【芯視野】尋找提升4倍摩爾定律良藥 芯片架構(gòu)變革不得不發(fā)

“勢者，因利而制權(quán)也”。在近日舉辦的英特爾架構(gòu)日上，透過其祭出的一系列大刀闊斧的組合拳，或能一窺英特爾因利制權(quán)的解鎖之道。

正如英特爾高級副總裁兼加速計算系統(tǒng)和圖形事業(yè)部總經(jīng)理Raja Koduri所言，在數(shù)據(jù)洪流時代，算力需求將在2025年提升1000x（千倍級），相當于摩爾定律的5次方。面對算力提升的需求，需要至少4倍左右的摩爾定律提升，架構(gòu)的變革和創(chuàng)新是必然之路，它將是硬件和軟件的“煉金術(shù)”。

全面變革

圍繞架構(gòu)這一“煉金術(shù)”，英特爾在架構(gòu)所需的制程、封裝和互連等技術(shù)領域火力全開。

總結(jié)來看，一是推出了兩種全新x86內(nèi)核架構(gòu)——即能效核（E-Core）和性能核（P-Core），實現(xiàn)了全新突破。英特爾還基于E-Core和P-Core、采用硬件線程調(diào)度器打造出首個性能混合架構(gòu)Alder Lake。

英特爾研究院副總裁、英特爾中國研究院院長宋繼強認為，通過E-Core和P-Core將奠定未來十年在SoC架構(gòu)上提供性能和能效出色的產(chǎn)品組合基礎，而這一在CPU領域全新的微架構(gòu)平臺以及混合架構(gòu)代表未來計算產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大趨勢。

二是針對數(shù)據(jù)中心這一英特爾的戰(zhàn)略重心，相繼扔出了三大“重磅炸彈”，包括下一代至強處理器Sapphire Rapids、IPU以及Ponte Vecchio、Xe架構(gòu)的GPU。英特爾技術(shù)專家表示，這表明未來的數(shù)據(jù)中心會越來越多向微架構(gòu)進軍，為異構(gòu)計算及AI計算加速，這將是核心競爭力。

從中也可看出英特爾釋放了多重信號：一是在架構(gòu)變革上發(fā)力，持續(xù)升級“看家”產(chǎn)品CPU，提供更高效的通用計算；二是在此前上市兩款基于FPGA的IPU基礎上，新推出了首個基于AISC的IPU，即Mount Evan，提供高性能網(wǎng)絡和存儲虛擬化卸載。這一全新IPU亦暗示英特爾將從通用走專用的路線。三是重回獨立GPU，在集成顯卡領域稱雄之外，英特爾基于Xe-HPC微架構(gòu)推出新型獨立GPU——Ponte Vecchio，其包含1000億個晶體管，是英特爾迄今最復雜的SoC，可謂其先進技術(shù)的集大成者，亦是英特爾擁抱異構(gòu)集成的重大代表。

要指出的是，英特爾踐行了其IDM2.0計劃。新型GPU成為其踐行IDM 2.0戰(zhàn)略的絕佳示例，采用臺積電N5制程，此外還集成英特爾變革性的EMIB以及Foveros 3D封裝技術(shù)。

宋繼強強調(diào)，采用第三方代工，用不同的制程來生產(chǎn)多元化產(chǎn)品，這是IDM2.0策略中的關鍵一環(huán)。未來英特爾將不斷演進IDM2.0戰(zhàn)略，深化和擴大與主要代工廠的合作關系，選取不同的節(jié)點平衡和優(yōu)化配置。

在一系列架構(gòu)變革背后，英特爾的XPU愿景正一步步得到完善，從CPU到GPU再到IPU，每一個新的架構(gòu)和產(chǎn)品都是其XPU架構(gòu)戰(zhàn)略的體現(xiàn)。正如宋繼強總結(jié)說，英特爾具有從架構(gòu)、封裝、制程、軟件等的全方面創(chuàng)新能力，還具備大規(guī)模生產(chǎn)制造能力，未來執(zhí)行戰(zhàn)略規(guī)劃的速度將不斷加快，能力將不斷拓展。

異構(gòu)突破的點線面

對于架構(gòu)日的全面革新，透視了不止是英特爾全面進取的雄心，從中也可看出英特爾在戰(zhàn)略和技術(shù)層面的調(diào)整和再造。

愛集微咨詢總經(jīng)理韓曉敏對此表示，上述變化不僅表明英特爾在XPU系列架構(gòu)上實現(xiàn)了全面的提升，更是在異構(gòu)集成技術(shù)策略上有了新的變化。

