今年的臺(tái)北電腦展上，英特爾公司推出了十代酷睿處理器，也就是10nm工藝的Ice Lake處理器，今年6月份出貨，量產(chǎn)時(shí)間比預(yù)期提前了半年。10nm Ice Lake是首發(fā)10nm的處理器，也是基于六大技術(shù)支柱的創(chuàng)新、可實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)性能增長(zhǎng)。
現(xiàn)在已經(jīng)是以數(shù)據(jù)為中心的時(shí)代了，云服務(wù)、大數(shù)據(jù)、5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的數(shù)據(jù)量是指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，2018年僅僅是中國(guó)就產(chǎn)生了7.6ZB的數(shù)據(jù)，2025年預(yù)計(jì)會(huì)大幅增加到48.6ZB，全球數(shù)據(jù)量高達(dá)175ZB，這樣的增長(zhǎng)已經(jīng)超過(guò)了單一處理器性能增長(zhǎng)的極限。
不僅僅是數(shù)據(jù)量的爆發(fā)，還有數(shù)據(jù)形態(tài)的多樣化，都對(duì)數(shù)據(jù)的處理提出了更復(fù)雜的需求。未來(lái)我們連接的設(shè)備也不再是數(shù)億級(jí)的PC，或者是10億級(jí)的智能手機(jī)，隨著5G及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來(lái)的時(shí)代是萬(wàn)物互聯(lián)，2025年中國(guó)就有800億智能設(shè)備，全球則是1500億智能設(shè)備，縱橫交錯(cuò)下對(duì)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、連接都提出了更高要求。
應(yīng)對(duì)這樣的時(shí)代，英特爾公司也轉(zhuǎn)變了戰(zhàn)略，從以往的以晶體管為中心變成了以數(shù)據(jù)為中心，轉(zhuǎn)向了六大技術(shù)支柱并行的創(chuàng)新，這六大支柱就是制程和封裝、架構(gòu)、內(nèi)存和存儲(chǔ)、互連、安全、軟件。英特爾的目標(biāo)是借助這六大技術(shù)支柱，實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。
在Ice Lake處理器上，先進(jìn)工藝是10nm，架構(gòu)是全新的Sunny Cove及Gen11核顯，內(nèi)存上DDR4+傲騰也帶來(lái)了性能、容量的雙重升級(jí)，集成雷電3、WiFi 6也擴(kuò)展了Ice Lake的連接性，安全及軟件優(yōu)化更是重中之重。
制程工藝：先進(jìn)的2.7倍微縮
六大技術(shù)支柱之中，先進(jìn)的制造工藝至關(guān)重要，是打造領(lǐng)先產(chǎn)品的關(guān)鍵基礎(chǔ)，而Ice Lake帶來(lái)高性能的前提就是10nm工藝的超高晶體管密度。
從14nm節(jié)點(diǎn)，英特爾工藝的升級(jí)幅度明顯超過(guò)了前面幾代，22nm到14nm是2.5倍密度，而從14nm再到10nm更是提升到了2.7倍，晶體管密度達(dá)到了1MTr/mm2，也就是說(shuō)一平方毫米空間里就有1億個(gè)晶體管。
除了晶體管密度上繼續(xù)符合摩爾定律之外，英特爾的10nm工藝在材料、工藝上還有不少創(chuàng)新之處。之前Techinsights拆解過(guò)英特爾10nm芯片，提到英特爾10nm工藝在后端制程BEOL中首次聯(lián)合使用金屬銅及釕，并且使用了自對(duì)齊曝光工藝，在新技術(shù)上做了很多探索性改進(jìn)，技術(shù)難度要比之前的工藝高得多。
值得一提的是，英特爾去年推出了名為Foveros的3D封裝技術(shù)，該技術(shù)提供了極大的靈活性，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員可在新的產(chǎn)品形態(tài)中“混搭”不同的技術(shù)專利模塊與各種存儲(chǔ)芯片和I/O配置。
Foveros封裝技術(shù)也是六大技術(shù)支柱中的重要一環(huán)，雖然10nm Ice Lake處理器目前并沒(méi)有使用Foveros封裝技術(shù)，不過(guò)今年會(huì)有Lakefield處理器率先垂范Foveros封裝，未來(lái)還有更多處理器用上這一技術(shù)，芯片從二維走向三維之后也能帶來(lái)更高的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
架構(gòu)創(chuàng)新：全新Sunny Cove核心，18% IPC性能提升
除了工藝上的升級(jí)之外，Ice Lake處理器上另外一個(gè)帶來(lái)指數(shù)級(jí)性能增長(zhǎng)的創(chuàng)新就是全新架構(gòu)的應(yīng)用。英特爾認(rèn)為，未來(lái)十年，架構(gòu)創(chuàng)新會(huì)是他們創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)力，繼續(xù)帶來(lái)指數(shù)級(jí)的擴(kuò)展效應(yīng)。
就Ice Lake來(lái)說(shuō)，這次主要的架構(gòu)升級(jí)就是CPU、GPU，其中CPU核心升級(jí)到了Sunny Cove，GPU升級(jí)到了Gen 11代。
在CPU核心上，Sunny Cove主要改進(jìn)可以說(shuō)是三點(diǎn)——更深、更寬、更智能，具體來(lái)說(shuō)就是：
- 更深：內(nèi)部單元增強(qiáng)，L1緩存增加了50%，L2緩存翻倍。
- 更寬：尋址單元從4個(gè)增加到5個(gè)，執(zhí)行單元接口從8個(gè)增加到10個(gè)等，提高了微架構(gòu)的并行性能。
- 更智能：英特爾在Sunny Cove核心上使用了更好的算法，提高了分支預(yù)測(cè)精度，降低了延遲。
Sunny Cove核心還提升了某些特定應(yīng)用的性能，通過(guò)增加新的AES、SHA-NI指令提高了加密解密性能，還有解壓縮算法，此前英特爾展示的7-ZIP性能提升了高達(dá)75%。
總的來(lái)說(shuō)，在CPU性能上，Sunny Cove內(nèi)核帶來(lái)的改變是巨大的，與目前的六代到九代酷睿使用的基于Skylake改進(jìn)的架構(gòu)相比，Sunny Cove內(nèi)核在不同應(yīng)用中性能提升10-40%不等，平均下來(lái)IPC(每指令周期性能)提升了18%之多，這是近年來(lái)CPU性能提升最大的一次了。
除了CPU核心，10nm工藝的Ice Lake處理器在核顯GPU上也來(lái)了一次飛躍，升級(jí)到了Gen 11架構(gòu)核顯。與目前主流CPU使用24個(gè)EU執(zhí)行單元的Gen 9/10核顯不同，Gen 11核顯的EU單元暴增到64個(gè)，頻率1.1 GHz，浮點(diǎn)性能高達(dá)1.12 TFLOPS，F(xiàn)P16半精度更是高達(dá)2.25 TFOPS，是目前核顯的2-3倍。
