Intel拿什么來(lái)穩(wěn)固在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)力

Intel拿什么來(lái)穩(wěn)固在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)力了解PC硬件的朋友有言，Intel近幾年有點(diǎn)兒水逆了。先是近幾代酷睿處理器的架構(gòu)都是小幅改良，運(yùn)算效能提升不大，被人冠以“牙膏廠”的外號(hào)，而10nm量產(chǎn)還要等待一段時(shí)間；AMD則憑借桌面端的Ryzen處理器叫好又叫座，雖然服務(wù)器領(lǐng)域的EPYC處理器一時(shí)間還沒(méi)對(duì)Xeon造成嚴(yán)重威脅，但若Intel再不搞些大手筆，怕也得擔(dān)心進(jìn)一步的失守。外界似已產(chǎn)生不少質(zhì)疑。一向以架構(gòu)和工藝揚(yáng)名立萬(wàn)的Intel，似乎在自己最拿手的領(lǐng)域有些hold不住，又被其他領(lǐng)域占據(jù)許多精力。這些貌似有些毫無(wú)章法的動(dòng)作，讓一眾玩家紛紛懷疑，Intel到底還能拿出什么來(lái)穩(wěn)固在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)力？若真舍棄了架構(gòu)和工藝上的優(yōu)勢(shì)，Intel還能剩下什么？“Intel是一家數(shù)據(jù)公司?！痹谏蟼€(gè)月的架構(gòu)日活動(dòng)和剛剛過(guò)去的CES展會(huì)上，Intel的全新技術(shù)戰(zhàn)略和產(chǎn)品展示似乎給出了答案。六大支柱的由來(lái)無(wú)論是剛剛過(guò)去的CES大展，還是上個(gè)月的架構(gòu)日活動(dòng)，Intel一直在著重介紹其聚焦于六個(gè)工程領(lǐng)域的全新技術(shù)戰(zhàn)略，即：制程——擁有領(lǐng)先的制程技術(shù)，仍是建構(gòu)領(lǐng)先的產(chǎn)品之關(guān)鍵。先進(jìn)的封裝解決方案在三維空間中擴(kuò)展晶體管密度，將帶來(lái)指數(shù)級(jí)提升計(jì)算密度的能力。架構(gòu)——通過(guò)先進(jìn)的封裝和系統(tǒng)集成技術(shù)，把多樣化的標(biāo)量（scalar）、矢量（vector）、矩陣（matrix）和空間（spatial）計(jì)算架構(gòu)組合部署到CPU、GPU、加速器和FPGA芯片中，并通過(guò)可擴(kuò)展的軟件堆棧釋放強(qiáng)大的能力。內(nèi)存——大容量、高速度的存儲(chǔ)對(duì)于下一代計(jì)算工作負(fù)載至關(guān)重要。通過(guò)將閃存和傲騰技術(shù)相結(jié)合，可填補(bǔ)內(nèi)存層級(jí)中的空白，從而在更靠近硅芯片的地方提供帶寬。超微互連——通信技術(shù)大到面向5G基礎(chǔ)設(shè)施的無(wú)線連接，小到芯片級(jí)封裝和裸片互連。只有提供全面的領(lǐng)先互連產(chǎn)品，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的異構(gòu)計(jì)算格局。安全——隨著安全威脅的不斷涌現(xiàn)，Intel可提供安全技術(shù)，幫助實(shí)現(xiàn)端到端的全面提升，并讓安全性成為關(guān)鍵的差異化因素。軟件——對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，擁有一套利用好英特爾芯片的通用工具集，對(duì)于獲得性能的指數(shù)級(jí)擴(kuò)展至關(guān)重要。對(duì)于大部分普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，關(guān)注點(diǎn)往往集中在架構(gòu)和工藝兩方面，筆者作為一名資深DIYer也不例外，這也是與我們最直接相關(guān)且日常接觸最多的領(lǐng)域。不過(guò)等到如愿以償?shù)臅r(shí)候，更多的卻是一種情理之中的感覺(jué)，反而是其他幾個(gè)新領(lǐng)域更能給人以新鮮的快感。存在于回憶殺里的那個(gè)Intel，更多的是一家單純的PC處理器公司，然而實(shí)際上，Intel早已將自己定位為一家數(shù)據(jù)公司，并將“萬(wàn)物互聯(lián)”定為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。