018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。
下面芯智讯就从芯片制程工艺、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。
三、端到端的AI解决方案
谈到与人工智能相关的AI芯片领域,很多人第一时间会想到Nvidia以及寒武纪等知名AI芯片初创公司,而对于英特尔,可能更多人的印象依然停留在“PC/服务器芯片领域的霸主”,但实际上,在备受关注的AI芯片领域,英特尔也依然是拥有着绝对的实力。而且,相对于更侧重于机器学习领域的Nvidia来说,英特尔还拥有从云到端的全栈式AI解决方案。
从英特尔的AI芯片布局来看,Xeon系列、FPGA、Nervana以及针对服务器的10nm ICE Lake,将主要用于云端AI或云端中间层设备,而对应终端AI,英特尔除了现有的CPU产品之外,还有Myriad系列VPU和Mobileye EQ系列。
除了硬件之外,英特尔在整套人工智能产品组合中还提供了标准统一的软件优化和编程工具以及智能API。
去年8月,英特尔还基于自身现有的硬件平台开发了一套可以加快高性能计算机视觉和深度学习视觉应用开发速度工具套件——OpenVINO,可以支持在各种英特尔平台的硬件加速器上进行深度学习,并且允许直接异构执行。
总结来说,英特尔从芯片硬件、库和语言、框架、工具到应用方案,包括存储和互联技术等,通过一系列的底层软件库以及机器学习算法的创新,构建了一套完整的端到端的人工智能解决方案。
四、5G时代的引领者
5G时代的大幕即将拉开!虽然2020年左右5G才开始规模商用,不过,今年多家手机厂商都将会抢先推出5G智能手机,以争夺市场先机。而在这背后,则离不开5G基带芯片厂商的支持。
目前,已公布5G基带芯片的厂商包括高通、英特尔、华为、三星、联发科、展锐等,从技术和商用进程角度来看,英特尔与高通、华为、展锐等都属于第一阵营。
继2017年11月,英特尔宣布了其首款5G基带芯片——XMM 8060之后,2018年11月13日,英特尔相比之前预计的时间提前了半年,推出了其第二款5G基带芯片XMM8160。
Intel XMM 8160 5G基带芯片
而在近日的MWC2019展会上,英特尔又联合中国通信模块厂商——广和通,面向全球市场推出了首款5G通信模组:Fibocom FG100。这款模组内置Intel XMM 8160 5G基带芯片,采用M.2封装,实现“One World One SKU”的全球统一版本,可为全球物联网市场提供5G移动通信解决方案。
Fibocom FG100
除了在5G终端领域的布局之外,在今年的CES上,英特尔还推出了针对无线基站的10nm工艺5G SoC芯片,代号Snow Ridge,预计今年下半年上市。
值得一提的是,2017年6月,英特尔正式加入了奥林匹克全球合作伙伴计划,双方达成长期技术合作伙伴关系。英特尔的5G技术有望在2020年东京奥运会上大显身手。而在2018年的冬奥会上,英特尔就已经率先为其提供了5G网络支持。
五、前沿科技研究
虽然目前摩尔定律仍然可以继续推进,但是随着现有的硅半导体工艺越来越逼近原子级别,摩尔定律的维持已经是愈发的困难。而为了推动摩尔定律继续前行,英特尔很早就开始积极研究,如纳米线晶体管、III-V材料(如砷化镓和磷化铟)晶体管、硅晶片的3D堆叠、高密度内存、(EUV)光刻技术、自旋电子、神经元计算、量子计算等一系列前沿技术项目。
神经拟态计算芯片Loihi
早在2017年9月底的时候,英特尔就公布了其首款神经拟态计算(类脑)芯片Loihi,这是全球首款具有自我学习能力的芯片。
量子计算
量子计算是利用量子叠加和量子纠缠来实现逻辑运算,量子计算机则拥有超强的计算能力。业界普遍认为,量子计算将是一种颠覆性的新技术。近年来IBM、谷歌、英特尔以及国内的众多研究机构都在积极的进行量子芯片的研发。
