英特爾甩出六大新技術雪恥!兩款GPU已在路上

芯東西（公眾號：aichip001）

文 | 韋世瑋

芯東西8月14日消息，昨日晚間，英特爾在2020年架構日上推出10nm SuperFin電晶體技術，將實現其有史以來最強大的單節點內性能增強。

據悉，10nm SuperFin技術將用於英特爾代號為「Tiger Lake」的下一代移動處理器，同時該處理器正在生產中，預計其OEM產品將於假日季上市。

此外，英特爾還發布了下一代CPU微架構Willow Cove、Tiger Lake SoC架構，以及可實現全擴展的Xe圖形架構等。這些創新的架構也將用於消費類、高性能計算、移動客戶端和遊戲應用等市場。

與此同時，英特爾首席架構師Raja Koduri，以及多位英特爾院士和架構師也聚在一起，共同圍繞製程/封裝、架構、內存/存儲、互連、安全、軟體這六大技術支柱方面，詳細介紹了相關的技術新進展。

一、10nm SuperFin技術：可媲美全節點轉換

10nm SuperFin技術實現了增強型FinFET電晶體與Super MIM（Metal-Insulator-Metal）電容器的結合，能夠提供增強的外延源極/漏極、改進的柵極工藝，以及額外的柵極間距。

英特爾稱，這項技術不僅是英特爾有史以來最強大的單節點內性能增強，同時它所提升的性能也可和全節點轉換相媲美。

據了解，SuperFin技術主要是通過5個方面的電晶體工藝優化，從而實現製程工藝的性能提升：

1、優化源極與漏極結構

SuperFin技術通過增長源極和漏極上晶體結構的外延長度，在增加應變的同時減小電阻，從而讓更多的電流通過通道。

2、改進柵極工藝

柵極工藝的改進讓通道遷移率進一步提高，加速了電荷載流子的移動。

3、增加額外柵極間距

通過增加額外的柵極間距選項，能夠為需要最高性能的晶片功能提供更高的驅動電流。

4、使用新型薄壁

英特爾在SuperFin工藝中使用了新型薄壁阻隔，使過孔電阻降低30%，並進一步提升互連性能。

5、電容增加

與行業標準相比，SuperFin工藝在同等佔位面積裡的電容增加了5倍，不僅減少了電壓下降，同時也提升了產品性能。

據了解，這項技術主要通過新型「高K」（Hi-K）電介質材料來實現。這一材料能夠堆疊在厚度只有幾埃厚的超薄層中，以形成重複的「超晶格」結構。

二、Willow Cove與Tiger Lake CPU架構

基於10nm SuperFin工藝和最新的處理器技術，英特爾推出了下一代名為「Willow Cove」的CPU微架構。

與英特爾2018年發布的Sunny Cove架構相比，Willow Cove架構在前者的基礎上實現了超越代間CPU性能的提升，從而大幅度增強頻率和功率效率。

同時，Willow Cove架構在更大的非相容1.25MB MLC中，引入了重新設計的緩存架構，並通過控制流強制技術（Control Flow Enforcement Technology）增強了安全性。

另一方面，Tiger Lake是英特爾第一個採用全新Xe-LP（低功耗）微架構的SoC架構，能夠對CPU、AI加速器進行優化，實現CPU、AI和圖形性能的進一步提升。

具體來看，Tiger Lake SoC架構主要包含以下8個特性：

1、 全新Willow Cove CPU核心。基於10nm SuperFin技術的創新，能顯著提升頻率。

2、新Xe圖形架構。執行單元（EUs）多達96個，大幅度提升每瓦性能效率。

3、電源管理。一致性結構中的自助動態電壓頻率調整（DVFS），提高了全集成電壓穩壓器（FIVR）效率。

4、結構和內存。一致性結構帶寬增加2倍，約86GB/s內存帶寬，經驗證的LP4x-4267、DDR4-3200，以及LP5-5400架構功能。

5、高斯網絡加速器GNA 2.0專用IP，能用於低功耗神經推理計算，減輕CPU處理。同時，在運行音頻噪音抑制工作負載的情況下，採用GNA推理計算的CPU利用率，比不採用GNA的CPU低20%。

6、IO。集成TB4/USB4，CPU上集成PCIe Gen 4，用於低延遲、高帶寬設備對內存的訪問。

7、顯示。高達64GB/s的同步傳輸帶寬，可支持多個高解析度顯示器。到內存的專用結構路徑，以保持服務質量。

8、IPU6。擁有6個傳感器，具有4K 30幀視頻、27MP像素圖像，最高4K90幀和42MP像素圖像架構功能。

三、基於Xe圖形架構的多款獨立顯卡及微架構

此次架構日上，英特爾詳細介紹了可實現全擴展的Xe圖形架構，

目前，Xe圖形架構主要有Xe-LP（低功耗）、Xe-HP、Xe-HPC和Xe-HPG四個系列。

1、Xe-LP是英特爾針對PC和移動計算平臺的最高效架構。它的最高配置EU單元為96組，並具有新架構設計，包括異步計算、視圖實例化（view instancing）、採樣器反饋（sampler feedback）、帶有AV1的更新版媒體引擎，以及更新版顯示引擎等。

