(jù)了解，這項(xiàng)技術(shù)主要通過(guò)新型“高K”（Hi-K）電介質(zhì)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一材料能夠堆疊在厚度只有幾埃厚的超薄層中，以形成重復(fù)的“超晶格”結(jié)構(gòu)。

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Willow Cove與Tiger Lake CPU架構(gòu)

基于10nm SuperFin工藝和最新的處理器技術(shù)，英特爾推出了下一代名為“Willow Cove”的CPU微架構(gòu)。

與英特爾2018年發(fā)布的Sunny Cove架構(gòu)相比，Willow Cove架構(gòu)在前者的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了超越代間CPU性能的提升，從而大幅度增強(qiáng)頻率和功率效率。

同時(shí)，Willow Cove架構(gòu)在更大的非相容1.25MB MLC中，引入了重新設(shè)計(jì)的緩存架構(gòu)，并通過(guò)控制流強(qiáng)制技術(shù)（Control Flow Enforcement Technology）增強(qiáng)了安全性。

另一方面，Tiger Lake是英特爾第一個(gè)采用全新Xe-LP（低功耗）微架構(gòu)的SoC架構(gòu)，能夠?qū)PU、AI加速器進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)CPU、AI和圖形性能的進(jìn)一步提升。

具體來(lái)看，Tiger Lake SoC架構(gòu)主要包含以下8個(gè)特性：

1、 全新Willow Cove CPU核心?；?0nm SuperFin技術(shù)的創(chuàng)新，能顯著提升頻率。

2、新Xe圖形架構(gòu)。執(zhí)行單元（EUs）多達(dá)96個(gè)，大幅度提升每瓦性能效率。

3、電源管理。一致性結(jié)構(gòu)中的自助動(dòng)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。

4、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(yàn)證的LP4x-4267、DDR4-3200，以及LP5-5400架構(gòu)功能。

5、高斯網(wǎng)絡(luò)加速器GNA 2.0專用IP，能用于低功耗神經(jīng)推理計(jì)算，減輕CPU處理。同時(shí)，在運(yùn)行音頻噪音抑制工作負(fù)載的情況下，采用GNA推理計(jì)算的CPU利用率，比不采用GNA的CPU低20%。

6、IO。集成TB4/USB4，CPU上集成PCIe Gen 4，用于低延遲、高帶寬設(shè)備對(duì)內(nèi)存的訪問(wèn)。

7、顯示。高達(dá)64GB/s的同步傳輸帶寬，可支持多個(gè)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。

8、IPU6。擁有6個(gè)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。

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基于Xe圖形架構(gòu)的多款獨(dú)立顯卡及微架構(gòu)

此次架構(gòu)日上，英特爾詳細(xì)介紹了可實(shí)現(xiàn)全擴(kuò)展的Xe圖形架構(gòu)，

目前，Xe圖形架構(gòu)主要有Xe-LP（低功耗）、Xe-HP、Xe-HPC和Xe-HPG四個(gè)系列。

1、Xe-LP是英特爾針對(duì)PC和移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的最高效架構(gòu)。它的最高配置EU單元為96組，并具有新架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括異步計(jì)算、視圖實(shí)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。

Xe-LP能夠讓新的終端用戶功能具備即時(shí)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也將通過(guò)新的DX11路徑和優(yōu)化的編譯器，對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)。

2、Xe-HP是多區(qū)塊（multi-tiled）、高度可擴(kuò)展的高性能架構(gòu)。它能夠提供數(shù)據(jù)中心級(jí)、機(jī)架級(jí)媒體性能，GPU可擴(kuò)展性和AI優(yōu)化。

此外，Xe-HP涵蓋了從一個(gè)區(qū)塊（tile）到兩個(gè)和四個(gè)區(qū)塊的動(dòng)態(tài)范圍計(jì)算，功能類似于多核GPU。

基于這一特性，英特爾在現(xiàn)場(chǎng)展示了Xe-HP在單個(gè)區(qū)塊上以60 FPS的速率，對(duì)10個(gè)完整的高質(zhì)量4K視頻流進(jìn)行轉(zhuǎn)碼。同時(shí)，還演示了Xe-HP在多個(gè)區(qū)塊上的計(jì)算可擴(kuò)展性。

據(jù)了解，英特爾首款Xe-HP芯片已在實(shí)驗(yàn)室完成啟動(dòng)測(cè)試。

目前，英特爾正與關(guān)鍵客戶共同測(cè)試Xe-HP，并計(jì)劃通過(guò)Intel DevCloud讓開(kāi)發(fā)者能使用Xe HP。與此同時(shí)，Xe HP的相關(guān)產(chǎn)品也將于明年推出。

3、Xe-HPG是英特爾此次推出的新Xe微架構(gòu)變體，專為游戲而優(yōu)化。它結(jié)合了Xe-LP良好的效能功耗的構(gòu)建模塊，利用Xe-HP的可擴(kuò)展性對(duì)Xe-HPC進(jìn)行更強(qiáng)的配置和計(jì)算頻率優(yōu)化。

同時(shí)，Xe-HPG還添加了基于GDDR6的新內(nèi)存子系統(tǒng)以提高性價(jià)比，將支持加速的光線跟蹤。Xe-HPG預(yù)計(jì)將于2021年開(kāi)始發(fā)貨。

英特爾將基于Xe架構(gòu)推出兩款獨(dú)立顯卡，并在顯卡指揮中心（IGCC）中引入即時(shí)游戲調(diào)整和游戲銳化兩項(xiàng)新功能。

一是英特爾首款基于Xe-LP架構(gòu)的DG1獨(dú)立圖形顯卡，主要面向PC設(shè)備。目前，該顯卡已進(jìn)入投產(chǎn)階段，有望按計(jì)劃在2020年開(kāi)始交付。

