芯片巨頭英特爾發(fā)布10nm 新技術(shù)—— SuperFin

8 月 13 日，在芯片巨頭英特爾 2020年的架構(gòu)日（Architecture Day）新聞發(fā)布會上，其首席架構(gòu)師拉賈·科杜里（Raja Koduri）攜手多位英特爾院士和架構(gòu)師，全面分享了他們一年半以來在軟硬件等各個領(lǐng)域取得的各項技術(shù)進(jìn)步。

盡管英特爾開發(fā) 7nm芯片的進(jìn)程受挫，但這次發(fā)布的基于 10nm 的SuperFin技術(shù)將芯片性能提升了約20%，再加上 Willow Cove 微架構(gòu)、用于移動客戶端的 Tiger Lake SoC 架構(gòu)細(xì)節(jié)、以及可實現(xiàn)全擴(kuò)展的 Xe 圖形架構(gòu)等內(nèi)容的發(fā)布，展示了英特爾這個全世界最大的半導(dǎo)體企業(yè)在消費(fèi)類、高性能計算以及游戲應(yīng)用市場等領(lǐng)域的巨大技術(shù)優(yōu)勢。

由于疫情原因，本次發(fā)布會在線上進(jìn)行。但這次發(fā)布會披露的內(nèi)容非常全面詳實，而其中最為外界所關(guān)注的，便是其 10nm 新技術(shù)—— SuperFin 的發(fā)布。

英特爾是世界上為數(shù)不多的既可以設(shè)計、也可以制造芯片的公司，也是目前世界上最大的半導(dǎo)體公司。50 多年來，英特爾一直是半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

然而，隨著芯片產(chǎn)業(yè)進(jìn)入到了 7nm 時代，英特爾的進(jìn)展卻并不順利。去年，他們曾承諾將在 2021 年推出 7nm 芯片，但在其于今年 7 月 24 日發(fā)布的 2020年第二季度的財報中，7nm 的芯片生產(chǎn)將再度延遲到 2022 年、甚至是 2023 年，還將通過尋求外部工廠生產(chǎn)的方式來減少進(jìn)度的延遲。

因此，盡管營收和凈利潤均超出了市場預(yù)期，但其股價還是出現(xiàn)了不可避免的大幅下跌，而其競爭對手的股價則大漲。投資者認(rèn)為，英特爾的消息擴(kuò)大了臺積電的競爭優(yōu)勢。

圖｜英特爾股價（圖片來源：yahoo）

因此，有輿論認(rèn)為，英特爾希望通過本周的這次架構(gòu)日活動，發(fā)布 10nm 等技術(shù)進(jìn)步來提振市場的信心。

盡管截止發(fā)稿時，這次架構(gòu)日發(fā)布的積極內(nèi)容尚未反應(yīng)到股價上面來，但讓10nm性能提升約 20%的 SuperFin 技術(shù)本身，以及英特爾在 CPU、GPU、存儲、軟件等領(lǐng)域全方位的技術(shù)進(jìn)展，還是非常值得關(guān)注。

SuperFin

英特爾宣稱，經(jīng)過多年對鰭式場效晶體管（Fin Field-Effect Transistor，F(xiàn)inFET）晶體管技術(shù)的改進(jìn)，英特爾正在“重新定義”該技術(shù)，實現(xiàn)了其歷史上最強(qiáng)大的單節(jié)點(diǎn)內(nèi)性能增強(qiáng)，帶來的性能提升可與完全節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換相媲美，并將這一次的技術(shù)命名為了 SuperFin，意為“超級鰭”。

鰭式場效晶體管的誕生本身就是對傳統(tǒng)晶體管結(jié)構(gòu)的一次重大革新。鰭式場效晶體管之前的晶體管是二維的，門極只能在其一側(cè)控制電路的接通與斷開，而鰭式場效晶體管的門極則形成了類似魚鰭的三維結(jié)構(gòu)，可以于兩側(cè)控制電路的接通與斷開。這種設(shè)計可以大幅改善電路控制，減少漏電，并大幅縮短晶體管的閘長。

而這次的 SuperFin——“超級鰭”中，英特爾實現(xiàn)了增強(qiáng)型鰭式場效晶體管晶體管與 Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的結(jié)合，在多個方向都對鰭式場效晶體管進(jìn)行了優(yōu)化，取得了非常可觀的性能提升。

圖｜SuperFin 是增強(qiáng)型鰭式場效晶體管晶體管與 Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的結(jié)合（圖片來源：Intel）

