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

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

由于疫情原因，本次發(fā)布會在線上進行。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注的，便是其 10nm 新技術—— SuperFin 的發(fā)布。

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

然而，隨著芯片產(chǎn)業(yè)進入到了 7nm 時代，英特爾的進展卻并不順利。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)的方式來減少進度的延遲。

因此，盡管營收和凈利潤均超出了市場預期，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。投資者認為，英特爾的消息擴大了臺積電的競爭優(yōu)勢。

圖｜英特爾股價（圖片來源：yahoo）

因此，有輿論認為，英特爾希望通過本周的這次架構日活動，發(fā)布 10nm 等技術進步來提振市場的信心。

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

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）晶體管技術的改進，英特爾正在“重新定義”該技術，實現(xiàn)了其歷史上最強大的單節(jié)點內(nèi)性能增強，帶來的性能提升可與完全節(jié)點轉(zhuǎn)換相媲美，并將這一次的技術命名為了 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，可以于兩側(cè)控制電路的接通與斷開。這種設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行了優(yōu)化，取得了非常可觀的性能提升。

圖｜SuperFin 是增強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，英特爾增強了源極和漏極上晶體結(jié)構的外延長度，從而進一步減小了電阻，以允許更多電流通過通道；其次，他們改進了柵極工藝，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)標準相比，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)領先的技術由一類新型的 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，從而形成重復的“超晶格”結(jié)構。再加上新型薄勢壘（Novel Thin Barriers）技術采用，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%，進步速度遠超外界想象。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 工藝性能達不到預期的情況下，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、并進入實際應用才能落到實處。而且，隨著明年其它廠商的 7nm 工藝芯片上市，甚至是更進一步的 5nm 技術的出現(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一步的增強型 SuperFin 技術，可以進一步提升性能，并可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心的應用場景進行優(yōu)化。

10nm SuperFin 技術將首先應用于代號為“ 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。可以預期，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 只是這次架構日發(fā)布的第一項內(nèi)容。SuperFin 之后，各種其它的技術進步接踵而至。

封裝

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

當今大多數(shù)封裝技術中使用的是傳統(tǒng)的“熱壓結(jié)合（thermocompression bonding）”技術，混合結(jié)合是這一技術的升級。這項新技術能夠?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)合技術的測試芯片已在 2020年第二季度流片。

Willow Cove 架構

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

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

它還將重新設計的緩存架構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制技術（Control Flow Enforcement Technology）增強了安全性。

Tiger Lake CPU

基于 Willow Cove 架構的下一代芯片 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 圖形架構的新型 GPU，可以對 CPU、AI 加速器進行優(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。

這次架構日，英特爾詳細介紹了經(jīng)過優(yōu)化的 Xe-LP（低功耗）微架構和軟件，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，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 96 組，相比于上代 Gen11 大幅增加了 50%，并具有新架構設計，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)動進行改進。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 架構的產(chǎn)品。而首款基于 Xe 架構的獨立圖形顯卡 DG1 已投產(chǎn)，并有望按計劃于 2020年開始交付。

還有更多……

這次的架構日，英特爾還發(fā)布了更多的東西。包括：

下一代混合架構 Alder Lake

基于增強型SuperFin技術的下一代至強可擴展處理器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

服務于數(shù)據(jù)中心的Ice Lake Xeon

AI相關軟件

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)新的六大技術支柱（制程與封裝、XPU 架構、儲存、互聯(lián)、安全、軟件）方面所取得的進展，覆蓋面遠超以往，光 ppt 就長達 233 頁。

除了這些已經(jīng)開發(fā)出的技術，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展示，展現(xiàn)了英特爾依舊十分強大的技術實力，和在芯片相關軟硬件領域的巨大野心。至于資本和消費市場是否買賬，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。

原文標題：“重新定義10nm”：性能提升約20%，英特爾架構日更新四大技術

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