英特爾推出顛覆性架構：3D堆疊晶片，10nm製程明年上市

選自 Wired

作者：Brian Barrett

機器之心編譯

參與：李澤南、路雪、張倩

在台積電、三星紛紛拿出 7nm 製程的時候，英特爾的 10nm 晶片還遲遲沒有出爐。

是什麼複雜的技術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「架構日」活動中推出了最新的 Foveros 工藝，將晶片製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 納米製程架構「Sunny Cove」，它將成為 Skylake 的繼承者。

由於新的指令集出現，處理器單線程和多線程的任務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伺服器（Xeon）和消費級處理器（Core）中。

做處理器的公司都痴迷於將產品做得更小。

大名鼎鼎但日漸式微的摩爾定律揭示了幾十年來晶片日益縮小的規律。

然而，如果繼續縮小晶片不再像以前那樣奏效該怎麼辦？在這種形勢下，英特爾沒有選擇繼續縮小晶片，而是找到了另一個突破口。

本周三，這家晶片巨頭向世人展示了一項名為 Foveros 的 3D 封裝技術，可以將晶片中的邏輯晶片堆疊起來。

近期，幾種縱向疊加方法改進了存儲晶片。

經過了數年的研究之後，英特爾將成為首個將 3D 堆疊技術大規模應用到 CPU、GPU 及 AI 處理器的公司。

這與戈登·摩爾的預測並不相同——但看起來或許更好。

疊疊高

堆疊的意義不僅在於節省空間，還能根據用戶需求定製矽的組合。

「你可以在給定的空間上堆疊更多的電晶體，」英特爾首席架構師 Raja Koduri 表示。

「你還可以堆疊不同種類的電晶體；如果你想在 CPU 上放一個 5G 無線設備，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。

」

Koduri 表示，「現在，我們可以採取最適合該功能的流程，並將它們一起打包。

」

業內其他公司已經充分利用了混合、匹配電晶體的好處，投資於「小晶片」（chiplet），這種晶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晶片鋪在一個平面上。

相比之下，英特爾的 3D 堆疊技術更像是樂高積木的玩法。

Lopez Research 公司創始人 Maribel Lopez 評價道，「這種技術正在變革架構的概念。

」

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。

「英特爾技術的驚人之處在於，他們將這些小晶片拼在一起後沒有出現性能損失和電量損失。

」Moorhead 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可以對數百萬的晶片也得到同樣的結果。

近期，晶片封裝結構完成了從單片式向二維、及至現在的 3D 堆疊的進化，允許更多的定製和電量存儲。

（圖源：英特爾）

英特爾認為電力輸送是它已經解決的問題。

數十年來人們一直在探索成功的 3D 封裝技術，但是卻受限於電量、熱和價格等因素。

「底層變熱，溫度就會升高。

」Koduri 說，「而在 3D 堆疊方法中，如果你在組裝好一切後發現其中一層用的是不好的矽，那麼你必須扔掉一切。

這非常昂貴。

」

Koduri 並未透露英特爾解決這些問題的細節。

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。

「對於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。

」Lopez 說道，「它對複雜的形狀因子有所幫助，如可摺疊、可彎曲的輕量級事物。

」

必須提醒一下，它可能比你想像的來得更快。

英特爾稱，使用 Foveros 工藝的消費級產品將在未來 12 到 18 個月內上市。

屆時，三星可能也已上市其首款可摺疊智慧型手機。

但是越有趣的優勢可能越精微。

由於新架構允許製造商按照需求換電晶體，因此無數的設備將藉助堆疊優勢變得更加高效。

「最適合台式機遊戲 CPU 的電晶體對 GPU 來說未必是最好的。

類似地，你需要不同的電晶體來運行 5G 和互聯服務。

」Koduri 說道。

人工智慧仍然有很多不同的需求。

「我們之前只是對矽採取最好的折中辦法。

現在，我們可以使用最有利於某項功能的工序，然後將它們聚合在一個包里。

由於這些晶片之間有很高的帶寬，它們中的每一個都可以像單個晶片那樣發揮作用。

」

長遠來看，這種可定製性對英特爾將有所幫助。

即使在英特爾占據主導地位的伺服器領域，它也面臨著來自谷歌、亞馬遜等公司日漸激烈的競爭。

現在，英特爾可以提供一些獨特的產品，為與這些公司合作而非對抗創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製專屬 chiplet 上使用英特爾設計。

」Moorhead 說道。

任何新技術的誕生都伴隨著警示。

英特爾稱它可以擴展 Foveros，實際上它也必須這麼做。

設備製造商和其他合作夥伴也需要這麼做。

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。

這些公司已經在 7nm 製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疊代進展，如 Sunny Cove CPU 架構，以及 Gen11 集成顯卡。

但 3D 封裝技術給人的印象最為深刻：這是一種思考如何構建晶片的新方法，它或許可以讓摩爾定律突破瓶頸，延續下去。

原文連結：https://www.wired.com/story/intel-foveros-chips-breakthrough/

本文為機器之心編譯，轉載請聯繫本公眾號獲得授權。

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