在“重新定義”鰭式場效晶體管方面，首先，英特爾增強(qiáng)了源極和漏極上晶體結(jié)構(gòu)的外延長度，從而進(jìn)一步減小了電阻，以允許更多電流通過通道；其次，他們改進(jìn)了柵極工藝，實現(xiàn)了更高的通道遷移率，從而使電荷載流子可以更快地移動；第三，還擴(kuò)大了柵極間距，為需要最高性能的芯片功能提供了更高的驅(qū)動電流。

而新型的 Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的采用，讓其與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相比，在同等的占位面積內(nèi)，電容增加了 5 倍之多，這意味著產(chǎn)品性能的顯著提升。英特爾宣稱，這一行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)由一類新型的 Hi-K 電介質(zhì)材料實現(xiàn)，該材料可以堆疊在厚度僅為幾埃的超薄層中，從而形成重復(fù)的“超晶格”結(jié)構(gòu)。再加上新型薄勢壘（Novel Thin Barriers）技術(shù)采用，可以將過孔電阻降低了 30％，從而提升互連性能表現(xiàn)。

這些進(jìn)展，讓 10nm 芯片的性能大幅提升了約 20%之多。

約 20% 是什么概念呢？在之前的 14nm 時代，英特爾經(jīng)過四次技術(shù)更迭（14nm、14nm+、14nm++、14nm+++、14nm++++）才實現(xiàn)了約 20%的性能提升。而這次通過 SuperFin，一次性就完成了約 20%，進(jìn)步速度遠(yuǎn)超外界想象。有媒體稱，這意味著 SuperFin 已經(jīng)成為速度更快、甚至可能是全球最快的晶體管。

在各廠家的 7nm 工藝性能達(dá)不到預(yù)期的情況下，英特爾 10nm 芯片約 20%的提升顯然非常了得。為了維持芯片性能的領(lǐng)先優(yōu)勢，英特爾已經(jīng)表示，將不再僅僅只局限于自己的工廠，而是將考慮在第三方工廠中生產(chǎn) SuperFin 芯片。這將是繼 7nm 芯片之后，英特爾再一次表示將擁抱第三方工廠。

不過，宣稱的約 20% 的性能提升還需要實打?qū)嵉男酒a(chǎn)出來、并進(jìn)入實際應(yīng)用才能落到實處。而且，隨著明年其它廠商的 7nm 工藝芯片上市，甚至是更進(jìn)一步的 5nm 技術(shù)的出現(xiàn)，英特爾通過 10nm 的 SuperFin 能建立多大的優(yōu)勢尚未可知。

不過，在發(fā)布了 SuperFin 之后，英特爾還暢想了再進(jìn)一步的增強(qiáng)型 SuperFin 技術(shù)，可以進(jìn)一步提升性能，并可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用場景進(jìn)行優(yōu)化。

10nm SuperFin 技術(shù)將首先應(yīng)用于代號為“ Tiger Lake”的英特爾下一代移動處理器中。Tiger Lake 目前正在生產(chǎn)中?？梢灶A(yù)期，有了 SuperFin 的加持，Tiger Lake 將在頻率等方面有極大的性能提升。

而 SuperFin 只是這次架構(gòu)日發(fā)布的第一項內(nèi)容。SuperFin 之后，各種其它的技術(shù)進(jìn)步接踵而至。

封裝

在封裝工藝方面，這次的架構(gòu)日發(fā)布了全新的“混合結(jié)合（Hybrid bonding）”技術(shù)。封裝是制程之外的另一種提高芯片集成度的關(guān)鍵技術(shù)，英特爾一直是封裝技術(shù)的佼佼者。

當(dāng)今大多數(shù)封裝技術(shù)中使用的是傳統(tǒng)的“熱壓結(jié)合（thermocompression bonding）”技術(shù)，混合結(jié)合是這一技術(shù)的升級。這項新技術(shù)能夠?qū)⒏骶g的距離從 50微米縮短至 10微米甚至更低，從而提供更高的互連密度、帶寬和更低的功率。使用混合結(jié)合技術(shù)的測試芯片已在 2020年第二季度流片。

Willow Cove 架構(gòu)

Willow Cove 將是英特爾的下一代 CPU 微架構(gòu)，而 Tiger Lake CPU 使用的就將是 Willow Cove 架構(gòu)。

Willow Cove CPU 將基于剛剛提到的 10nm SuperFin 技術(shù)，相比于上一代的 Sunny Cove 架構(gòu)，Willow Cove 性能將提升約 20%。

