英特尔没输！将用这些重磅技术“渡劫”！

自从英特尔2020年Q2财报中证实，7nm发布日期延期半年，量产推迟近一年后，业界对于英特尔的讨论的声音越来越大，一方面，交火目标集中在14nm和10nm的制程更替不符合 “Tick-Tock”的规律；另一方面，竞争对手不断压缩制程精度的数字大小，从数字上来看Intel的比竞争对手大。

作为称霸半导体各大榜单的“老大”，其实这半年过的很辛苦，从股价被反超再到有人质疑IDM模式，许多应当凭心对比整财年营收、净利或从整体分析的点，都被无限放大，并被人称“英特尔输了”。

事实上，延期背后其实还潜藏着更令人期待的革新。就在昨夜，英特尔放出大招，在2020年架构日上公布下一代“Tiger Lake”将用到升级版的10nm SuperFin技术，并顺势发布了1个全新封装技术和5个全新架构和配套软件革新！

英特尔真的如大家分析的一样远远甩到后排去了吗？21ic家今天来详细剖析一下业界较为集中交火的几个点。

01

英特尔到底发布了哪些重磅产品？

作为IDM厂商，最大的优势便是能够一条线生产“产业链”的所有器件，而扎根于英特尔的“六大技术支柱”：制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全、软件。

也就是说，与数据处理相关的所有器件都被英特尔承包了，越来越讲求整体协同的半导体行业，整套的方案必然能发挥出更加出色的性能，毕竟“没有人比我更懂我自己”。

“六大技术支柱”也是本次发布会围绕的重点，具体发布的技术为：

1、制程：10nm SuperFin技术

这是一项可以完美媲美制程节点转换的技术，是一项从通道到互连的整个过程堆栈的创新，是英特尔增强型FinFET晶体管与Super MIM（Metal-Insulator-Metal）电容器的结合，将用于“Tiger Lake”的英特尔下一代移动处理器中。

值得一提的是，Tiger Lake正在生产中，OEM的产品将在假日季上市。

图1：SuperFin和Tiger Lake相辅相成

2、封装：“混合模式”测试芯片

当今大多数封装技术中使用的是传统的“热压结合（thermocompression bonding）”技术，混合结合是这一技术的替代品。

之前21ic家也曾经介绍过英特尔封装的两“巨星”：其一是，EMIB、Foveros和两个技术相结合的Co-EMIB技术，主要是将超过两个不同的裸片进行水平或垂直方向的叠加；另一个便是全方位互连技术（ODI），该技术可以为上下两片裸片协调做到面积统一。

如今英特尔最新发布的“混合模式”这项新技术，能够加速实现10微米及以下的凸点间距，提供更高的互连密度、带宽和更低的功率。

使用“混合结合（Hybrid bonding）”技术的测试芯片已在2020年第二季度流片。

图2：英特尔封装技术路线图

3、架构：CPU+独立GPU+FPGA+AI加速器

①    Willow Cove架构：

这项架构主要针对的是最新处理器技术和10nm SuperFin技术，是英特尔的下一代CPU微架构，在Sunny Cove架构的基础上，提供超越代间CPU性能的提高，极大地提升了频率以及功率效率。

值得注意的是，这一架构重新设计了缓存体系结构，引入到了更大的非相容1.25MB MLC中，并通过英特尔控制流强制技术（Control Flow Enforcement Technology）增强了安全性。

从结构上看，通过保持低延迟的双环微架构、50%的LLC增加到非Cache，光纤的相干带宽增加了2倍以上；从内存上看，双存储子系统和高达86GB/s的内存带宽增加了整个内存子系统的可用带宽，支持LP4x-4267、DDR4-3200，最高支持LP5-5400体系结构，另外英特尔®总内存加密技术可抵御硬件攻击。

图3：Willow Cove架构

图4：Willow Cove架构的结构和内存

②    Tiger Lake CPU架构：

最新架构Tiger Lake最大的亮点就是，它是第一个SoC架构中采用全新 Xe-LP图形微架构。得益于此，可以对CPU、AI加速器进行优化，将使CPU性能得到超越一代的提升，并实现大规模的AI性能提升、图形性能巨大飞跃，以及整个SoC 中一整套顶级 IP，如全新集成的Thunderbolt 4。

图5：Tiger Lake的结构和内存

③    混合架构：

Alder Lake是英特尔的下一代采用混合架构的客户端产品。Alder Lake将结合英特尔即将推出的两种架构——Golden Cove和Gracemont，并将进行优化，以提供出色的效能功耗比。

④    Xe 图形架构

Xe图形架构系列产品便是英特尔最新推出的独立显卡所使用的架构，目前首款基于Xe架构的独立图形显卡DG1已投产，并有望按计划于2020年开始交付；而首款针对数据中心的显卡SG1（Server GPU）很快将会投产，并在今年晚些时候发货，是4个DG1的聚合。