“一是多核集成邁出更大步伐，二是在產(chǎn)品體系中開放性地引入Arm核，未來英特爾基于x86和Arm架構(gòu)的整體集成將在未來實現(xiàn)。三是IDM2.0戰(zhàn)略已有了實例，對于保障英特爾先進制程工藝的角度出發(fā)，還是基于目前全球產(chǎn)能緊缺的情況，英特爾在IDM2. 0策略上選擇新的代工伙伴實現(xiàn)異構(gòu)集成是十分助力的。”韓曉敏詳解說。

實際上，英特爾在“下一個等級”的超異構(gòu)計算領域正著力全面解鎖。宋繼強指出，超異構(gòu)計算面臨諸多挑戰(zhàn)，需要更強大的封裝、互連和軟件等的配合。如Sapphire Rapids和Ponte Vecchio異構(gòu)集成不一，有的是用EMIB，有的是用Foveros再加上EMIB。而且在不同的架構(gòu)之間，CPU有不同的Core，GPU也有不同的Core，內(nèi)部一些計算單元的配置也是不一的。為應對未來各種不同數(shù)據(jù)對計算、傳輸、存儲等各方面帶來的要求，必須要用不同的架構(gòu)包括不同的異構(gòu)集成方式，開發(fā)不同種類的定制芯片。

對于英特爾架構(gòu)和設計的能力，如鵬城實驗室研究員，中國科學院大學和浙江大學兼職教授陳春章所指，在架構(gòu)方面，英特爾的創(chuàng)新不止于前端，還在后端以及優(yōu)化層面做了諸多創(chuàng)新與實踐，才能開發(fā)如此復雜性和突破性的產(chǎn)品，實現(xiàn)了從設計到封裝到應用和測試的整個系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化，值得業(yè)界深入思考。

啟示錄

作為芯片界的王者，英特爾在架構(gòu)日的一系列創(chuàng)新背后為業(yè)界帶來了哪些啟示？

對于此韓曉敏認為，面對數(shù)字化需求，無論是從云端到邊緣端或側(cè)端，異構(gòu)技術(shù)的推進是大勢所趨，應對其發(fā)展引起足夠的重視。此外，相對成熟的高端異構(gòu)封裝技術(shù)大多還集中于臺積電、英特爾、三星等巨頭，國內(nèi)代工廠能否盡快提升實力，在異構(gòu)集成領域提供關鍵服務，這對于國內(nèi)未來半導體業(yè)發(fā)展至關重要。

而對于設計企業(yè)來說，可以借鑒的價值或更多。韓曉敏指出，可以看出，英特爾正在從IDM角色走向開放，向更多的合作伙伴借力來不斷提升實力。對于國內(nèi)設計公司來說，一方面要加強自主創(chuàng)新，另一方面也應保護開放合作的態(tài)度，引入更多的合作伙伴，加強協(xié)同創(chuàng)新能力，提升產(chǎn)品的創(chuàng)新力。

而陳春章則看到了基礎研究的重要性。他談及，一個老牌大公司幾十年積累下來的經(jīng)驗是非常寶貴的，英特爾架構(gòu)日的諸多創(chuàng)新不是一蹴而就的，而是通過每一年技術(shù)不斷積累、更新多年累積而成的。國內(nèi)半導體企業(yè)大多是初創(chuàng)公司，在這方面還存在天然短板，這也為國內(nèi)半導體業(yè)提供警醒，在基礎研究方面需要長期的積累，需要許多研發(fā)人員投入數(shù)年的心血，不斷地提高和完善，才能開發(fā)高質(zhì)量高水平的芯片。

誠然，英特爾的架構(gòu)日展現(xiàn)了其多維度的創(chuàng)新實力，但其面臨的挑戰(zhàn)亦不容忽視。有臺灣資深人士對表示，對美而言，英特爾是Make America great again的主力，未來幾年都還要持續(xù)高舉高打，而無論是在XPU領域面臨英偉達、AMD等的競爭，還是面對Arm、RISC-V等架構(gòu)和一眾朋友圈的沖鋒，以及代工領域拼圖策略能否收到理想的效果，包括先進制程量產(chǎn)與代工能收獲多少主流客戶以及占據(jù)多少份額等，均面臨巨大的考驗。其XPU全線布局的戰(zhàn)略也意味著多條戰(zhàn)線并進，又要實現(xiàn)4年趕上先進制程的研發(fā)目標，而其內(nèi)部重整才剛開始，能否持續(xù)執(zhí)行？能否穩(wěn)步推進？

正如任何一種作戰(zhàn)系統(tǒng)——這里所說的系統(tǒng)既包括單獨的一件武器裝備，也包括各種規(guī)模的軍事集群——它的效能均由五部分構(gòu)成，即火力、防護力、信息力、機動性以及作戰(zhàn)持續(xù)性，英特爾仍需費心思量和步步為營。

（清泉）

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