它還將重新設(shè)計的緩存架構(gòu)引入到更大的非相容 1.25MB MLC 中（上一代為 512KB），并通過英特爾控制流強(qiáng)制技術(shù)（Control Flow Enforcement Technology）增強(qiáng)了安全性。

Tiger Lake CPU

基于 Willow Cove 架構(gòu)的下一代芯片 Tiger Lake 也自然將獲得極大的性能提升。

除了 Willow Cove，Tiger Lake 還納入了基于 Xe 圖形架構(gòu)的新型 GPU，可以對 CPU、AI 加速器進(jìn)行優(yōu)化，將使 CPU 性能得到超越一代的提升，并實現(xiàn)大規(guī)模的 AI 性能提升，并實現(xiàn)了圖形性能的巨大飛躍。

Xe GPU

SuperFin 也為英特爾的 GPU 賦能。

這次架構(gòu)日，英特爾詳細(xì)介紹了經(jīng)過優(yōu)化的 Xe-LP（低功耗）微架構(gòu)和軟件，可為移動平臺提供高效的性能。Xe-LP 是英特爾針對 PC 和移動計算平臺的最高效架構(gòu)，Xe-LP 入門級產(chǎn)品將首先作為搭載于 Tiger Lake 筆記本 CPU 中的核顯，在今年晚些時候上市。

其最高配置 EU 單元多達(dá) 96 組，相比于上代 Gen11 大幅增加了 50%，并具有新架構(gòu)設(shè)計，包括異步計算、視圖實例化 （view instancing）、采樣器反饋（sampler feedback）、帶有 AV1 的更新版媒體引擎以及更新版顯示引擎等。這將使新的終端用戶功能具備即時游戲調(diào)整（Instant Game Tuning）、捕捉與流媒體及圖像銳化的能力。

在軟件優(yōu)化方面，Xe-LP 將通過新的 DX11 路徑和優(yōu)化的編譯器對驅(qū)動進(jìn)行改進(jìn)。這些都將帶來游戲性能的大幅提升。

除了入門級的 Xe-LP，英特爾還發(fā)布了面向游戲玩家的 Xe-HPG、面向數(shù)據(jù)中心和 AI 應(yīng)用的 Xe-HP、面向超算的 Xe-HPC 等整整一個系列的基于 Xe GPU 架構(gòu)的產(chǎn)品。而首款基于 Xe 架構(gòu)的獨(dú)立圖形顯卡 DG1 已投產(chǎn)，并有望按計劃于 2020年開始交付。

還有更多……

這次的架構(gòu)日，英特爾還發(fā)布了更多的東西。包括：

下一代混合架構(gòu) Alder Lake

基于增強(qiáng)型SuperFin技術(shù)的下一代至強(qiáng)可擴(kuò)展處理器Sapphire Rapids

帶寬極高的板載高速內(nèi)存Rambo Cache

面向 5G 和萬物互聯(lián)時代的產(chǎn)品線

英特爾在安全方面的時間表

服務(wù)于數(shù)據(jù)中心的Ice Lake Xeon

AI相關(guān)軟件

整合了英特爾所開發(fā)的各種軟件開發(fā)框架及工具鏈的 oneAPI

DG1 的開發(fā)平臺

等等等等……

在過去兩年“日子并不好過的”英特爾，一口氣介紹了在其創(chuàng)新的六大技術(shù)支柱（制程與封裝、XPU 架構(gòu)、儲存、互聯(lián)、安全、軟件）方面所取得的進(jìn)展，覆蓋面遠(yuǎn)超以往，光 ppt 就長達(dá) 233 頁。

除了這些已經(jīng)開發(fā)出的技術(shù)，英特爾還在暢想，在摩爾定律日漸失效的今天，要如何才能把計算能力進(jìn)一步提高 100倍，甚至 1000 倍？

針對這個問題，英特爾也給出了自己的答案——神經(jīng)形態(tài)計算（Neuromorphic Computing），并展示了英特爾實驗室在這一領(lǐng)域的軟硬件創(chuàng)新。

圖｜英特爾的野望（來源：Intel）

這些面向今天和未來的技術(shù)展示，展現(xiàn)了英特爾依舊十分強(qiáng)大的技術(shù)實力，和在芯片相關(guān)軟硬件領(lǐng)域的巨大野心。至于資本和消費(fèi)市場是否買賬，英特爾在與三星和臺積電等競爭對手的較量中又將表現(xiàn)如何，就讓我們拭目以待吧。

原文標(biāo)題：“重新定義10nm”：性能提升約20%，英特爾架構(gòu)日更新四大技術(shù)

文章出處：【微信公眾號：DeepTech深科技】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。