独立显卡Xe架构一共有三种定位：

● Xe-LP（低功耗）：定位为PC和移动平台最高效架构，DG1便是基于此种架构。最高配置EU单元多达96组，新架构设计上包括异步计算、视图实例化、采样器反馈、带有AV1的更新版媒体引擎以及更新版显示引擎等；在软件优化方面，将通过新的DX11路径和优化的编译器对驱动进行改进。

● Xe-HP：定位为数据中心级、机架级媒体性能架构，能够提供GPU可扩展性和AI优化，Xe HP将于明年推出。涵盖了从一个区块（tile）到两个和四个区块的动态范围的计算，其功能类似于多核GPU。

● Xe-HPG：定位为专用于游戏优化的微架构，Xe-HPG预计将于2021年开始发货。技术参数上，添加了GDDR6的新内存子系统提高性价比，支持光线追踪。是利用Xe-HP的扩展性，结合了Xe-LP的微架构变体。

图6：Xe架构中三种微架构

⑤    数据中心架构

包括Ice Lake、Sapphire Rapids、224G-PAM4 TX收发器。

● Ice Lake是首款基于10nm的英特尔至强可扩展处理器，预期将于2020年底推出。

● Sapphire Rapids是英特尔基于增强型SuperFin技术的下一代至强可扩展处理器，将提供领先的行业标准技术，包括DDR5、PCIe Gen 5、Compute Express Link 1.1等，预计将于2021年下半年开始首批生产发货。

● 英特尔现在拥有世界上第一台下一代224G-PAM4 TX收发器，展现了其在先进FPGA技术上的不断创新和连续三代收发器领域的领先地位。

4、软件：oneAPI Gold版本

oneAPI Gold版本将于今年晚些时候推出，为开发人员提供在标量、矢量、距阵和空间体系结构上保证产品级别的质量和性能的解决方案。英特尔于7月发布了其第八版的oneAPI Beta，为分布式数据分析带来了新的功能和提升，包括渲染性能、性能分析以及视频和线程文库。 DG1独立GPU当前在英特尔®DevCloud上可供部分开发人员使用，其中包含DG1文库和工具包，来使他们能够在拥有硬件之前就开始使用oneAPI编写DG1相关的软件。

图7：oneAPI 整体框架

02

仍然是围绕数据进行创新

上文也有提及在先进制程上的两大交火点，诚然，先进制程数字做的越来越好看，也是先进的一种表现，但英特尔所考虑的方向并非如此。

为何自从14nm后，便没有遵循“Tick-Tock”规律？根据英特尔的解释，在技术升级上，英特尔考虑的是市场的用量和数据的需求量。现如今，在5G、AIoT以及数据中心的高速发展下，数据量到2025年会暴增到175ZB，市场需求的并不是单一节点的制程升级，而是XPU+存储+先进封装+的一整套数据解决方案。

这种数据解决方案也就照应了英特尔之前反复强调的：“英特尔早已不再只是一家以PC为中心的公司，而是转变为以数据为中心的公司。”

21ic家认为，一味较真制程精度数字大小并不是评判性能的唯一标准，英特尔的IDM模式的优势在于整套系统发挥的性能。

单拿最新的Tiger Lake这一SoC架构来说，高达112Gbps的先进封装技术、媲美节点转换的10nm SuperFin技术、高达96个执行单元的Xe图形架构、约86GB/s内存带宽、高斯网络加速器GNA 2.0专用IP、CPU上集成PCIe Gen 4……这些统统都放在一个SoC架构中，单做加法就早已远超同级产品水平，何况这种架构还进一步突破了性能。

除此之外，无论是性能上来讲，还是从稳定性、适配性、更替性上来说，一整套方案都具有天生的优势。另外，整套系统的协同作战还有一个好处，即开发者可用一套软件一站开发，这便是oneAPI，随着版本更迭至Gold，全新架构也都被囊括其中。

当然，这也不是说制程节点就没有必要发展了，接下来就剖析一下英特尔最新发布的SuperFin技术。

03

反复打磨的精品10nm制程

时下先进制程技术方面，使用的均为FinFET（Field-effect transistor）技术，7nm是FinFET的物理极限，但得益于深紫外（DUV）和极紫外（EUV），制程得以突破7nm、5nm，另外台积电还表示，决定仍让3nm制程维持FinFET架构。

而从3nm切换2nm这个阶段，由于晶体管沟道进一步缩短，FinFET结构将会遭遇量子隧穿效应的限制。业界普遍认为GAA-FET（gate-all-around Field-Effect Transistor）将会是3nm FinFET之后的路。

不过在这一过程中，FinFET其实在技术上仍然有完善的空间，且不说要到2nm阶段才要转向新的设计，何况早有证实，英特尔10nm性能与台积电7nm性能相当。在技术加持下，英特尔的10nm SuperFin性能或许比想象中还要更强大。

