英特爾10nm制程技術(shù)將依舊帶來業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)水準(zhǔn)和性能水準(zhǔn)

目前，處于王者段位的半導(dǎo)體芯片廠商屈指可數(shù)，而英特爾又是其中的佼佼者……

去年12月份，英特爾在架構(gòu)日活動(dòng)上公布了未來六大戰(zhàn)略支柱，從制程、架構(gòu)、存儲(chǔ)、超微互聯(lián)、軟件以及安全方面為PC行業(yè)未來發(fā)展定下基調(diào)。

同時(shí)，英特爾還正式公布了10nm制程的相關(guān)信息。隨后，在今年初的CES上，英特爾正式宣布了10nm制程落地，并披露了更多細(xì)節(jié)信息。

雖然從字面來看，PC半導(dǎo)體芯片已經(jīng)進(jìn)入了7nm制程節(jié)點(diǎn)，但如果拿出參數(shù)做對(duì)比的話會(huì)發(fā)現(xiàn)，英特爾在10nm制程節(jié)點(diǎn)就已經(jīng)做到了與臺(tái)積電7nm制程同樣的晶體管集成數(shù)量，從中可見英特爾在制程技術(shù)上有著深厚的技術(shù)積累。

四大應(yīng)用方面構(gòu)筑全方位生態(tài)

而站在PC行業(yè)的角度來看，英特爾10nm制程技術(shù)下的PC處理器芯片，將依舊帶來業(yè)界領(lǐng)先的技術(shù)水準(zhǔn)和性能水準(zhǔn)。因此不得不說，“王者段位”的英特爾在推出10nm制程的同時(shí)，又一次站在了PC行業(yè)的最前方。

其實(shí)，英特爾10nm制程的優(yōu)勢(shì)并不僅僅是表面上的參數(shù)，而是英特爾圍繞10nm制程打造了非常完整的生態(tài)體系，這使得英特爾10nm制程技術(shù)芯片能夠被應(yīng)用在更為廣闊的領(lǐng)域之中。

在年初的CES上，英特爾一口氣公布了10nm制程下的四大應(yīng)用方向，其中包括PC、服務(wù)器、全新的封裝技術(shù)以及5G。所對(duì)應(yīng)的芯片平臺(tái)包括面向PC和數(shù)據(jù)中心級(jí)別的Ice Lake平臺(tái)、面向3D封裝技術(shù)的LakeFiled、以及面向5G領(lǐng)域的SnowRidge。

這從一個(gè)側(cè)面反映出英特爾在為10nm做準(zhǔn)備的過程中，不僅僅考慮到了眼前的領(lǐng)域，同時(shí)還考慮到了一些前沿領(lǐng)域的拓展。至少在我看來，英特爾10nm刀一出鞘，即是成熟的殺招，未有絲毫拖泥帶水。

先進(jìn)的Sunny Cove微架構(gòu)

與10nm制程密不可分的當(dāng)屬Sunny Cove微架構(gòu)。在14nm制程甚至更早之前的架構(gòu)體系中，英特爾并未將核心代號(hào)與架構(gòu)分離。

比如KabyLake既是核心代號(hào)又是架構(gòu)名稱，而10nm制程首批產(chǎn)品，則會(huì)以IceLake作為核心代號(hào)，而以Sunny Cove作為架構(gòu)名稱出現(xiàn)，這標(biāo)志著英特爾處理器架構(gòu)正式由“Lake時(shí)代”進(jìn)入“Cove時(shí)代”。

之所以說英特爾10nm制程技術(shù)出世即王者，很重要的一部分原因來自于Sunny Cove微架構(gòu)的提升上。新架構(gòu)主要聚焦在ST單核性能、全新ISA及并行性三個(gè)方面的優(yōu)化和改進(jìn)，Sunny Cove微架構(gòu)主要解決以下四個(gè)問題：

其一、增強(qiáng)的微架構(gòu)，可并行執(zhí)行更多操作。

其二、可降低延遲的新算法。

其三、增加關(guān)鍵緩沖區(qū)和緩存的大小，可優(yōu)化以數(shù)據(jù)為中心的工作負(fù)載。

其四、針對(duì)特定用例和算法的架構(gòu)擴(kuò)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。