圍繞這一點(diǎn)，Intel自己對(duì)這次的CES已經(jīng)有了一個(gè)總結(jié)：這些技術(shù)的演進(jìn)，是在為更加多元化的數(shù)據(jù)時(shí)代奠定基石?！陡２妓埂焚Y深分析師PatrickMoorhead此前曾表示，Intel通過(guò)讓自己進(jìn)入更大的市場(chǎng)，其潛在市場(chǎng)規(guī)模從只聚焦于傳統(tǒng)筆記本電腦和服務(wù)器領(lǐng)域時(shí)的450億美元，升級(jí)到集存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、IoT和軟件等多領(lǐng)域于一體的3000億美元。以Intel傲騰技術(shù)為例，在如今這個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)的海量規(guī)模、多樣性和急劇增長(zhǎng)已是司空見(jiàn)慣。Intel認(rèn)為，數(shù)據(jù)洪流不應(yīng)該僅僅視為一個(gè)存儲(chǔ)問(wèn)題，還可將它視為一次數(shù)據(jù)優(yōu)化的機(jī)遇，一個(gè)成功的現(xiàn)代數(shù)據(jù)策略應(yīng)該是軟件定義的策略，以應(yīng)用要求為基礎(chǔ)，并能實(shí)現(xiàn)智能分層。傲騰技術(shù)平衡了RAM的高性能和非易失性存儲(chǔ)的大容量，通過(guò)將更多數(shù)據(jù)放到更接近CPU的位置，使應(yīng)用在人工智能和大型數(shù)據(jù)庫(kù)中的更大量的數(shù)據(jù)集能夠獲得更快的處理速度，減少進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)的延遲，從而提高工作負(fù)載的性能。另一方面，5G也一直是Intel的一個(gè)技術(shù)和戰(zhàn)略重點(diǎn)。Intel數(shù)據(jù)中心事業(yè)部總經(jīng)理NavinShenoy在CES上曾提到，5G的過(guò)渡及其對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響，在加速數(shù)據(jù)和催化軟件定義網(wǎng)絡(luò)方面，與從模擬向數(shù)字的飛躍一樣具有變革意義，屆時(shí)定制芯片將被容器技術(shù)取代。即是說(shuō)，我們正處于以數(shù)據(jù)為中心不斷演進(jìn)的世界中央，5G是未來(lái)創(chuàng)新平臺(tái)的DNA和基石，帶來(lái)無(wú)縫連接、幾乎無(wú)限的計(jì)算。NavinShenoy在會(huì)后透露，Intel將推出全新專門(mén)面向5G無(wú)線接入和邊緣計(jì)算的、基于10nm工藝的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)芯片，研發(fā)代號(hào)“SnowRidge”；使用多模5GLTE架構(gòu)的IntelXMM5G調(diào)制解調(diào)器支持全部3個(gè)毫米波頻段和6GHz以下頻段，將在2019年下半年交付給合作伙伴，并在2020年初推出產(chǎn)品。同時(shí)由于網(wǎng)絡(luò)束縛原理，一旦5G打破現(xiàn)有的通訊瓶頸，將會(huì)影響數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等多個(gè)方向，Intel也將面向零售、視頻、工業(yè)和智慧城市等重點(diǎn)行業(yè)，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)高性能芯片，增強(qiáng)邊緣計(jì)算，并大力發(fā)展計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)。而作為一家傳統(tǒng)印象中的硬件公司，Intel對(duì)于軟件環(huán)境的重要性也是心明眼亮。說(shuō)白了，光是東西自身素質(zhì)好還不夠，還要讓大家用的好。完善的軟件環(huán)境所帶來(lái)的結(jié)果是，硬件底子差不多的情況下，Intel的產(chǎn)品可以跑的更快；實(shí)際表現(xiàn)差不多的兩套系統(tǒng)，Intel的更好用。