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谈芯:2019年会是10纳米芯片的大年吗?

 

目 录
1. 面向移动计算的冰湖CPU “Ice Lake”2. 首款3D CPU “Lakefield”3. 面向5G的系统级芯片“Snow Ridge”

4. 至强可扩展处理器“Ice Lake”

5. 下一代旗舰FPGA “Falcon Mesa”

6. 结语

在一月初举办的CES大会上,英特尔一口气发布了四款基于10nm工艺的芯片产品,涵盖了个人计算平台、数据中心、5G网络等多个应用领域。本文中,老石将简单梳理一下各个10nm芯片的技术要点与主要特色,并在文末简单回顾一下之前已发布的同样基于英特尔10nm工艺的下一代旗舰FPGA产品Falcon Mesa

1. 面向移动计算的冰湖CPU “Ice Lake”
Ice Lake作为英特尔的首款10nm量产CPU,整合了英特尔全新的“Sunny Cove”微架构、AI加速指令集以及英特尔的第11代显卡。Ice Lake将主打消费级PC市场,因此着重提高了自身的能效水平,再有10nm工艺的加持,使得基于Ice Lake的笔记本等个人PC产品将拥有更长的电池续航时间,电脑整体也将更加轻薄便携。英特尔透露,各个PC厂商基于Ice Lake的产品将于2019年底出货,这正是瞄准了圣诞前后的礼物季。
2. 首款3D CPU “Lakefield”
与Ice Lake一样,Lakefield也将面向笔记本和个人移动平台,并预计将于2019年量产。下图是基于Lakefild的迷你主板,只有五个硬币的高度,非常小巧。
首先分享一个介绍Lakefield架构的短片,非常炫酷。
相比其他现有产品,这款CPU有两个最突出的亮点:第一,Lakefiled基于英特尔在芯片封装领域的黑科技“Foveros”。Fveros源自希腊语,本意为牛逼

它本质为一种3D封装技术,可以将诸如CPU、GPU、DRAM、Cache等功能单元的裸片堆叠在一起,然后再封装成为一枚完整的芯片,如下图所示。
老石在之前的文章《3D FPGA技术:延续摩尔定律的黑科技,上篇》和《3D FPGA技术:延续摩尔定律的黑科技,下篇》中介绍过在FPGA中使用的2.5D封装技术。例如,在Stratix10系列FPGA中,使用了英特尔的EMIB技术(嵌入式多管芯互联桥接Embedded Multi-die Interconnect Bridge)。在2017年的英特尔精尖制造日中,英特尔资深院士Mark Bohr对EMIB技术进行了详细阐述。
EMIB的主要特点是在两枚裸片边缘连接处加入了一条硅桥接层(Silicon Bridge),并重新定制化裸片边缘的I/O引脚以配合桥接标准。在基于10nm的Falcon Mesa FPGA中,将会使用第二代EMIB技术。2.5D与3D封装技术的主要区别在于,前者通常是在水平维度上,将多枚裸片通过类似于EMIB的桥接技术连接在一起,从而构成一个更大的系统级芯片。而3D芯片技术则在此基础上更进一步,是将多枚不同功能的裸片在垂直维度上堆叠在一起,并通过硅通孔等方式进行互联。这样极大的减小了芯片的整体面积,提高了封装密度。同时解决了2.5D封装技术中不可避免的带宽限制问题。

Lakefiled的第二大主要特点是采用了多个不同大小的处理核心具体来说,Lakefiled集成了一大四小共五个CPU核心。其中,主要的CPU基于Sunny Cove架构,有自己的专有缓存。4个较小的核心架构尚未可知,共享1.5M二级缓存,如下图所示。英特尔将这种结构称为“混合x86结构”。
这种CPU体系架构比较神似ARM的big.Little架构,见下图。这种采用大小核的架构的主要好处是可以根据不同的应用情况,灵活分配CPU内核资源,从而可以进一步节省功耗。
3. 面向5G的系统级芯片“Snow Ridge”
关于Snow Ridge的介绍并不多,目前已知它是面向5G无线接入和边缘计算而开发的SoC芯片,同样基于10nm工艺制造。主要目的是增强英特尔架构在5G基站以及其他各类网络基础架构设施中的使用,并用来控制和处理包括人工智能在内的各类边缘计算应用。预计Snow Ridge将在2019年下半年出货。
4. 至强可扩展处理器“Ice Lake”
同样名为Ice Lake,这款Xeon可扩展CPU面向的是数据中心的服务器市场。它应该是当前基于14nm工艺的Cooper Lake的升级版,基于10nm工艺制造,并将提供更加强大的性能和更高的安全性。预计将于2020年出货。
5. Falcon Mesa FPGA
上文提过,作为英特尔下一代旗舰FPGA系列,Falcon Mesa将基于10nm工艺制造,并采用最新的EMIB和Foveros 3D封装技术。与目前的Stratix10相比,Falcon Mesa将成为真正意义上的3D FPGA,如下图所示。
3D芯片制造技术本质上是一种异构集成技术,它最大的好处是可以在最快的时间内组成一个完整的异构芯片系统。同时,3D芯片技术解耦了FPGA,CPU和ASIC的开发周期,形成了一种模块化系统集成方案。例如,收发器和FPGA可以采用10nm工艺制造,以满足速度和功耗的最严苛的要求。而诸如高带宽内存单元(HBM)以及其他IP可以采用14nm或20nm等比较成熟的工艺制造,一来比较稳定,二来降低了芯片制造成本,这在老石之前的文章中有过详细介绍。
对英特尔本身而言,自不必说其各类CPU产品,更有日渐丰富的ASIC产品如针对人工智能和神经网络的Nervana产品系列、针对计算机视觉的Movidius产品系列、以及针对自动驾驶的Mobileye系列,都可以搭配FPGA进行快速的芯片级整合,形成各自的硬件加速方案。因此可以形成非常灵活的FPGA产品体系和门类,以适应不同应用场景的需要。在收发器技术方面,Falcon Mesa将主要配备以下两类收发器类型:

  • 112Gbps的串行收发器链路,旨在满足下一代数据中心、企业和网络环境中最严苛的带宽要求。
  • 包括 PCI Express Gen4x16 支持在内的最新外围设备互联,面向下一代数据中心提供高达每通道 16 GT/秒的数据传输率。
6. 结语
2019年应该是英特尔10纳米技术的大年,如果一切顺利,今年将有多款基于10纳米技术的芯片问世。在主要竞争对手都在不断革新芯片制造工艺的大环境下,老石认为,这些基于10纳米技术的芯片将是英特尔的最强反击。

· 2019-03-20 10:19  本新闻来源自:老石谈芯,版权归原创方所有

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