對(duì)于處理器來說，IPC強(qiáng)弱與CPU性能有直接關(guān)系。英特爾在Sunny Cove微架構(gòu)IPC性能提升方式上給出了三個(gè)字：更深（deeper）、更寬（wider）、更智能（smarter）。

更深方面，Sunny Cove微架構(gòu)表現(xiàn)在L1容量的增加，從32KB增加到48KB，而且L2緩存、uop、TLB緩存都更大；

更寬主要體現(xiàn)在執(zhí)行管線上，Sunny Cove微架構(gòu)分配單元從4個(gè)增加到5個(gè)，執(zhí)行接口從8個(gè)增加到10個(gè)，L1 Store帶寬翻倍。

而想要讓更深、更寬發(fā)揮出應(yīng)用的實(shí)力，那么就需要有更好的算法。Sunny Cove的smarte就是為此而設(shè)計(jì)。

英特爾研究院院長宋繼強(qiáng)在解答這個(gè)問題時(shí)主要提及兩個(gè)方面，其一是提高分支預(yù)測精度，其二是減少延遲。

另外英特爾還為Sunny Cove微架構(gòu)配置了加密解密指令集，并在AI、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、矢量等方面進(jìn)行全方位改進(jìn)。因此對(duì)于PC用戶來說，無論是消費(fèi)級(jí)還是服務(wù)器用戶，Sunny Cove微架構(gòu)帶來的變化要比10nm這個(gè)制程節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)更有意義。

由此可見，英特爾10nm制程架構(gòu)處理器本身具備足夠強(qiáng)的基礎(chǔ)參數(shù)，依然會(huì)是業(yè)界領(lǐng)先的處理器平臺(tái)。

Foveros 3D堆疊封裝為半導(dǎo)體芯片發(fā)展開辟新道路

除了在制程上有所突破之外，10nm制程技術(shù)框架下，F(xiàn)overos 3D封裝技術(shù)不失為一項(xiàng)為半導(dǎo)體芯片發(fā)展開辟新道路的重要技術(shù)。

去年，英特爾開始在公開場合提出“混搭”概念，這一概念是將不同規(guī)格的半導(dǎo)體芯片通過特殊方式封裝在一個(gè)芯片之上，使之具備更強(qiáng)的性能和更好的功耗表現(xiàn)，可以讓芯片突破制程與架構(gòu)的束縛，實(shí)現(xiàn)更為自由的組合。

這種混搭封裝技術(shù)被英特爾命名為EMIB，即Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，中文譯名為嵌入式多核心互聯(lián)橋接。

EMIB技術(shù)最為知名的應(yīng)用是英特爾去年推出的冥王峽谷NUC，Kaby Lake-G平臺(tái)首次將英特爾CPU與AMD Radeon RX Vega M GPU混搭在一塊芯片上，使其同時(shí)具備英特爾處理器的計(jì)算能力以及AMD GPU的圖形性能，總體體驗(yàn)非常不錯(cuò)。

不過，EMIB作為2D封裝技術(shù)，在體積、功耗等方面還有改進(jìn)的空間。因此，3D封裝堆疊的Foveros技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

無論是EMIB還是Foveros，雖然封裝方式不同，但解決的問題是一樣的。

以往單片時(shí)代處理器內(nèi)部的CPU核心、GPU核心、IO單元、內(nèi)存控制器等子單元都必須是同一工藝制程下設(shè)計(jì)的，不過在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不需要大家都一樣。

比如CPU、GPU核心需要更高的性能，那么以更加先進(jìn)的工藝去設(shè)計(jì)制造是必要的。但是像IO單元、控制器等器件，就不需要這么先進(jìn)的工藝了。

以前的封裝技術(shù)無法解決這種問題，但是通過EMIB或Foveros就可以實(shí)現(xiàn)不同工藝芯片之間的堆疊封裝了。

此外，F(xiàn)overos與EMIB的意義不僅僅在于可以將不同規(guī)格之間的芯片封裝在一起，更重要的意義在于它的出現(xiàn)能夠讓英特爾擺脫芯片架構(gòu)與工藝之間“捆綁”的束縛，使工藝與架構(gòu)分離，這樣可以使英特爾在制程、架構(gòu)設(shè)計(jì)上有更強(qiáng)的靈活性。