這樣的例子在處理器發(fā)展史上比比皆是，不說(shuō)別的，單單是Intel專屬I(mǎi)CC編譯器相對(duì)通用型GCC編譯器的性能優(yōu)勢(shì)，就讓其在服務(wù)器領(lǐng)域從容接下了AMD和Arm一次又一次的挑戰(zhàn)。這種“軟”實(shí)力，也是Intel二三十年來(lái)能將霸主地位越坐越穩(wěn)的重要因素。歸結(jié)起來(lái)看，Intel是在利用Core架構(gòu)和Tick-Tock策略這些年積累下來(lái)的領(lǐng)先地位，為架構(gòu)和工藝這兩條好漢又拉來(lái)了四個(gè)幫。六大戰(zhàn)略支柱所針對(duì)的某些領(lǐng)域，在普通消費(fèi)者看來(lái)，似乎與傳統(tǒng)印象中以CPU起家的芯片巨頭并不搭邊，但其實(shí)都是對(duì)架構(gòu)和工藝的補(bǔ)完與助益。未來(lái)會(huì)怎么樣？未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)基礎(chǔ)是什么？怎樣給用戶帶來(lái)更多價(jià)值？GregoryBryant認(rèn)為，對(duì)整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)的全面優(yōu)化是未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)基礎(chǔ)。優(yōu)化不止針對(duì)于一個(gè)方面，而是看哪個(gè)公司能將最好的CPU、GPU、AI加速器、通信系統(tǒng)、高速存儲(chǔ)等部分有機(jī)的結(jié)合到一起，進(jìn)行全方位優(yōu)化，這樣才能最終給終端用戶帶來(lái)更多的價(jià)值。Intel客戶端計(jì)算事業(yè)部總經(jīng)理GregoryBryant在CES結(jié)束后解釋道，下一個(gè)計(jì)算時(shí)代要求創(chuàng)新在完全不同的層面進(jìn)行，涵蓋整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)并橫跨計(jì)算、連接以及其它各個(gè)方面。六大戰(zhàn)略支柱為Intel建立了一個(gè)框架，是推動(dòng)架構(gòu)和芯片開(kāi)發(fā)的基石，而架構(gòu)師們則根據(jù)這些支柱，決定每年在發(fā)展路線圖上實(shí)現(xiàn)的具體目標(biāo)。架構(gòu)和工藝認(rèn)識(shí)過(guò)了這些相對(duì)陌生的技術(shù)領(lǐng)域后，回過(guò)頭來(lái)再看架構(gòu)和工藝這兩個(gè)傳統(tǒng)主場(chǎng)。雖然上面分析了種種，看得出Intel在整個(gè)計(jì)算市場(chǎng)確實(shí)有著很大很長(zhǎng)遠(yuǎn)的布局，可說(shuō)回到與普通消費(fèi)者最直接相關(guān)的架構(gòu)和工藝上，不得不說(shuō)Intel確實(shí)遇到了不少麻煩和困難：近幾代處理器的架構(gòu)都是小幅改良，運(yùn)算效能提升不大，10nm新工藝也是久攻不下。好在今年的CES上，Intel展示了第一款10納米的IceLake處理器，以高集成度整合了Intel全新的“SunnyCove”微架構(gòu)、AI使用加速指令集以及第11代核心顯卡，從而提升圖形性能。2019年晚些時(shí)候，SunnyCove將成為下一代PC和服務(wù)器處理器的基礎(chǔ)架構(gòu)。實(shí)際上，早在前幾年坊間便有傳聞稱，Intel已經(jīng)意識(shí)到Core架構(gòu)體系已經(jīng)開(kāi)始難以應(yīng)對(duì)未來(lái)的發(fā)展需要，將在2020年前后推出全新的架構(gòu)體系，而這恰好與如今的情況相吻合，一定程度上也表明Intel對(duì)于發(fā)展路線的規(guī)劃還是比較全面且長(zhǎng)遠(yuǎn)的。雷鋒網(wǎng)（公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng)）之前的文章已先行分析過(guò)，SunnyCove架構(gòu)旨在提高通用計(jì)算任務(wù)下每時(shí)鐘計(jì)算性能和降低功耗，并包含了可加速人工智能和加密等專用計(jì)算任務(wù)的新功能，能夠減少延遲、提高吞吐量，并提供更高的并行計(jì)算能力，有望改善從游戲到多媒體到以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用體驗(yàn)，其功能特性包括：增強(qiáng)的微架構(gòu)，可并行執(zhí)行更多操作?？