英特爾10nm Ice Lake解析:六大技術支柱推動指數級創新

英特爾10nm Ice Lake解析:六大技術支柱推動指數級創新

來源:香港服務器 作者:服務器托管 瀏覽量:88
2019-06-12
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今年的臺北電腦展上,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,量產時間比預期提前了半年。10nm Ice Lake是首發10nm的處理器,也是基于六大技術支柱的創新、可實現指數級性能增長。

現在已經是以數據為中心的時代了,云服務、大數據、5G、AI、物聯網帶來的數據量是指數級增長,2018年僅僅是中國就產生了7.6ZB的數據,2025年預計會大幅增加到48.6ZB,全球數據量高達175ZB,這樣的增長已經超過了單一處理器性能增長的極限。

不僅僅是數據量的爆發,還有數據形態的多樣化,都對數據的處理提出了更復雜的需求。未來我們連接的設備也不再是數億級的PC,或者是10億級的智能手機,隨著5G及物聯網的發展,未來的時代是萬物互聯,2025年中國就有800億智能設備,全球則是1500億智能設備,縱橫交錯下對數據的處理、存儲、連接都提出了更高要求。

應對這樣的時代,英特爾公司也轉變了戰略,從以往的以晶體管為中心變成了以數據為中心,轉向了六大技術支柱并行的創新,這六大支柱就是制程和封裝、架構、內存和存儲、互連、安全、軟件。英特爾的目標是借助這六大技術支柱,實現指數級的增長。

在Ice Lake處理器上,先進工藝是10nm,架構是全新的Sunny Cove及Gen11核顯,內存上DDR4+傲騰也帶來了性能、容量的雙重升級,集成雷電3、WiFi 6也擴展了Ice Lake的連接性,安全及軟件優化更是重中之重。

制程工藝:先進的2.7倍微縮

六大技術支柱之中,先進的制造工藝至關重要,是打造領先產品的關鍵基礎,而Ice Lake帶來高性能的前提就是10nm工藝的超高晶體管密度。

從14nm節點,英特爾工藝的升級幅度明顯超過了前面幾代,22nm到14nm是2.5倍密度,而從14nm再到10nm更是提升到了2.7倍,晶體管密度達到了1MTr/mm2,也就是說一平方毫米空間里就有1億個晶體管。

除了晶體管密度上繼續符合摩爾定律之外,英特爾的10nm工藝在材料、工藝上還有不少創新之處。之前Techinsights拆解過英特爾10nm芯片,提到英特爾10nm工藝在后端制程BEOL中首次聯合使用金屬銅及釕,并且使用了自對齊曝光工藝,在新技術上做了很多探索性改進,技術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,該技術提供了極大的靈活性,因為設計人員可在新的產品形態中“混搭”不同的技術專利模塊與各種存儲芯片和I/O配置。

Foveros封裝技術也是六大技術支柱中的重要一環,雖然10nm Ice Lake處理器目前并沒有使用Foveros封裝技術,不過今年會有Lakefield處理器率先垂范Foveros封裝,未來還有更多處理器用上這一技術,芯片從二維走向三維之后也能帶來更高的指數級增長。

架構創新:全新Sunny Cove核心,18% IPC性能提升

除了工藝上的升級之外,Ice Lake處理器上另外一個帶來指數級性能增長的創新就是全新架構的應用。英特爾認為,未來十年,架構創新會是他們創新的主要驅動力,繼續帶來指數級的擴展效應。

就Ice Lake來說,這次主要的架構升級就是CPU、GPU,其中CPU核心升級到了Sunny Cove,GPU升級到了Gen 11代。

在CPU核心上,Sunny Cove主要改進可以說是三點——更深、更寬、更智能,具體來說就是:

- 更深:內部單元增強,L1緩存增加了50%,L2緩存翻倍。

- 更寬:尋址單元從4個增加到5個,執行單元接口從8個增加到10個等,提高了微架構的并行性能。

- 更智能:英特爾在Sunny Cove核心上使用了更好的算法,提高了分支預測精度,降低了延遲。

Sunny Cove核心還提升了某些特定應用的性能,通過增加新的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75%。

總的來說,在CPU性能上,Sunny Cove內核帶來的改變是巨大的,與目前的六代到九代酷睿使用的基于Skylake改進的架構相比,Sunny Cove內核在不同應用中性能提升10-40%不等,平均下來IPC(每指令周期性能)提升了18%之多,這是近年來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上也來了一次飛躍,升級到了Gen 11架構核顯。與目前主流CPU使用24個EU執行單元的Gen 9/10核顯不同,Gen 11核顯的EU單元暴增到64個,頻率1.1 GHz,浮點性能高達1.12 TFLOPS,FP16半精度更是高達2.25 TFOPS,是目前核顯的2-3倍。

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