在目前的半導(dǎo)體芯片行業(yè)中，英特爾是為數(shù)不多的IDM垂直整合型半導(dǎo)體公司。即自己設(shè)計(jì)芯片架構(gòu)、自己制造芯片、自己封裝芯片，這一點(diǎn)其它芯片廠商幾乎做不到。

不過這也是一把雙刃劍。優(yōu)點(diǎn)是英特爾能夠自主根據(jù)不同工藝開發(fā)不同的CPU架構(gòu)，而且因?yàn)槭侨灾鳎孕鹿に囬_發(fā)的架構(gòu)可以最大化的利用特定工藝的優(yōu)勢(shì)，使之達(dá)到更好的匹配與契合。

但不足之處在于將架構(gòu)與工藝?yán)壠饋碇萍s了靈活性，比如10nm延期之后，英特爾無法使用14nm工藝去生產(chǎn)10nm制程架構(gòu)就是典型的例子。

Foveros與EMIB的出現(xiàn)，使得英特爾能夠在未來的發(fā)展中跳出制程工藝與架構(gòu)捆綁的約束，在推進(jìn)制程工藝發(fā)展和架構(gòu)發(fā)展方面能夠更為靈活，有更多的選擇空間。

而對(duì)于OEM合作伙伴來說，全新的封裝技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)客制化需求，這一點(diǎn)極為重要。以往英特爾與OEM的關(guān)系是“我升級(jí)芯片你做相應(yīng)的產(chǎn)品”。

OEM的選擇權(quán)不大，只能跟著英特爾的節(jié)奏走，英特爾不更新OEM就只能干等著。全新封裝技術(shù)的出現(xiàn)，可以允許OEM去向英特爾客制化自己想要的芯片，從而在不同類型、不同形態(tài)的產(chǎn)品之上選擇不同的芯片方案，更加靈活。

因此，F(xiàn)overos與EMIB不僅僅對(duì)于英特爾自身有著重要意義，同時(shí)對(duì)于整個(gè)PC產(chǎn)業(yè)、甚至是IT數(shù)碼行業(yè)都有著極為重要的意義。

Gen 11核顯引領(lǐng)PC進(jìn)入8K時(shí)代

除了CPU層面的革新之外，伴隨英特爾10nm而來的還有全新的Gen 11核芯顯卡。

核芯顯卡對(duì)于整個(gè)PC行業(yè)的意義之大時(shí)常被人所忽視，如果沒有核芯顯卡的出現(xiàn)，如今的筆記本電腦在輕薄化道路上必然會(huì)延緩很多年。

核芯顯卡的出現(xiàn)，使筆記本電腦在功耗、發(fā)熱量與性能方面變得越來越均衡，為2011年超極本概念橫空出世并推動(dòng)筆記本電腦向真正輕薄化方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

同時(shí)，核芯顯卡、以及性能更為強(qiáng)勁的銳炬核顯的出現(xiàn)，徹底摧毀了入門級(jí)獨(dú)立顯卡的生存空間，英偉達(dá)與AMD（ATI）不得不將獨(dú)立顯卡的性能門檻進(jìn)一步提高，才能與核芯顯卡拉開差距。這是核顯對(duì)于PC行業(yè)的兩大重要意義所在。

不過，英特爾Gen 9核顯之后，因種種原因始終沒有更新Gen 10核顯，而是借著10nm到來，直接將核顯過渡到了Gen 11，也就是第11代核顯。

它將集成在今年年底發(fā)售的10nm Ice Lake處理器上，其在性能、能效、3D、媒體技術(shù)和游戲體驗(yàn)方面都有飛躍式的提升。通過目前已知的信息來看，英特爾第11代核顯具有以下三大特點(diǎn)：

其一，浮點(diǎn)運(yùn)算能力超過1TFLOPS（每秒一萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算能力），如果單以這一指標(biāo)衡量的話，相當(dāng)于AMD Ryzen 3 2200G里集成的AMD Vega 8 GPU。