山档脱舆t的新算法。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。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。同時(shí)，隨著眼下數(shù)據(jù)中心的計(jì)算類型正如同寒武紀(jì)大爆發(fā)一樣增長(zhǎng)，Intel也一直在構(gòu)建不同計(jì)算類型的產(chǎn)品組合，包括Intel傳統(tǒng)的CPU、Arria和Stratix的FPGA，及其Crest神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器等等。Intel首席架構(gòu)師RajaKoduri在架構(gòu)日上曾指出，并非所有的晶體管都能適用于不同的場(chǎng)景，在不同的市場(chǎng)領(lǐng)域，需要的晶體管設(shè)計(jì)十分多樣，如通信晶體管、I/O晶體管、FPGA晶體管，以及傳統(tǒng)的CPU邏輯晶體管，即便可以用單一工藝大費(fèi)周章的制造大型單芯片系統(tǒng)，也不是個(gè)明智的做法?；诖?，Intel在業(yè)界首創(chuàng)了名為Foveros的全新邏輯芯片3D堆疊技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在邏輯芯片上堆疊邏輯芯片。這是一種系統(tǒng)級(jí)封裝集成，有望首次將晶片的堆疊從傳統(tǒng)的無(wú)源中間互連層和堆疊存儲(chǔ)芯片擴(kuò)展到CPU、GPU和AI處理器等高性能邏輯芯片，為整合高性能、高密度和低功耗硅工藝技術(shù)的器件和系統(tǒng)鋪平了道路。Intel在CES現(xiàn)場(chǎng)展示了使用“Foveros”3D封裝技術(shù)混合CPU架構(gòu)和封裝架構(gòu)的Lakefield，其采用22FFLIO芯片作為有源載板，并用TSV（硅通孔技術(shù)）連接了一顆10nm芯片，其中包含1個(gè)SunnyCove內(nèi)核和4個(gè)Atom內(nèi)核（可能是Tremont）。這款微型芯片尺寸為12*12，待機(jī)功率僅為2mW。至于10nm工藝，雷鋒網(wǎng)曾分析認(rèn)為，由于晶體管制造的復(fù)雜性，單純用代次來(lái)對(duì)比已經(jīng)不再準(zhǔn)確。若以業(yè)內(nèi)常用晶體管密度來(lái)衡量制程水平，Intel10nm工藝的晶體管密度反而要比臺(tái)積電的7nmDUV制程更高。國(guó)外網(wǎng)站Semiwiki討論了三星的10nm、8nmDUV以及7nmEUV制程的情況，其中10nm制程的晶體管密度是55.5MTr/mm？，8mmDUV是64.4MTr/mm？，7nmEUV也不過(guò)101.23MTr/mm？，堪堪超過(guò)Intel10nm制程一點(diǎn)點(diǎn)。中國(guó)工程院院士許居衍曾在一次學(xué)術(shù)會(huì)議上提到，從晶體管尺寸數(shù)據(jù)來(lái)看，90nm節(jié)點(diǎn)的物理柵長(zhǎng)是25nm，32nm節(jié)點(diǎn)的柵長(zhǎng)是24nm，節(jié)點(diǎn)進(jìn)步帶來(lái)的物理柵長(zhǎng)收益越來(lái)越小，縮小的制程節(jié)點(diǎn)，實(shí)際上沒(méi)有縮小半導(dǎo)體最關(guān)鍵的、有源區(qū)的部位“源-漏”上的問(wèn)題。從指標(biāo)上可以看出，隨著節(jié)點(diǎn)的更迭，制造工藝?yán)響?yīng)隨著趨近極限而收益放緩，但I(xiàn)ntel對(duì)晶體管密度的要求不減反增，并提出了“超微縮”這一理念。雷鋒網(wǎng)認(rèn)為，這也是為了逆破收益放緩的屏障，更加有效的延續(xù)摩爾定律。若將晶體管理解為字，將光刻工藝?yán)斫鉃楣P，那Intel就相當(dāng)于要在不輕易更換筆尖的情況下寫(xiě)出更小的字，其中難度可想而知。