同時(shí)，DG1已在英特爾DevCloud上供早期訪問(wèn)用戶使用，包含DG1文庫(kù)和工具包，讓用戶能夠提前使用oneAPI來(lái)編寫(xiě)DG1相關(guān)的軟件。

二是英特爾針對(duì)數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的Server GPU（SG1）。據(jù)了解，SG1集成了4個(gè)DG1，能夠以很小的尺寸將性能提升至數(shù)據(jù)中心級(jí)別，來(lái)實(shí)現(xiàn)低延遲、高密度的安卓云游戲和視頻流。

SG1將很快進(jìn)行投產(chǎn)，并于今年晚些時(shí)候發(fā)貨。

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兩大數(shù)據(jù)中心架構(gòu)：Ice Lake和Sapphire Rapids

1、Ice Lake

Ice Lake是首款基于10nm的英特爾至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，能夠在跨工作負(fù)載的吞吐量和響應(yīng)能力方面，提供強(qiáng)勁性能。

技術(shù)方面，Ice Lake包括全內(nèi)存加密、PCIe Gen 4、8個(gè)內(nèi)存通道，以及可加快密碼運(yùn)算速度的增強(qiáng)指令集等。此外，Ice Lake系列也將推出針對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)和物聯(lián)網(wǎng)的變體。

Ice Lake預(yù)計(jì)在今年年底推出。

2、Sapphire Rapids

Sapphire Rapids是英特爾基于增強(qiáng)型SuperFin技術(shù)所研發(fā)的下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器，能提供DDR5、PCIe Gen 5、Compute Express Link 1.1等標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

英特爾提到，Sapphire Rapids將用于美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室“極光”超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（Aurora Exascale）中，延續(xù)英特爾的內(nèi)置AI加速策略，使用一種名為先進(jìn)的矩陣擴(kuò)展（AMX）加速器。

Sapphire Rapids預(yù)計(jì)將于2021年下半年開(kāi)始首批生產(chǎn)發(fā)貨。

除此之外，英特爾在FPGA技術(shù)領(lǐng)域也不斷推進(jìn)創(chuàng)新。值得一提的是，英特爾擁有世界上第一臺(tái)下一代224G-PAM4 TX收發(fā)器。

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下一代混合架構(gòu)產(chǎn)品

英特爾下一代采用混合架構(gòu)的客戶端產(chǎn)品名為Alder Lake，它將結(jié)合英特爾馬上推出的Golden Cove和Gracemont兩種架構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化，以提供更好的效能功耗比。

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混合結(jié)合封裝技術(shù)：測(cè)試芯片已流片

目前，大多數(shù)傳統(tǒng)封裝技術(shù)使用的是熱壓結(jié)合（Thermocompression bonding）技術(shù)。作為熱壓結(jié)合技術(shù)的替代品，混合結(jié)合（Hybrid bonding）技術(shù)能夠加速實(shí)現(xiàn)10微米及以下的凸點(diǎn)間距，從而帶來(lái)更高的互連密度、帶寬和更低功率。

早在今年第二季度，英特爾使用混合結(jié)合封裝技術(shù)的測(cè)試芯片已成功流片。

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軟件：將于今年推出oneAPI Gold版本

軟件方面，英特爾早在今年7月就發(fā)布了第八版oneAPI Beta，為分布式數(shù)據(jù)分析帶來(lái)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(kù)。

英特爾在架構(gòu)日上提到，oneAPI Gold版本將于今年晚些時(shí)候推出，屆時(shí)將為開(kāi)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(jí)別的質(zhì)量和性能的解決方案。

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結(jié)語(yǔ)：英特爾的“失”與“得”

過(guò)去一段時(shí)間以來(lái)，英特爾的7nm CPU發(fā)布推遲、市值首次被英偉達(dá)超越的消息，難免引起了行業(yè)的不少質(zhì)疑和擔(dān)憂。

但從這場(chǎng)架構(gòu)日上，我們可以看到英特爾仍保有強(qiáng)勁的技術(shù)實(shí)力和信心，在摩爾定律逐漸放緩的當(dāng)下，通過(guò)對(duì)CPU、GPU、FPGA，以及架構(gòu)、封裝和軟件等領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新，開(kāi)辟更多樣化和多維度發(fā)展路徑，以滿足日益多元化的計(jì)算需求。

這似乎也是英特爾想要表達(dá)的另一個(gè)觀點(diǎn)——推動(dòng)摩爾定律的發(fā)展不僅僅只有提升納米制程工藝一條路，橫向地拓展晶體管工藝技術(shù)和架構(gòu)創(chuàng)新也能“More than Moore”。

在英特爾看來(lái)，如今人們正處于一個(gè)智能化的新時(shí)代，亦是個(gè)“惠及每個(gè)人萬(wàn)億億次計(jì)算能力”的時(shí)代。

在新時(shí)代引發(fā)的技術(shù)洪流下，英特爾自2018年就提出的六大技術(shù)支柱戰(zhàn)略，圍繞制程和封裝、架構(gòu)、內(nèi)存和存儲(chǔ)、互連、安全和軟件等方面推動(dòng)產(chǎn)品的升級(jí)，無(wú)疑為行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了一個(gè)行之有效的解決方案。

未來(lái)，在競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈的環(huán)境下，英特爾能否繼續(xù)引領(lǐng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與升級(jí)？我們拭目以待。