英特尔还将超导量子计算测试芯片的量子位从 7、17 提高到 49(从左到右)
2018年1月9日,英特尔在美国拉斯维加斯CES展上宣布,其已向合作伙伴交付首个49量子位量子计算测试芯片“Tangle Lake”。
在英特尔公司副总裁兼英特尔研究院院长Michael C. Mayberry看来,相对于传统计算,量子计算最大的优势是可以并行地运行数据,它表示数据的能力达到传统计算机的50倍,使得我们可以处理在固定内存时间内传统计算机解决不了的问题。
自旋电子
除了在神经元计算、量子计算方面的进展之外,英特尔在自旋电子技术等方面也已经取得了突破。
去年12月,英特尔和加州大学伯克利分校的研究人员在《自然》杂志上发表的论文显示,英特尔利用自旋电子技术可以在保持现有的CMOS芯片的性能下,将芯片尺寸缩小到目前尺寸大小的五分之一,并将降低能耗90-97%。
显然,该技术一旦商业成功,将可为近年来处理性能增长平平的芯片产业带来巨大的动力,推动摩尔定律继续前行。
小结:
通过以上对于英特尔在芯片制程工艺、异构及3D封装技术、人工智能、5G、前沿技术等多个角度的介绍,不难看出,英特尔仍然是创新力十足,而这也是一直以来驱动英特尔持续引领全球科技的关键。
从英特尔的研发投入来看,多年来都在持续增长,2018年已达135亿美元。根据IC Insights的数据显示,2017年全球研发投入最多的15大半导体公司中,英特尔以约130亿美元的研发投入排名第一,远超排名第二的高通(研发投入只有34.5亿美元)。足见英特尔在半导体领域的研发投入之大。而这也正是英特尔能够持续引领创新的一大保障。
对于英特尔的未来,刚被任命为英特尔CEO的Robert(Bob)Swan在其公开信当中也表示,将推动英特尔持续进击,锐意创新。英特尔将从以PC为中心转型成为以数据为中心的公司,为驱动世界创新奠定技术基石。
018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。
下面芯智讯就从芯片制程工艺、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。
三、端到端的AI解决方案
谈到与人工智能相关的AI芯片领域,很多人第一时间会想到Nvidia以及寒武纪等知名AI芯片初创公司,而对于英特尔,可能更多人的印象依然停留在“PC/服务器芯片领域的霸主”,但实际上,在备受关注的AI芯片领域,英特尔也依然是拥有着绝对的实力。而且,相对于更侧重于机器学习领域的Nvidia来说,英特尔还拥有从云到端的全栈式AI解决方案。
从英特尔的AI芯片布局来看,Xeon系列、FPGA、Nervana以及针对服务器的10nm ICE Lake,将主要用于云端AI或云端中间层设备,而对应终端AI,英特尔除了现有的CPU产品之外,还有Myriad系列VPU和Mobileye EQ系列。
除了硬件之外,英特尔在整套人工智能产品组合中还提供了标准统一的软件优化和编程工具以及智能API。
去年8月,英特尔还基于自身现有的硬件平台开发了一套可以加快高性能计算机视觉和深度学习视觉应用开发速度工具套件——OpenVINO,可以支持在各种英特尔平台的硬件加速器上进行深度学习,并且允许直接异构执行。
总结来说,英特尔从芯片硬件、库和语言、框架、工具到应用方案,包括存储和互联技术等,通过一系列的底层软件库以及机器学习算法的创新,构建了一套完整的端到端的人工智能解决方案。
四、5G时代的引领者
5G时代的大幕即将拉开!虽然2020年左右5G才开始规模商用,不过,今年多家手机厂商都将会抢先推出5G智能手机,以争夺市场先机。而在这背后,则离不开5G基带芯片厂商的支持。
目前,已公布5G基带芯片的厂商包括高通、英特尔、华为、三星、联发科、展锐等,从技术和商用进程角度来看,英特尔与高通、华为、展锐等都属于第一阵营。
