好貨不怕晚 歡迎來到英特爾的10nm 3D世界

一說到2D或者3D，總是讓人想到視覺領域中的效果，然而在半導體領域，3D技術帶來的革命更嘆為觀止，早些年的FinFET和3D NAND只是個開始。

從去年12月初英特爾公布新架構路線，到1月初CES 2019上拿出M.2 SSD大小的整台電腦，這樣的速度，你不得不更上！

到底是什麼決定著產品質的飛越，銷量徘徊不前的PC到底路在何方？英特爾在此次CES上給了大家答案和思考。

"早"在2011年年中，英特爾推出了向空間要性能的Tri-Gate 3D電晶體技術，成為LSI取代電子管之後，半導體製程革命的新標誌。

該技術就是今天已經廣為各大半導體廠商所採用的FinFET。

從2013年開始，多家主流的Flash廠商開始陸續推出3D NAND產品，最早推出該類產品的三星稱之為V-NAND。

與該技術普及相伴的是MLC向高堆疊TLC的技術演進，SSD進入尋常百姓家。

在這股浪潮中，英特爾/美光並不是十分積極，直到2015年才少量推出了使用相對獨特的浮柵技術的3D NAND產品。

真正的大招是他們同時宣布，2017年初正式推出成品的3D XPoint技術，英特爾稱之為Optane（傲騰），比單純的3D NAND只講求容量增加，更多了一重性能（速度、延遲、壽命）的大幅提升。

可以說，半導體業界近年來每次大的技術飛越，都與3D化——從平面向空間要增長密不可分。

而其中，英特爾的角色都是那麼的微妙和關鍵。

剛剛公布就接近產品化的3D封裝技術Foveros，將用多麼"了不起（Foveros希臘語含義）"的成就改變半導體產業呢？

製程製程，製程是什麼？無論是英特爾推演在的14nm、剛剛宣布2019年進入的，還是TSMC於去年下半年開始量產7nm，簡單的描述是線寬，是晶片組成的半導體里弄中的道路寬度。

路窄不是問題，關鍵是一方面要能保證車輛正常通行，另一方面還要防止路兩側房間不會隔路"相望"。

英特爾不斷的14nm製程優化過程，就是路不變窄的情況下，儘可能蓋上更多的房間、住下更多的電晶體。

同理，7nm的馬路雖窄，但若不能很好地隔離不同"房間"間的干擾，房間的實際面積或距離，並不能隨同製程改進而縮小，也就是電晶體密度沒有增加，一切都等於白搭。

雖然FinFET技術已經完全普及，但是由於大多數CPU或SoC內部結構複雜、同時具有電氣性能差異巨大的眾多功能模塊，FinFET技術只能實現單個電晶體，或者說柵極的空間布局，電晶體本身無法實現多層堆疊，即3D化。

在這種情況下，CPU和SoC只能基於單片晶圓生產，同等製程情況下，對應DIE的面積反映出電晶體的數量，間接地呈現晶片性能。

這也是摩爾定律已死的理論根源。

3D封裝技術，在這裡起到了革命性的作用，下面的故事有點像立體種植，把從面積要的產能改為向空間要。

立體種植電晶體，對不起，暫時還不能。

3D封裝說得很清楚，就是在空間中而不是平面化封裝多個晶片。

也許你會說，這有什麼新鮮的，晶片堆疊技術不是老早之前就被廣泛使用了麼，無論是DRAM還是NAND，都已廣泛採用堆疊技術，特別是NAND已經從128層甚至更多層邁進。

而智慧型手機所使用的SiP晶片，也是將SoC與DRAM堆疊在一起的。

DRAM/NAND堆疊相對簡單，由於各層半導體功能特性相同，無論是地址還是數據，信號可以縱穿功能完全相同的不同樓層，就像是巨大的公寓樓中從底到頂穿梭的電梯。

存儲具有Cell級別的高度相似性，同時運行頻率相對不高，較常採用這種結構。

SoC和DRAM晶片的堆疊，採用了內插器或嵌入式橋接器，晶片不僅功能有別，而且連接速度高，這樣的組合甚至可以完成整個系統功能，因此叫SiP（System in Package）更準確。

SiP封裝足夠小巧緊湊，但是其中功能模塊十分固定，難以根據用戶需要自由組合IP模塊，也就是配置彈性偏低。

在去年年初，英特爾推出Kaby Lake-G令人眼前一亮，片上集成AMD Vega GPU和HBM2顯存的Kaby Lake-G讓EMIB（嵌入式多晶片互連橋接）封裝技術進入人們眼帘，而該技術還只是2D封裝，也就是所有晶片在一個平面上鋪開。

