在臺(tái)積電、三星紛紛拿出 7nm 制程的時(shí)候，英特爾的 10nm 芯片還遲遲沒(méi)有出爐。是什么復(fù)雜的技術(shù)拖慢了英特爾的研究速度？昨天，這家公司在加州 Los Altos 舉辦的「架構(gòu)日」活動(dòng)中推出了最新的 Foveros 工藝，將芯片制造從二維平面提升至「三維」，著實(shí)讓人感到所有等待都是值得的。
此外，英特爾還在本周三的活動(dòng)中推出了 10 納米制程架構(gòu)「Sunny Cove」，它將成為 Skylake 的繼承者。由于新的指令集出現(xiàn)，處理器單線程和多線程的任務(wù)運(yùn)算速度都將有顯著提高。Sunny Cove 將在明年下半年融入英特爾下一代服務(wù)器（Xeon）和消費(fèi)級(jí)處理器（Core）中。
做處理器的公司都癡迷于將產(chǎn)品做得更小。大名鼎鼎但日漸式微的摩爾定律揭示了幾十年來(lái)芯片日益縮小的規(guī)律。然而，如果繼續(xù)縮小芯片不再像以前那樣奏效該怎么辦？在這種形勢(shì)下，英特爾沒(méi)有選擇繼續(xù)縮小芯片，而是找到了另一個(gè)突破口。
本周三，這家芯片巨頭向世人展示了一項(xiàng)名為 Foveros 的 3D 封裝技術(shù)，可以將芯片中的邏輯芯片堆疊起來(lái)。近期，幾種縱向疊加方法改進(jìn)了存儲(chǔ)芯片。經(jīng)過(guò)了數(shù)年的研究之后，英特爾將成為首個(gè)將 3D 堆疊技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用到 CPU、GPU 及 AI 處理器的公司。這與戈登·摩爾的預(yù)測(cè)并不相同——但看起來(lái)或許更好。
疊疊高
堆疊的意義不僅在于節(jié)省空間，還能根據(jù)用戶需求定制硅的組合。
「你可以在給定的空間上堆疊更多的晶體管，」英特爾首席架構(gòu)師 Raja Koduri 表示?！改氵€可以堆疊不同種類(lèi)的晶體管；如果你想在 CPU 上放一個(gè) 5G 無(wú)線設(shè)備，最好先解決堆疊問(wèn)題，因?yàn)檫@樣就能在擁有你想要的功能時(shí)保證體積夠小?！?/p>
Koduri 表示，「現(xiàn)在，我們可以采取最適合該功能的流程，并將它們一起打包?！?/p>
業(yè)內(nèi)其他公司已經(jīng)充分利用了混合、匹配晶體管的好處，投資于「小芯片」（chiplet），這種芯片幾乎可以像相互咬合的拼圖一樣使用。但他們依然是將這些芯片鋪在一個(gè)平面上。相比之下，英特爾的 3D 堆疊技術(shù)更像是樂(lè)高積木的玩法。
Lopez Research 公司創(chuàng)始人 Maribel Lopez 評(píng)價(jià)道，「這種技術(shù)正在變革架構(gòu)的概念?！?/p>
改變帶來(lái)的是實(shí)際的受益。2D 方法允許一些變化，但它以犧牲性能和消耗更多電量為代價(jià)，Moor Insights & Strategy 的 CEO Patrick Moorhead 表示。英特爾似乎解決了這些問(wèn)題?！赣⑻貭柤夹g(shù)的驚人之處在于，他們將這些小芯片拼在一起后沒(méi)有出現(xiàn)性能損失和電量損失。」Moorhead 說(shuō)道。但他也提醒道，英特爾還需要通過(guò)一次展示證明他們的技術(shù)可以對(duì)數(shù)百萬(wàn)的芯片也得到同樣的結(jié)果。
近期，芯片封裝結(jié)構(gòu)完成了從單片式向二維、及至現(xiàn)在的 3D 堆疊的進(jìn)化，允許更多的定制和電量存儲(chǔ)。（圖源：英特爾）
