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芯东西（公众号：aichip001）

文 | 韦世玮

芯东西8月14日消息，昨日晚间，英特尔在2020年架构日上推出10nm SuperFin晶体管技术，将实现其有史以来最强大的单节点内性能增强。

据悉，10nm SuperFin技术将用于英特尔代号为“Tiger Lake”的下一代移动处理器，同时该处理器正在生产中，预计其OEM产品将于假日季上市。

此外，英特尔还发布了下一代CPU微架构Willow Cove、Tiger Lake SoC架构，以及可实现全扩展的Xe图形架构等。这些创新的架构也将用于消费类、高性能计算、移动客户端和游戏应用等市场。

与此同时，英特尔首席架构师Raja Koduri，以及多位英特尔院士和架构师也聚在一起，共同围绕制程/封装、架构、内存/存储、互连、安全、软件这六大技术支柱方面，详细介绍了相关的技术新进展。

一、10nm SuperFin技术：可媲美全节点转换

10nm SuperFin技术实现了增强型FinFET晶体管与Super MIM（Metal-Insulator-Metal）电容器的结合，能够提供增强的外延源极/漏极、改进的栅极工艺，以及额外的栅极间距。

英特尔称，这项技术不仅是英特尔有史以来最强大的单节点内性能增强，同时它所提升的性能也可和全节点转换相媲美。

据了解，SuperFin技术主要是通过5个方面的晶体管工艺优化，从而实现制程工艺的性能提升：

1、优化源极与漏极结构

SuperFin技术通过增长源极和漏极上晶体结构的外延长度，在增加应变的同时减小电阻，从而让更多的电流通过通道。

2、改进栅极工艺

栅极工艺的改进让通道迁移率进一步提高，加速了电荷载流子的移动。

3、增加额外栅极间距

通过增加额外的栅极间距选项，能够为需要最高性能的芯片功能提供更高的驱动电流。

4、使用新型薄壁

英特尔在SuperFin工艺中使用了新型薄壁阻隔，使过孔电阻降低30%，并进一步提升互连性能。

5、电容增加

与行业标准相比，SuperFin工艺在同等占位面积里的电容增加了5倍，不仅减少了电压下降，同时也提升了产品性能。

据了解，这项技术主要通过新型“高K”（Hi-K）电介质材料来实现。这一材料能够堆叠在厚度只有几埃厚的超薄层中，以形成重复的“超晶格”结构。

二、Willow Cove与Tiger Lake CPU架构

基于10nm SuperFin工艺和最新的处理器技术，英特尔推出了下一代名为“Willow Cove”的CPU微架构。

与英特尔2018年发布的Sunny Cove架构相比，Willow Cove架构在前者的基础上实现了超越代间CPU性能的提升，从而大幅度增强频率和功率效率。

同时，Willow Cove架构在更大的非相容1.25MB MLC中，引入了重新设计的缓存架构，并通过控制流强制技术（Control Flow Enforcement Technology）增强了安全性。

另一方面，Tiger Lake是英特尔第一个采用全新Xe-LP（低功耗）微架构的SoC架构，能够对CPU、AI加速器进行优化，实现CPU、AI和图形性能的进一步提升。

具体来看，Tiger Lake SoC架构主要包含以下8个特性：

1、 全新Willow Cove CPU核心。基于10nm SuperFin技术的创新，能显著提升频率。

2、新Xe图形架构。执行单元（EUs）多达96个，大幅度提升每瓦性能效率。

3、电源管理。一致性结构中的自助动态电压频率调整（DVFS），提高了全集成电压稳压器（FIVR）效率。

4、结构和内存。一致性结构带宽增加2倍，约86GB/s内存带宽，经验证的LP4x-4267、DDR4-3200，以及LP5-5400架构功能。

5、高斯网络加速器GNA 2.0专用IP，能用于低功耗神经推理计算，减轻CPU处理。同时，在运行音频噪音抑制工作负载的情况下，采用GNA推理计算的CPU利用率，比不采用GNA的CPU低20%。

6、IO。集成TB4/USB4，CPU上集成PCIe Gen 4，用于低延迟、高带宽设备对内存的访问。

7、显示。高达64GB/s的同步传输带宽，可支持多个高分辨率显示器。到内存的专用结构路径，以保持服务质量。

8、IPU6。拥有6个传感器，具有4K 30帧视频、27MP像素图像，最高4K90帧和42MP像素图像架构功能。

三、基于Xe图形架构的多款独立显卡及微架构

此次架构日上，英特尔详细介绍了可实现全扩展的Xe图形架构，

目前，Xe图形架构主要有Xe-LP（低功耗）、Xe-HP、Xe-HPC和Xe-HPG四个系列。

1、Xe-LP是英特尔针对PC和移动计算平台的最高效架构。它的最高配置EU单元为96组，并具有新架构设计，包括异步计算、视图实例化（view instancing）、采样器反馈（sampler feedback）、带有AV1的更新版媒体引擎，以及更新版显示引擎等。

