摩尔定律再迷思：Intel的繁荣还是困境？

本文编译自EEJournal.com，在不更改原意的前提下内容略有调整，原作者Kevin Morris。

题记：如果摩尔定律的尽头是一堵墙，第一个撞墙的人，就是跑在最前面的那个。

近日，Intel发布了其2020年第二季度的财报。我们很少研究“商业新闻”，但在这篇文章中，我们将会讨论技术、观点和资金之间的关系。

我们观察到，Intel于7月23日宣布了其季度业绩，在几天之内，他们的股票从徘徊了几个月的每股60美元左右跌至每股50美元左右，损失超过了15%。这对于一家市值约2000亿美元的公司来说，并不是一笔小数目。

这种情况每天都在发生。大公司发布季报，市场就会做出反应，但Intel这次的情况却显然不同。

Intel本季度营收同比增长20%，超过了分析师的预期，并在“以数据为中心”的营收上实现了34%的大幅增长—;—;这是该公司实现长期增长的关键市场机会。为什么这样一份听起来不错的报告，却引发了其股价大幅下跌？

Intel在本季度的财报中提到，其7nm的量产被推迟了6个月。财经新闻对此进行了报道，并做出了以下解释：“芯片上的电路宽度以纳米为单位，即十亿分之一米。电路越小，处理器运行速度越快，效率越高。台积电为Intel的竞争对手AMD制造芯片，正在通过批量生产5nm芯片来赢得在更小工艺节点上的竞争。”

因此，关注此新闻的非技术人员或半技术人员得出的结论大致如下：“Intel现在采用10nm工艺，而台积电采用的是5nm工艺，相比之下，两者之间就相差了两代工艺节点。这也就意味着Intel在制造数据中心处理器方面落后了大约四年。”

当然，这是完全错误的。

Intel还暗示，在此期间，他们可能会让一些产品组使用外部(非Intel)晶圆厂为他们生产芯片。这让Intel正走向衰败的想法变得更加根深蒂固。

有人可能(错误地)得出结论：Intel不仅在技术上落后了4年，而且他们还在举旗投降—;—;让台积电或三星等竞争对手为其生产芯片。

当然，这也是错误的。

Intel自成立以来，就与摩尔定律密不可分，毕竟戈登·摩尔是这家公司的创始人之一，而且在半导体的整个现代发展史上，Intel在“将更多的元件塞入集成电路”中保持着明显的领先地位。几十年来，Intel作为一家科技公司，在领导芯片制造发展和超越摩尔定律方面做了无数工作。

Intel建立了一个PC处理器的帝国，后来接管并主导了数据中心处理领域。数据中心的主导地位很可能既代表着未来的机遇，也可能代表着Intel的挑战。

Intel的至强处理器系统在数据中心拥有绝对领先的市场份额，因此增长空间很小，甚至没有增长空间，所以需要市场自身的增长来抵消PC市场的长期下滑。他们需要继续捍卫自己的统治地位，来对抗越来越多有能力的竞争对手。

就数据中心市场的增长而言，Intel前景看好。随着云服务、人工智能训练和推理的加速，随着数据驱动应用的爆炸式增长，数据中心扩张的驱动力是非常丰富、非常给力的。

如果Intel能够保持其统治地位的市场份额，将迎来巨大的增长浪潮。即使他们的市场份额下滑了几个点，但也会在全球数据中心的扩展和升级中迎接未来二十年的发展机遇，从而轻松获得盈利。这种机会已经体现在了Intel的利润中，即“以数据为中心”的业务同比增长了34%。

但是，要在目前的数据中心保持市场份额，所涉及的不仅仅是简单地使至强处理器比最新的AMD芯片快几个FLOPS。事实上，拥有一个稍微快一点的处理器，多几个核心，或者稍微高一点的电源效率，已经从数据中心的核心技术问题变成了几乎无关紧要的问题。

下一代数据中心将不会受到至强等传统冯·诺依曼处理器的性能驱动。它将基于CPU、GPU、FPGA、AI加速器等各种类型专用芯片的异构架构，来处理更大规模也更为复杂的数据计算。

从历史发展来看，Intel从三个维度建立了保障其数据中心领导地位的屏障。

第一个是在“市场营销”方面的保障，这一点基本上可以归结为“没有人会因为购买Intel而被解雇。”如果你在运营一个数据中心，而你购买的系统当中有90%都是Intel的数据中心，那么你的职业生涯就真的没有任何大风险。

第二种防御是x86指令集架构，几十年来它一直是行业标准，也是大多数软件编译器的默认目标，这使得大多数旧软件都可在x86的环境下持续兼容运行。离开x86范围，比如ARM，你总会遇到一个大问题：你要确认是否所有的软件都能正常工作。

第三点则是他们在芯片制造上的领导地位。Intel的芯片通常比竞争对手略胜一筹，仅仅是因为它们采用了更先进的半导体工艺制造。

但现在，Intel所建立起来的优势屏障正在被逐渐瓦解。

独立于指令集架构的计算的兴起，以及数据中心对异构计算需求的巨大增加，减少了对x86软件环境的依赖。

Intel自身也在通过oneAPI计划拥抱异构架构，为x86防御系统的消亡而做出打算，oneAPI允许软件开发并可将其轻松地定位到各种混合计算架构中。

当涉及到指令集时，虚拟机和容器以及其他如今流行的主流技术的普及已基本拉平了竞争环境。而且，由于下一代数据中心的异构性质，跨越多个体系结构和指令集架构的工作负载的复杂重定向是基本要求。在新的数据中心中，x86不再像以前那样代表“锁定”，这种趋势只会在未来继续下去。