現在，英特爾已準備好將3D封裝引入主流市場，也就是Foveros。

Foveros 3D封裝將多晶片封裝從單獨一個平面，變為立體式組合，從而大大提高集成密度，可以更靈活地組合不同晶片或者功能模塊。

多IP組合靈活（異構），並且占用面積小、功耗低，是Foveros最顯著的特點。

特別是結合上英特爾10nm製程，摩爾定律從電晶體密度（2D）到空間布局（3D）兩個維度得到延續。

Lakefield是英特爾在CES 2019上披露的全新客戶端平台的代號，該平台支持超小型主板，有利於 OEM 靈活設計，打造各種創新的外形設計。

該平台採用英特爾異構 3D封裝技術，並具備英特爾混合CPU架構功能。

藉助Foveros，英特爾可以靈活搭配3D堆疊獨立晶片組件和技術IP模塊，如I/O和內存。

混合CPU架構將之前分散獨立的CPU內核結合起來，支持各自在同一款10nm產品中相互協作：高性能Sunny Cove內核與4個Atom內核有機結合，可有效降低能耗。

英特爾宣布預計將於2019年下半年推出使用這種全新3D堆疊技術的產品。

這顆Foveros 3D封裝技術打造的硬幣大小的晶片，從下至上，依次是封裝基底（Package）、底層晶片（Bottom Chip）、中介層（Active Interposer，中介層上的上層晶片可以包括各種功能，如計算、圖形、內存、基帶等。

中介層上帶有大量特殊的TSV 3D矽穿孔，負責聯通上下的焊料凸起（Solder Bump），讓上層晶片和模塊與系統其他部分通信。

該晶片封裝尺寸為12mm×12mm、厚1mm，而內部3D堆疊封裝了多個模塊：基底是P1222 22FFL（22nm改進工藝）工藝的I/O晶片；之上是P1274 10nm製程計算晶片，內部整合了一個Sunny Cove高性能核心、4個Atom低功耗核心；PoP整合封裝的內存晶片。

據稱，整顆晶片的功耗最低只有2mW，最高不過7W，注意，這可是高性能的x86架構晶片，不是ARM的喲！

圍繞這顆晶片製成的電腦主板尺寸縮小到一塊M.2規格SSD大小，要知道此前Core m SoC平台主板的面積小1/2以上。

同時Sunny Cove 高性能核心將提供用於加速 AI 工作負載的全新集成功能、更多安全特性，並顯著提高並行性，以提升遊戲和媒體應用體驗，特別是其高級媒體編碼器和解碼器，可在有限功耗內創建4K視頻流和8K內容。

另外，從Ice Lake開始，英特爾承諾的直接集成Thunderbolt 3和支持Wi-Fi 6（802.11ax）等功能也將落地，全面增強連接性能。

此後，10nm技術將逐步拓展到桌面級產品領域、Foveros 3D封裝的Lakefield，而至強可擴展（Xeon Scalable）平台（Ice Lake-SP）則將在2020年進行升級。

隨著東京奧運會的臨近，英特爾的5G技術也在加緊部署。

其中代號為Snow Ridge的首款10nm 5G無線接入和邊緣計算的網絡系統晶片，將把英特爾的計算架構引入無線接入基站領域，從而充分讓其計算功能在網絡邊緣進行分發。

CES 2019上，英特爾展示了基於Snow Ridge平台的一款小型無線基站，整個設備的體積非常小巧，而這顆晶片示Snow Ridge也採用了Foveros 3D封裝工藝，交付時間為今年下半年。

新製程與新封裝，一直是英特爾稱霸半導體領域的基石。

2011年的22nm+Tri-Gate，2019年的10nm+Foveros，摩爾定律的世界依然寬廣。

等待了數年，英特爾新技術將再次改變世界，起點仍將是集各領域發展前沿於大乘的PC領域。

在可以預見的將來，AI加持的CPU仍將是核心計算單元，經過重新構建的CPU架構，無論是從Sunny Cove開始的新一代酷睿微架構，還是Lakefield所展現的混合CPU架構，都極大地平衡了性能與功耗，將高性能、小型化與長續航推向新的高度。

在最新發布的一批9代酷睿處理器上，新的"F"後綴產品已經不再集成核顯，與Ice Lake走向市場前後腳，英特爾回歸獨顯市場的首款產品Arctic Sound也將上市，隨後的13代產品Jupiter Sound更是再推翻番的性能。

再加上本地連通的PCI-E 4.0、擴展連接的集成Thunderbolt 3，結合了5G和Wi-Fi 6的"永遠在線"，存儲上的Optane Memory及Optane SSD，無所不能的PC在英特爾技術的打造下正在浮出水面，PC的世界依然相當精彩。