雖然眼下進(jìn)程受阻，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，超微縮的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)顯然會(huì)為后續(xù)工藝帶來(lái)更大收益。本屆CES2019發(fā)布會(huì)上，Intel一口氣公布了10nm在PC、服務(wù)器、全新封裝技術(shù)以及5G應(yīng)用，涵蓋了六大支柱所涉及的所有方向?？梢钥闯觯琁ntel在這個(gè)節(jié)點(diǎn)的布局上拼的并非是10nm工藝本身，而是圍繞10nm制程打造的完整生態(tài)體系。前沿之前的探索雷鋒網(wǎng)了解到，十年之前Intel曾做過(guò)一次路線圖預(yù)測(cè)，包括對(duì)新材料、新工藝的預(yù)估?，F(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看，預(yù)測(cè)中大部分的方向都是沒(méi)有問(wèn)題的。在推進(jìn)摩爾定律的過(guò)程中，80%的工作是基于材料的改革，另外20%的工作則是在尋求化學(xué)工藝方面的進(jìn)步，如原子層沉積、原子層蝕刻等技術(shù)，即不光要研究怎樣把芯片做小，還要研究怎樣用不同的方式來(lái)做這些器件。據(jù)悉，Intel每年都會(huì)對(duì)半導(dǎo)體器件的性能進(jìn)行評(píng)估。這些研究可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)如何更好的在電路中使用晶體管，如何將新式晶體管與新架構(gòu)、新功能相結(jié)合。目前來(lái)看，CMOS所處的位置還是很不錯(cuò)的，其功耗和性能表現(xiàn)要優(yōu)于大部分望半導(dǎo)體元器件。至少在最近的十年里，還是要以CMOS為主來(lái)制造芯片，其他的新技術(shù)可以與CMOS混合使用以提高性能、降低功耗或降低價(jià)格。同時(shí)，對(duì)于未來(lái)的新型處理器，Intel在幾個(gè)方面都有相應(yīng)的工作在進(jìn)行。例如神經(jīng)擬態(tài)芯片，目前已經(jīng)有了10nm的樣片，這是一種非馮·諾依曼架構(gòu)的芯片，完全把存儲(chǔ)和計(jì)算單元融合在了一起，模擬了神經(jīng)元和神經(jīng)元之間的連接，是一種異步控制的芯片，可以在片上進(jìn)行自學(xué)習(xí)，支持無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)、監(jiān)督學(xué)習(xí)、自監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)模式。而在量子計(jì)算方面，Intel已經(jīng)在7、17、49三種量子比特節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。但量子的相互干渉是本世紀(jì)27個(gè)重大問(wèn)題之一，目前只能做到毫秒級(jí)連續(xù)計(jì)算，且量子計(jì)算目前的容錯(cuò)率只有99.9%，而傳統(tǒng)芯片為99.9999999%，因此硅CMOS+馮·諾依曼的模式還要持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間。Intel中國(guó)研究院院長(zhǎng)宋繼強(qiáng)稱，CMOS的微縮還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去，但會(huì)通過(guò)材料、化學(xué)工藝等不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以通過(guò)3D封裝技術(shù)將晶體管堆疊起來(lái)，此外還有一些新的電路控制方式，可以讓摩爾定律繼續(xù)推進(jìn)下去?？梢?jiàn)，對(duì)于后摩爾定律時(shí)代，Intel的后手還很充足。雷鋒網(wǎng)總結(jié)新的時(shí)代，是Intel幾十年來(lái)最大的轉(zhuǎn)變和革新。如果說(shuō)英特爾的架構(gòu)日是“宣言書(shū)”，那么它在CES上一系列創(chuàng)新技術(shù)、產(chǎn)品與合作的發(fā)布，則是對(duì)“宣言書(shū)”更全面、更深刻的展示，意味著它對(duì)自己的方