架構(gòu)層面，英特爾第11代核顯集成64個(gè)執(zhí)行單元（EU），而第9代核顯只有24個(gè)。

它們分為四個(gè)區(qū)塊（slice），各有兩個(gè)媒體取樣器、一個(gè)PixelFE、載入/存儲(chǔ)單元，每個(gè)區(qū)塊又細(xì)分為兩個(gè)子區(qū)塊（sub-slice），都有自己的指令緩存、3D取樣器。

英特爾對(duì)EU內(nèi)的FPU浮點(diǎn)單元進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，不過FP16單精度浮點(diǎn)性能沒有變化，同時(shí)每個(gè)EU繼續(xù)支持七個(gè)線程，共512個(gè)并發(fā)流水線，同時(shí)重新設(shè)計(jì)了內(nèi)存界面，三級(jí)緩存增大至3MB。

這些參數(shù)上的升級(jí)使得英特爾第11代核顯在性能層面將會(huì)得到翻倍式提升。

其二，英特爾第11代核顯支持并行解碼，通過集成高級(jí)媒體編碼器和解碼器支持全新的H.265編碼，支持HDR色彩映射，同時(shí)在4K視頻流創(chuàng)建和8K內(nèi)容制作上能夠提供支持。

也就是說基于Ice Lake平臺(tái)打造的PC產(chǎn)品天生支持4K與8K超高清內(nèi)容。

其三，第11代核顯支持Adaptive Sync（適應(yīng)性同步）技術(shù)，與NVIDIA G-Sync、AMD FreeSync不同，Adaptive Sync是DP接口的公開標(biāo)準(zhǔn)，主要意義在于保證游戲過程中更為平穩(wěn)的幀速率表現(xiàn)。

Project Athena指引PC未來發(fā)展

10nm制程框架下，英特爾在芯片層面做的事情已經(jīng)足夠多。對(duì)于一般廠商來說這可能已經(jīng)足夠了，但是對(duì)于英特爾來說還差那么一點(diǎn)，因此英特爾提出了Project Athena計(jì)劃。

在過去8年時(shí)間里，英特爾通過“超極本”概念為筆記本產(chǎn)品帶來了革命性的變化，讓“輕薄型筆記本”不再是紙上談兵，而是落地于實(shí)處。

同時(shí)通過對(duì)英特爾智能酷睿處理器不斷的優(yōu)化，使得OEM廠商有更大空間、放開手腳去做輕薄化上的努力。

涌現(xiàn)了包括LG Gram、三星NoteBook 9、VAIO SX14等大批極致輕薄化且兼顧高性能的產(chǎn)品。如今，雖然超極本概念已然遠(yuǎn)去，但脫胎于這個(gè)概念的產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今PC市場里的中流砥柱。

那么，下一個(gè)8年，甚至是更長的時(shí)間該如何去走呢？英特爾給出了一個(gè)答案，那就是Project Athena。它與“超極本”概念專注于產(chǎn)品形態(tài)創(chuàng)新不同，Project Athena將涵蓋更多前沿領(lǐng)域的創(chuàng)新，包括AI、連接等等。

英特爾聯(lián)合了所有合作伙伴，在形態(tài)、電池續(xù)航能力、連接性、性能等具體目標(biāo)上進(jìn)行合作，重新定義新型高級(jí)筆記本電腦，并致力于將其推向市場。

這就是Project Athena的本質(zhì)，它對(duì)于PC行業(yè)未來的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

10nm不僅僅是一個(gè)數(shù)字

英特爾10nm并不僅僅是制程節(jié)點(diǎn)的一個(gè)簡單數(shù)字，也不是這個(gè)數(shù)字下那些更多以數(shù)字為代表的參數(shù)。

在10nm這個(gè)大框架下，英特爾推出的其實(shí)是面向多個(gè)領(lǐng)域的一整套解決方案，它并不是“電腦處理器”這么簡單。

因此在生態(tài)體系的比拼中，英特爾10nm更加完善，更為成熟，它不僅僅從計(jì)算性能上推動(dòng)PC產(chǎn)品進(jìn)化，同時(shí)也從封裝、鏈接、顯示、形態(tài)創(chuàng)新等更多維度的層面促進(jìn)PC產(chǎn)業(yè)再次變革，這才是英特爾10nm制程的強(qiáng)勢(shì)所在。