继2017年11月,英特尔宣布了其首款5G基带芯片——XMM 8060之后,2018年11月13日,英特尔相比之前预计的时间提前了半年,推出了其第二款5G基带芯片XMM8160。
Intel XMM 8160 5G基带芯片
而在近日的MWC2019展会上,英特尔又联合中国通信模块厂商——广和通,面向全球市场推出了首款5G通信模组:Fibocom FG100。这款模组内置Intel XMM 8160 5G基带芯片,采用M.2封装,实现“One World One SKU”的全球统一版本,可为全球物联网市场提供5G移动通信解决方案。
Fibocom FG100
除了在5G终端领域的布局之外,在今年的CES上,英特尔还推出了针对无线基站的10nm工艺5G SoC芯片,代号Snow Ridge,预计今年下半年上市。
值得一提的是,2017年6月,英特尔正式加入了奥林匹克全球合作伙伴计划,双方达成长期技术合作伙伴关系。英特尔的5G技术有望在2020年东京奥运会上大显身手。而在2018年的冬奥会上,英特尔就已经率先为其提供了5G网络支持。
五、前沿科技研究
虽然目前摩尔定律仍然可以继续推进,但是随着现有的硅半导体工艺越来越逼近原子级别,摩尔定律的维持已经是愈发的困难。而为了推动摩尔定律继续前行,英特尔很早就开始积极研究,如纳米线晶体管、III-V材料(如砷化镓和磷化铟)晶体管、硅晶片的3D堆叠、高密度内存、(EUV)光刻技术、自旋电子、神经元计算、量子计算等一系列前沿技术项目。
神经拟态计算芯片Loihi
早在2017年9月底的时候,英特尔就公布了其首款神经拟态计算(类脑)芯片Loihi,这是全球首款具有自我学习能力的芯片。
量子计算
量子计算是利用量子叠加和量子纠缠来实现逻辑运算,量子计算机则拥有超强的计算能力。业界普遍认为,量子计算将是一种颠覆性的新技术。近年来IBM、谷歌、英特尔以及国内的众多研究机构都在积极的进行量子芯片的研发。
英特尔还将超导量子计算测试芯片的量子位从 7、17 提高到 49(从左到右)
2018年1月9日,英特尔在美国拉斯维加斯CES展上宣布,其已向合作伙伴交付首个49量子位量子计算测试芯片“Tangle Lake”。
在英特尔公司副总裁兼英特尔研究院院长Michael C. Mayberry看来,相对于传统计算,量子计算最大的优势是可以并行地运行数据,它表示数据的能力达到传统计算机的50倍,使得我们可以处理在固定内存时间内传统计算机解决不了的问题。
自旋电子
除了在神经元计算、量子计算方面的进展之外,英特尔在自旋电子技术等方面也已经取得了突破。
去年12月,英特尔和加州大学伯克利分校的研究人员在《自然》杂志上发表的论文显示,英特尔利用自旋电子技术可以在保持现有的CMOS芯片的性能下,将芯片尺寸缩小到目前尺寸大小的五分之一,并将降低能耗90-97%。
显然,该技术一旦商业成功,将可为近年来处理性能增长平平的芯片产业带来巨大的动力,推动摩尔定律继续前行。
小结:
通过以上对于英特尔在芯片制程工艺、异构及3D封装技术、人工智能、5G、前沿技术等多个角度的介绍,不难看出,英特尔仍然是创新力十足,而这也是一直以来驱动英特尔持续引领全球科技的关键。
从英特尔的研发投入来看,多年来都在持续增长,2018年已达135亿美元。根据IC Insights的数据显示,2017年全球研发投入最多的15大半导体公司中,英特尔以约130亿美元的研发投入排名第一,远超排名第二的高通(研发投入只有34.5亿美元)。足见英特尔在半导体领域的研发投入之大。而这也正是英特尔能够持续引领创新的一大保障。
对于英特尔的未来,刚被任命为英特尔CEO的Robert(Bob)Swan在其公开信当中也表示,将推动英特尔持续进击,锐意创新。英特尔将从以PC为中心转型成为以数据为中心的公司,为驱动世界创新奠定技术基石。