英特爾認(rèn)為電力輸送是它已經(jīng)解決的問(wèn)題。數(shù)十年來(lái)人們一直在探索成功的 3D 封裝技術(shù)，但是卻受限于電量、熱和價(jià)格等因素?！傅讓幼儫?，溫度就會(huì)升高?！筀oduri 說(shuō)，「而在 3D 堆疊方法中，如果你在組裝好一切后發(fā)現(xiàn)其中一層用的是不好的硅，那么你必須扔掉一切。這非常昂貴。」
Koduri 并未透露英特爾解決這些問(wèn)題的細(xì)節(jié)。但是他說(shuō)，嚴(yán)格測(cè)試、新的電力輸送流程和全新的隔熱絕緣材料的結(jié)合幫助英特爾避免了一些常見(jiàn)的問(wèn)題。
變革
從某種程度上來(lái)說(shuō)，英特爾解決了一個(gè)困擾已久的物理問(wèn)題，這本身已經(jīng)非常有趣，但意義更加重大的是這一突破帶來(lái)的全新體驗(yàn)類(lèi)型。
「對(duì)于較小或比較新的形狀因子來(lái)說(shuō)，這仍然是一項(xiàng)有趣的物理挑戰(zhàn)?！筁opez 說(shuō)道，「它對(duì)復(fù)雜的形狀因子有所幫助，如可折疊、可彎曲的輕量級(jí)事物。」
必須提醒一下，它可能比你想象的來(lái)得更快。英特爾稱，使用 Foveros 工藝的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品將在未來(lái) 12 到 18 個(gè)月內(nèi)上市。屆時(shí)，三星可能也已上市其首款可折疊智能手機(jī)。
但是越有趣的優(yōu)勢(shì)可能越精微。由于新架構(gòu)允許制造商按照需求換晶體管，因此無(wú)數(shù)的設(shè)備將借助堆疊優(yōu)勢(shì)變得更加高效。
「最適合臺(tái)式機(jī)游戲 CPU 的晶體管對(duì) GPU 來(lái)說(shuō)未必是最好的。類(lèi)似地，你需要不同的晶體管來(lái)運(yùn)行 5G 和互聯(lián)服務(wù)?！筀oduri 說(shuō)道。人工智能仍然有很多不同的需求?！肝覀冎爸皇菍?duì)硅采取最好的折中辦法?，F(xiàn)在，我們可以使用最有利于某項(xiàng)功能的工序，然后將它們聚合在一個(gè)包里。由于這些芯片之間有很高的帶寬，它們中的每一個(gè)都可以像單個(gè)芯片那樣發(fā)揮作用?！?/p>
長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種可定制性對(duì)英特爾將有所幫助。即使在英特爾占據(jù)主導(dǎo)地位的服務(wù)器領(lǐng)域，它也面臨著來(lái)自谷歌、亞馬遜等公司日漸激烈的競(jìng)爭(zhēng)?，F(xiàn)在，英特爾可以提供一些獨(dú)特的產(chǎn)品，為與這些公司合作而非對(duì)抗創(chuàng)建了一條可能的路徑?！窮acebook、谷歌、亞馬遜這些公司沒(méi)有理由不在自己的可定制專(zhuān)屬 chiplet 上使用英特爾設(shè)計(jì)?！筂oorhead 說(shuō)道。
任何新技術(shù)的誕生都伴隨著警示。英特爾稱它可以擴(kuò)展 Foveros，實(shí)際上它也必須這么做。設(shè)備制造商和其他合作伙伴也需要這么做。畢竟，英特爾錯(cuò)失了整個(gè)移動(dòng)一代，面臨著來(lái)自 AMD、高通、TSMC 等公司的嚴(yán)峻競(jìng)爭(zhēng)。這些公司已經(jīng)在 7nm 制程處理器方面先行一步，而英特爾一直停留在 10nm。
英特爾展示了自己的最新 CPU 核心路線圖。
但最終，3D 堆疊技術(shù)引出的新方向不再是像以前那樣一味追求更小，而是堆得更高。英特爾本周三也推出了一些其它方面的技術(shù)迭代進(jìn)展，如 Sunny Cove CPU 架構(gòu)，以及 Gen11 集成顯卡。但 3D 封裝技術(shù)給人的印象最為深刻：這是一種思考如何構(gòu)建芯片的新方法，它或許可以讓摩爾定律突破瓶頸，延續(xù)下去。