从制程工艺、3D封装、人工智能、5G等几个维度来解析英特尔的创新之路

2019-03-14 09:56:06 来源:芯智讯
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2018年的英特尔度过了它50岁的生日,同时也在这一年给吃瓜群众造了不少料。不过这也没什么好唏嘘的,毕竟没有任何一家企业能够运气好到在不断创造佳绩的同时,一帆风顺,没有一点挫折。今天我们重点来看看,这家50年来一直引领科全球科技的企业,如何在当今更为激烈的竞争环境中保持创新势头。
 
下面就从芯片制程工艺、异构及3D封装技术、人工智能、5G、前沿技术研究等多个维度来解析英特尔目前的现状:
 
一、摩尔定律未死,英特尔制程工艺并未落后
摩尔定律是由英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)于半个世纪前提出来的。其主要内容为,“当价格不变时,集成电路上可容纳的晶体管数目,约每隔18-24个月便会增加一倍。”在摩尔定律诞生之后几十年,半导体制程技术的发展也基本遵循着这一定律向前推进。
 
但是,英特尔此前从22nm升级到14nm之时,其周期就已经超过了2年,而现在,英特尔的14nm自2014年年中量产到现在已经持续战斗了4年多的时间。虽然在这过程中英特尔持续优化,推出了14nm+及14nm++等改良版,但是原本最迟在2017年应该量产的10nm却到现在还没量产。如此看来,摩尔定律似乎确实已失效。
 
但是,需要注意的是,根据英特尔的公布的数据显示,从英特尔的32nm开始到后面的22nm,每两年的时间,晶体管密度(单位面积下晶体管的平均数量)的提升都超过了两倍(32nm的晶体管密度是45nm的2.27倍)。而且从22nm升级到14nm,以及从14nm升级到10nm,对应的晶体管密度则分别提升了2.5倍和2.7倍。
 
 
从上面的图来看,从2008年45nm推出到2018年(原定的时间)10nm量产,时间周期为10年,同样单位面积下的晶体管数量提升了约32.6倍,也就是说,如果以整个周期内平均来算,每两年晶体管的数量增长是超过2倍的(32的5次方根等于2)。这也意味着即使英特尔的10nm推迟到了2019年量产,也并未完全打破摩尔定律。
 
作为晶圆代工市场的老大,台积电去年在英特尔10nm制程还没量产之前,就实现了7nm工艺的量产,这也使得外界出现了英特尔的芯片制程技术已落后台积电声音,但这并不是事实,因为英特尔的制程工艺的命名规则与台积电是不同的,比较二者单位面积下的逻辑晶体管数量才更为实际。
 
根据英特尔公布的其10nm工艺的细节数据来看,英特尔最新的10nm制程工艺虽然比三星、台积电的10nm工艺推出时间虽然略晚,但是它的逻辑晶体管密度却达到了后者的两倍。此外,英特尔10nm的鳍片间距、栅极间距、最小金属间距、逻辑单元高度等指标均领先于台积电和三星的10nm。
 
 
按照英特尔的说法,虽然台积电的7nm工艺抢先量产,但是其仍只是相当于英特尔的10nm工艺。
 
在CES 2019开幕前夕,英特尔正式发布了第一款10纳米的ICE Lake处理器。ICE Lake整合英特尔全新的“Sunny Cove”微架构、AI使用加速指令集以及英特尔第11代核心显卡。已确定于今年年底上市。
 
英特尔的10nm工艺虽然确实延迟了,但是其7nm工艺的开发却非常的顺利(在10nm上积累的很多新的技术和经验,比如四图案成形技术等,可以在后续的7nm上复用)。不久前,英特尔负责人Renduchintal在接受采访时表示:英特尔10nm和7nm制程的研发团队是分开的,英特尔目前很满意7nm制程的研发进度。10nm处理器的递延并没有阻碍其7nm处理器的进展。
 
二、异构与3D封装技术
前面提到,摩尔定律虽然并未“死去”,但是要想继续维持也确实遇到了不小的阻力。而摩尔定律不仅是一个有关价格和集成度(晶体管数量)的规律,其实际还包括了性能(晶体管数量与性能程线性正相关)。因为实际反映到用户体验上的就是价格和性能。如果价格不变,每两年晶体管数量翻番变得困难,那么通过异构SoC以及先进的3D封装技术来实现价格不变,每两年性能翻番也是一个可行的方向。
 
2017年3月,英特尔在美国旧金山举行的 Intel Technology and Manufacturing Day 2017 大会上正式发布了新的EMIB嵌入式多芯片互连技术,可以将不同制程下的芯片组件封装到一起,解决了处理器性能与成本之间的矛盾问题。
 
英特尔的EMIB技术
 
而在去年年底的英特尔架构日活动上,英特尔推出了业界首创的3D逻辑芯片封装技术——Foveros,可实现在逻辑芯片上堆叠逻辑芯片。
 
 
上面这张图展示了Foveros 3D封装技术如何与英特尔嵌入式多芯片互连桥接(EMIB)2D封装技术相结合,将不同类型的小芯片IP灵活组合在一起。
 
英特尔表示全新的“Foveros”3D封装技术,可支持混合CPU架构设计,将确保先前采用分离设计的不同IP整合到一起,同时保持较小的SoC尺寸。据悉,英特尔预计将从2019年下半年开始推出一系列采用Foveros技术的产品。首款Foveros产品将整合高性能10nm计算堆叠“芯片组合”和低功耗22FFL基础晶片。它将在小巧的产品形态中实现一流的性能与功耗效率。
 
在今年的CES展会上,英特尔就首次展示了基于混合CPU架构和“Foveros”3D封装技术的全新SoC平台“Lakefield”。该平台首次引入了类似Arm big-LITTLE大小核架构,将1个10nm Sunny Cove核心和4个Atom系列的10nm Tremont核心通过 Foveros 3D 芯片堆叠技术封装到了一起。确保先前采用分离设计的不同IP整合到一起,同时保持较小的SoC尺寸,功耗也可以控制的非常低。
 
虽然这样的设计,此前在Arm处理器当中已经比较常见,但是在英特尔x86处理器当中却是首次,而且,其应该还能支持不同制程的IP混搭。这也反映了英特尔在芯片技术上的持续创新与锐意进取。
 
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