SuperFin其实是两种技术的叠加，即Super MIM（Metal-Insulator-Metal）电容器+增强型FinFET晶体。

从参数上来看，增强型FinFET拥有M0和M1处关键层0.51倍的密度缩放、单元更小晶体密度更高、通孔电阻降低2倍、最低的两个金属层提高5-10倍电迁移。

图8：FinFET的革新

而在Super MIM方面，使用新型薄壁阻隔将过孔电阻降低了30％，从而提升了互连性能表现；与行业标准相比，在同等的占位面积内电容增加了5倍，从而减少了电压下降，显著提高了产品性能。 该技术由一类新型的“高K”（ Hi-K）电介质材料实现，该材料可以堆叠在厚度仅为几埃厚的超薄层中，从而形成重复的“超晶格”结构。 这是一项行业内领先的技术，领先于其他芯片制造商的现有能力。

图9：SuperMIM技术被应用

事实上，2011年起Intel便率先在第三代酷睿处理器上使用22nm FinFET，引导FinFET成为主流。不难发现，英特尔继续推进FinFET技术改良，反复打磨10nm制程，保证在这一制程节点取胜后再稳步进入下一制程节点。

但仍需注意的是，制程在命名之中也存在一些“猫腻”，这被行业人士称之为“纳米游戏”。2017年，Intel时任工艺架构和集成总监Mark Bohr便发文呼吁晶圆厂商们要建立一套统一的规则来给先进的制程命名，需要注意的是Mark Bohr还是电气与电子工程师协会（IEEE）的院士，并荣获2012年IEEE的西泽润一奖和2003年IEEE的安迪·格鲁夫奖。

简单来说，代工厂的纳米节点命名和英特尔所命名的并不能直接进行比较。20世纪60年代到90年代末，制程节点指的还是栅极长度，但其实从1997年开始，栅极长度和半节距就不再与过程节点名称匹配，之后的制程节点只是代表着摩尔定律所指的晶体管密度翻倍。

很多情况下，即使晶体管密度增加很少，仍然会为自己制程工艺命名新名，但实际上并没有位于摩尔定律曲线的正确位置。

实际上，英特尔确实在2017年引入了晶体管每平方毫米以及SRAM单元尺寸作为客观的对比指标，台积电7nm为90 MTr/mm2，而英特尔的10nm为100 MTr/mm2，这也就能解释为什么英特尔的10nm和7nm性能相当。

台积电营销负责人Godfrey Cheng其实曾经也亲口承认，从0.35微米开始，工艺数字代表的就不再是物理尺度，而7nm/N7只是一种行业标准化的属于而已，此后还会有N5等说法。同时，他表示也确实需要寻找一种新的语言来对工艺节点进行描述。

但从另一个角度来说，在引入SuperFin技术之前，英特尔10nm技术便与台积电7nm性能相当，所以大胆猜测在引用这项技术之后，或许能够媲美6nm也不是不可能。而这项搭载这项技术的Tiger Lake正在生产中，OEM的产品将在假日季上市，所以说英特尔其实在制程上并没有落后。

04

从整个生态上来讲

摩尔定律是英特尔的创始人之一戈登·摩尔提出的，当时的理论是每隔18-24个月晶体管数量将增加一倍，而随着技术发展这一发展似乎逐渐放缓；而时至2000年，登纳德缩放比例定律（Dennard scaling）逐渐进入瓶颈，频率很难再进一步改善，此时所有CPU和计算机最多只能到达2~4Ghz的速度，并且维持了10年之久仍未有提升；为提升应用性能，后使用多核CPU，使得问题从硬件转向软件，但由于阿达姆尔定律，效能功率没有办法进一步提升。

到这种境地之下，到底有什么方法“渡劫”？事实上摩尔在提出摩尔定律之时，也提出了在摩尔定律接近物理极限时要转向异构计算。

这也便引申了上文的话题，英特尔面向的一直是数据，实际上单单通过制程精度已然不是增加计算速度最快的方法。

通过英特尔近几年集中发布的新品也不难发现，这几年英特尔反而更贴近FPGA、eASIC、ASIC、AI加速器、独立GPU，而这些恰恰是异构计算中不可或缺的一部分。联结这一切的软件生态，便是oneAPI。

最简单的证明方法就是用一张图来概括如今的英特尔，无论是从营收上逐步靠拢数据业务，还是从整个生态上来讲，英特尔对于数据的整体方案上重视程度越来越高了：

图10：英特尔的六大支柱和各项技术

从英特尔角度来看客户，客户自80年代开始，逐步追求数字化、联网化、移动化、云端化，而未来客户2.0追求的则是沉浸式体验的智能化，这催生了IP/SoC方法论的变更。

过去，单片的SoC开发3-4年，硅片中可以发现数百个错误并且不可重复使用，而通过转变为多个裸片的互连和IP相结合的方式，不仅缩短了研发时间、减少错误率，可复用性也逐渐成为现今最佳的方式。

而这也正是英特尔目前强调的方向，种种优势这也足以说明建立强大生态才是时下最应做好的事情。

图11：IP/SoC方法论正在改变

文行至此，仍需强调，英特尔在制程方面的演进还是跟随市场的需求，其着眼的关键点仍然是整体的生态和良好整体数据处理能力。绕回制程来说，在架构和技术的支持下，英特尔的10nm也远比想象中强大的多，最终的评判标准仍然需要从整套发挥的性能上来讲。