在臺積電、三星紛紛拿出 7nm 制程的時候，英特爾的 10nm 芯片還遲遲沒有出爐。是什么復雜的技術(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）和消費級處理器（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？在這種形勢下，英特爾沒有選擇繼續(xù)縮小芯片，而是找到了另一個突破口。
本周三，這家芯片巨頭向世人展示了一項名為 Foveros 的 3D 封裝技術(shù)，可以將芯片中的邏輯芯片堆疊起來。近期，幾種縱向疊加方法改進了存儲芯片。經(jīng)過了數(shù)年的研究之后，英特爾將成為首個將 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·摩爾的預測并不相同——但看起來或許更好。
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€可以堆疊不同種類的晶體管；如果你想在 CPU 上放一個 5G 無線設(shè)備，最好先解決堆疊問題，因為這樣就能在擁有你想要的功能時保證體積夠小?！?/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平面上。相比之下，英特爾的 3D 堆疊技術(shù)更像是樂高積木的玩法。
Lopez Research 公司創(chuàng)始人 Maribel Lopez 評價道，「這種技術(shù)正在變革架構(gòu)的概念?！?/p>
改變帶來的是實際的受益。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，Moor Insights & Strategy 的 CEO Patrick Moorhead 表示。英特爾似乎解決了這些問題?！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有出現(xiàn)性能損失和電量損失?！筂oorhead 說道。但他也提醒道，英特爾還需要通過一次展示證明他們的技術(shù)可以對數(shù)百萬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 堆疊的進化，允許更多的定制和電量存儲。（圖源：英特爾）
英特爾認為電力輸送是它已經(jīng)解決的問題。數(shù)十年來人們一直在探索成功的 3D 封裝技術(shù)，但是卻受限于電量、熱和價格等因素?！傅讓幼儫?，溫度就會升高?！筀oduri 說，「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?！?/p>
Koduri 并未透露英特爾解決這些問題的細節(jié)。但是他說，嚴格測試、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的問題。
變革
從某種程度上來說，英特爾解決了一個困擾已久的物理問題，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的全新體驗類型。
「對于較小或比較新的形狀因子來說，這仍然是一項有趣的物理挑戰(zhàn)。」Lopez 說道，「它對復雜的形狀因子有所幫助，如可折疊、可彎曲的輕量級事物。」
必須提醒一下，它可能比你想象的來得更快。英特爾稱，使用 Foveros 工藝的消費級產(chǎn)品將在未來 12 到 18 個月內(nèi)上市。屆時，三星可能也已上市其首款可折疊智能手機。
但是越有趣的優(yōu)勢可能越精微。由于新架構(gòu)允許制造商按照需求換晶體管，因此無數(shù)的設(shè)備將借助堆疊優(yōu)勢變得更加高效。
「最適合臺式機游戲 CPU 的晶體管對 GPU 來說未必是最好的。類似地，你需要不同的晶體管來運行 5G 和互聯(lián)服務(wù)?！筀oduri 說道。人工智能仍然有很多不同的需求。「我們之前只是對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功能的工序，然后將它們聚合在一個包里。由于這些芯片之間有很高的帶寬，它們中的每一個都可以像單個芯片那樣發(fā)揮作用?！?/p>
長遠來看，這種可定制性對英特爾將有所幫助。即使在英特爾占據(jù)主導地位的服務(wù)器領(lǐng)域，它也面臨著來自谷歌、亞馬遜等公司日漸激烈的競爭?，F(xiàn)在，英特爾可以提供一些獨特的產(chǎn)品，為與這些公司合作而非對抗創(chuàng)建了一條可能的路徑。「Facebook、谷歌、亞馬遜這些公司沒有理由不在自己的可定制專屬 chiplet 上使用英特爾設(shè)計。」Moorhead 說道。
任何新技術(shù)的誕生都伴隨著警示。英特爾稱它可以擴展 Foveros，實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，英特爾錯失了整個移動一代，面臨著來自 AMD、高通、TSMC 等公司的嚴峻競爭。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。