就制造和工艺技术优势而言，摩尔定律已经走向了终结，任何一家依赖于率先生产一种新的、更密集的工艺的企业，都会逐渐发现这种优势正在减弱。

事实上，在最近几代工艺制程中，集成更多晶体管所带来的回报是递减的，工艺技术的巨大进步来自于FinFET晶体管等创新，以及其他和晶体管缩小的技术进步。

正如我们在之前的文章中所讨论的，7nm、10nm、5nm等术语都是虚假的。从目前来看，越来越多的收益已经从提升制程转向了更先进的技术，比如封装，而在这一领域，Intel具备无可比拟的技术优势，如嵌入式多晶片互连桥接技术（EMIB）以及Foveros 3D堆叠技术。

但是，在半导体技术的竞争中，Intel究竟处于什么样的地位？确切地解释这个问题有点困难。

从功耗、性能、面积的角度来看，Intel 10nm节点与台积电7nm节点非常相似。如果Intel 7nm与台积电刚刚投产的5nm相似，那么根据Intel最近宣布的7nm因良品率问题而推迟量产的消息来看，Intel比台积电落后了几个月到一年。

当然，台积电在数据中心业务上并不是Intel的直接竞争对手，但他们为AMD生产芯片，后者是Intel在数据中心传统的主要竞争对手。

Intel似乎是未雨绸缪，宣布他们可能依赖于其他晶圆厂—;—;当然，这种外包制造对于Intel来说实际上不是新鲜事，因为台积电一直在生产Intel的FPGA等产品，比如Arria已经使用了好几年。

这意味着，即使Intel的芯片工厂遇到了新的和未预料到的问题，他们仍然可以使用AMD所用的相同技术来生产芯片。

在数据中心的竞争中，AMD表示，他们预计将在2022年底前推出采用台积电5nm工艺的“Genoa”(热那亚)处理器。Intel则表示，他们的7nm CPU要到“2022年底或2023年初”才能上市。

因此，从单纯的工艺节点角度，或者CPU角度来看，他们两者之间的时间表可能会非常接近。与此同时，Intel也正在交付其10nm Xeon处理器，所以这两家公司在未来几年的处理器性能可能接近相同。

通过与台积电(或三星)达成CPU生产协议，Intel对冲了他们的风险。未来，无论是台积电还是三星在更先进的节点中取得胜利，Intel都可以选择更具优势的晶圆厂来制造他们的CPU。

但是，正如我们在上面指出的，对于数据中心和一般计算来说，先进工艺为处理器带来的性能提升只是整个领域的一个缩影。总而言之，这不再是纳米的问题了。

未来在数据中心取胜的服务器将是那些具有支持针对不同工作负载的异构架构服务器，它们将大量内存资源放在本地，并在为这些处于云边端的芯片提供高带宽。

在那个世界里，封装技术、芯片架构、GPU、FPGA等加速器、专用的人工智能引擎、先进的内存和存储技术以及整个计算系统的架构将成为驱动性能的主要因素，而这种性能提升将远远超过由先进制程所带来的进步。

Intel清楚地认识到这一点，并采取了更全面的方法来保护其在数据中心的地位，还大量收购了AI和FPGA相关的公司和技术，开发Optane傲腾非易失性存储器，开发了用于嵌入式高密度互连异构芯片的嵌入式多芯片互连桥（EMIB），推出了用于3D芯片堆叠的Foveros技术，以及开展oneAPI计划。Intel这一系列基于非纳米技术的布局，令人印象深刻。

未来几年，Intel在数据中心的市场份额还会下降吗？这几乎是可以肯定的。当你在一个有价值且不断增长的市场上占有绝对的市场份额时，你真的别无选择。对竞争对手来说，想办法挤入市场、分一杯羹的动机太强烈了。

Intel的数据中心收入会继续快速增长吗？同样，这几乎也是可以肯定的。即使Intel的市场份额缩水，但整体市场仍将以惊人的速度保持增长，在这个过程当中，最大的增长将会发生在市场份额最大的公司的身上—;—;这很可能就是Intel。

其中，最值得关注的是数据中心架构变化所带来的影响。这里有两种对立的力量在起作用。首先，大量新架构的出现为众多新玩家打开了市场的大门，开发各种人工智能加速器的初创公司的数量猛增就可以证明这一点。而且，为了适应这些新的处理器而开放的架构将消除过去几十年的技术“锁定”。

数据中心最大的七个客户与其他用户之间的差别，也是一件值得关注的事。对数据中心需求量最大的七个企业是Facebook、Google、微软、亚马逊、百度、阿里巴巴、腾讯。

这些公司拥有充足的资金，从经济上来说，它们几乎可以做任何事情来获得数据中心容量、吞吐量或效率方面的优势。他们有能力开发自己定制的芯片和处理器，创建自己的服务器平台，并与前沿创业公司合作以获得新技术。

数据中心市场的其他用户则正好相反。他们希望用最标准化、可互换、支持良好的平台来构建数据中心，并希望每五年左右进行一次更新。因此，即使是其中一家初创公司接到了7巨头的订单，这也并不意味着他们将占领更大的数据中心市场份额。

在未来的数据中心市场中，任何拥有和控制在分散异构计算架构上运行应用程序的硬件和软件架构的公司，以及可以在标准化的、可互换的、支持良好的平台上进行交付的企业，都将拥有巨大的影响力。

至于谁将推动行业标准，谁将拥有关键非摩尔技术的制造，例如在存储器与这些尚未定义的异构计算之间迁移数据所需的高级封装/小芯片生态系统，我们还没有明确的方向，但很明显，Intel正试图在大批用户到来之前占领这一市场，并且他们不会毫无竞争力。这很值得业界去关注。