Xe-LP能夠讓新的終端用戶功能具備即時遊戲調整（Instant Game Tuning）、捕捉與流媒體及圖像銳化。

在軟體優化方面，Xe-LP也將通過新的DX11路徑和優化的編譯器，對驅動進行改進。

2、Xe-HP是多區塊（multi-tiled）、高度可擴展的高性能架構。它能夠提供數據中心級、機架級媒體性能，GPU可擴展性和AI優化。

此外，Xe-HP涵蓋了從一個區塊（tile）到兩個和四個區塊的動態範圍計算，功能類似於多核GPU。

基於這一特性，英特爾在現場展示了Xe-HP在單個區塊上以60 FPS的速率，對10個完整的高質量4K視頻流進行轉碼。同時，還演示了Xe-HP在多個區塊上的計算可擴展性。

據了解，英特爾首款Xe-HP晶片已在實驗室完成啟動測試。

目前，英特爾正與關鍵客戶共同測試Xe-HP，並計劃通過Intel DevCloud讓開發者能使用Xe HP。與此同時，Xe HP的相關產品也將於明年推出。

3、Xe-HPG是英特爾此次推出的新Xe微架構變體，專為遊戲而優化。它結合了Xe-LP良好的效能功耗的構建模塊，利用Xe-HP的可擴展性對Xe-HPC進行更強的配置和計算頻率優化。

同時，Xe-HPG還添加了基於GDDR6的新內存子系統以提高性價比，將支持加速的光線跟蹤。Xe-HPG預計將於2021年開始發貨。

英特爾將基於Xe架構推出兩款獨立顯卡，並在顯卡指揮中心（IGCC）中引入即時遊戲調整和遊戲銳化兩項新功能。

一是英特爾首款基於Xe-LP架構的DG1獨立圖形顯卡，主要面向PC設備。目前，該顯卡已進入投產階段，有望按計劃在2020年開始交付。

同時，DG1已在英特爾DevCloud上供早期訪問用戶使用，包含DG1文庫和工具包，讓用戶能夠提前使用oneAPI來編寫DG1相關的軟體。

二是英特爾針對數據中心領域的Server GPU（SG1）。據了解，SG1集成了4個DG1，能夠以很小的尺寸將性能提升至數據中心級別，來實現低延遲、高密度的安卓雲遊戲和視頻流。

SG1將很快進行投產，並於今年晚些時候發貨。

四、兩大數據中心架構：Ice Lake和Sapphire Rapids

1、Ice Lake

Ice Lake是首款基於10nm的英特爾至強可擴展處理器，能夠在跨工作負載的吞吐量和響應能力方面，提供強勁性能。

技術方面，Ice Lake包括全內存加密、PCIe Gen 4、8個內存通道，以及可加快密碼運算速度的增強指令集等。此外，Ice Lake系列也將推出針對網絡存儲和物聯網的變體。

Ice Lake預計在今年年底推出。

2、Sapphire Rapids

Sapphire Rapids是英特爾基於增強型SuperFin技術所研發的下一代至強可擴展處理器，能提供DDR5、PCIe Gen 5、Compute Express Link 1.1等標準技術。

英特爾提到，Sapphire Rapids將用於美國阿貢國家實驗室「極光」超級計算機系統（Aurora Exascale）中，延續英特爾的內置AI加速策略，使用一種名為先進的矩陣擴展（AMX）加速器。

Sapphire Rapids預計將於2021年下半年開始首批生產發貨。

除此之外，英特爾在FPGA技術領域也不斷推進創新。值得一提的是，英特爾擁有世界上第一臺下一代224G-PAM4 TX收發器。

五、下一代混合架構產品

英特爾下一代採用混合架構的客戶端產品名為Alder Lake，它將結合英特爾馬上推出的Golden Cove和Gracemont兩種架構並進行優化，以提供更好的效能功耗比。

六、混合結合封裝技術：測試晶片已流片

目前，大多數傳統封裝技術使用的是熱壓結合（Thermocompression bonding）技術。作為熱壓結合技術的替代品，混合結合（Hybrid bonding）技術能夠加速實現10微米及以下的凸點間距，從而帶來更高的互連密度、帶寬和更低功率。

早在今年第二季度，英特爾使用混合結合封裝技術的測試晶片已成功流片。

七、軟體：將於今年推出oneAPI Gold版本

軟體方面，英特爾早在今年7月就發布了第八版oneAPI Beta，為分布式數據分析帶來新的功能和提升，包括渲染性能、性能分析以及視頻和線程文庫。

英特爾在架構日上提到，oneAPI Gold版本將於今年晚些時候推出，屆時將為開發人員提供在標量、矢量、距陣和空間體系結構上保證產品級別的質量和性能的解決方案。

結語：英特爾的「失」與「得」

過去一段時間以來，英特爾的7nm CPU發布推遲、市值首次被英偉達超越的消息，難免引起了行業的不少質疑和擔憂。

但從這場架構日上，我們可以看到英特爾仍保有強勁的技術實力和信心，在摩爾定律逐漸放緩的當下，通過對CPU、GPU、FPGA，以及架構、封裝和軟體等領域的持續創新，開闢更多樣化和多維度發展路徑，以滿足日益多元化的計算需求。

這似乎也是英特爾想要表達的另一個觀點——推動摩爾定律的發展不僅僅只有提升納米製程工藝一條路，橫向地拓展電晶體工藝技術和架構創新也能「More than Moore」。

在英特爾看來，如今人們正處於一個智能化的新時代，亦是個「惠及每個人萬億億次計算能力」的時代。

在新時代引發的技術洪流下，英特爾自2018年就提出的六大技術支柱戰略，圍繞製程和封裝、架構、內存和存儲、互連、安全和軟體等方面推動產品的升級，無疑為行業的創新發展提供了一個行之有效的解決方案。

未來，在競爭愈發激烈的環境下，英特爾能否繼續引領整個產業的創新與升級？我們拭目以待。