Xe-LP能够让新的终端用户功能具备即时游戏调整（Instant Game Tuning）、捕捉与流媒体及图像锐化。

在软件优化方面，Xe-LP也将通过新的DX11路径和优化的编译器，对驱动进行改进。

2、Xe-HP是多区块（multi-tiled）、高度可扩展的高性能架构。它能够提供数据中心级、机架级媒体性能，GPU可扩展性和AI优化。

此外，Xe-HP涵盖了从一个区块（tile）到两个和四个区块的动态范围计算，功能类似于多核GPU。

基于这一特性，英特尔在现场展示了Xe-HP在单个区块上以60 FPS的速率，对10个完整的高质量4K视频流进行转码。同时，还演示了Xe-HP在多个区块上的计算可扩展性。

据了解，英特尔首款Xe-HP芯片已在实验室完成启动测试。

目前，英特尔正与关键客户共同测试Xe-HP，并计划通过Intel DevCloud让开发者能使用Xe HP。与此同时，Xe HP的相关产品也将于明年推出。

3、Xe-HPG是英特尔此次推出的新Xe微架构变体，专为游戏而优化。它结合了Xe-LP良好的效能功耗的构建模块，利用Xe-HP的可扩展性对Xe-HPC进行更强的配置和计算频率优化。

同时，Xe-HPG还添加了基于GDDR6的新内存子系统以提高性价比，将支持加速的光线跟踪。Xe-HPG预计将于2021年开始发货。

英特尔将基于Xe架构推出两款独立显卡，并在显卡指挥中心（IGCC）中引入即时游戏调整和游戏锐化两项新功能。

一是英特尔首款基于Xe-LP架构的DG1独立图形显卡，主要面向PC设备。目前，该显卡已进入投产阶段，有望按计划在2020年开始交付。

同时，DG1已在英特尔DevCloud上供早期访问用户使用，包含DG1文库和工具包，让用户能够提前使用oneAPI来编写DG1相关的软件。

二是英特尔针对数据中心领域的Server GPU（SG1）。据了解，SG1集成了4个DG1，能够以很小的尺寸将性能提升至数据中心级别，来实现低延迟、高密度的安卓云游戏和视频流。

SG1将很快进行投产，并于今年晚些时候发货。

四、两大数据中心架构：Ice Lake和Sapphire Rapids

1、Ice Lake

Ice Lake是首款基于10nm的英特尔至强可扩展处理器，能够在跨工作负载的吞吐量和响应能力方面，提供强劲性能。

技术方面，Ice Lake包括全内存加密、PCIe Gen 4、8个内存通道，以及可加快密码运算速度的增强指令集等。此外，Ice Lake系列也将推出针对网络存储和物联网的变体。

Ice Lake预计在今年年底推出。

2、Sapphire Rapids

Sapphire Rapids是英特尔基于增强型SuperFin技术所研发的下一代至强可扩展处理器，能提供DDR5、PCIe Gen 5、Compute Express Link 1.1等标准技术。

英特尔提到，Sapphire Rapids将用于美国阿贡国家实验室“极光”超级计算机系统（Aurora Exascale）中，延续英特尔的内置AI加速策略，使用一种名为先进的矩阵扩展（AMX）加速器。

Sapphire Rapids预计将于2021年下半年开始首批生产发货。

除此之外，英特尔在FPGA技术领域也不断推进创新。值得一提的是，英特尔拥有世界上第一台下一代224G-PAM4 TX收发器。

五、下一代混合架构产品

英特尔下一代采用混合架构的客户端产品名为Alder Lake，它将结合英特尔马上推出的Golden Cove和Gracemont两种架构并进行优化，以提供更好的效能功耗比。

六、混合结合封装技术：测试芯片已流片

目前，大多数传统封装技术使用的是热压结合（Thermocompression bonding）技术。作为热压结合技术的替代品，混合结合（Hybrid bonding）技术能够加速实现10微米及以下的凸点间距，从而带来更高的互连密度、带宽和更低功率。

早在今年第二季度，英特尔使用混合结合封装技术的测试芯片已成功流片。

七、软件：将于今年推出oneAPI Gold版本

软件方面，英特尔早在今年7月就发布了第八版oneAPI Beta，为分布式数据分析带来新的功能和提升，包括渲染性能、性能分析以及视频和线程文库。

英特尔在架构日上提到，oneAPI Gold版本将于今年晚些时候推出，届时将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。

结语：英特尔的“失”与“得”

过去一段时间以来，英特尔的7nm CPU发布推迟、市值首次被英伟达超越的消息，难免引起了行业的不少质疑和担忧。

但从这场架构日上，我们可以看到英特尔仍保有强劲的技术实力和信心，在摩尔定律逐渐放缓的当下，通过对CPU、GPU、FPGA，以及架构、封装和软件等领域的持续创新，开辟更多样化和多维度发展路径，以满足日益多元化的计算需求。

这似乎也是英特尔想要表达的另一个观点——推动摩尔定律的发展不仅仅只有提升纳米制程工艺一条路，横向地拓展晶体管工艺技术和架构创新也能“More than Moore”。

在英特尔看来，如今人们正处于一个智能化的新时代，亦是个“惠及每个人万亿亿次计算能力”的时代。

在新时代引发的技术洪流下，英特尔自2018年就提出的六大技术支柱战略，围绕制程和封装、架构、内存和存储、互连、安全和软件等方面推动产品的升级，无疑为行业的创新发展提供了一个行之有效的解决方案。