【芯視野】尋找提升4倍摩爾定律良藥 芯片架構變革不得不發
“勢者,因利而制權也”。在近日舉辦的英特爾架構日上,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的解鎖之道。
正如英特爾高級副總裁兼加速計算系統和圖形事業部總經理Raja Koduri所言,在數據洪流時代,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,架構的變革和創新是必然之路,它將是硬件和軟件的“煉金術”。
全面變革
圍繞架構這一“煉金術”,英特爾在架構所需的制程、封裝和互連等技術領域火力全開。
總結來看,一是推出了兩種全新x86內核架構——即能效核(E-Core)和性能核(P-Core),實現了全新突破。英特爾還基于E-Core和P-Core、采用硬件線程調度器打造出首個性能混合架構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架構上提供性能和能效出色的產品組合基礎,而這一在CPU領域全新的微架構平臺以及混合架構代表未來計算產業發展的一大趨勢。
二是針對數據中心這一英特爾的戰略重心,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架構的GPU。英特爾技術專家表示,這表明未來的數據中心會越來越多向微架構進軍,為異構計算及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:一是在架構變革上發力,持續升級“看家”產品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,可謂其先進技術的集大成者,亦是英特爾擁抱異構集成的重大代表。
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。
宋繼強強調,采用第三方代工,用不同的制程來生產多元化產品,這是IDM2.0策略中的關鍵一環。未來英特爾將不斷演進IDM2.0戰略,深化和擴大與主要代工廠的合作關系,選取不同的節點平衡和優化配置。
在一系列架構變革背后,英特爾的XPU愿景正一步步得到完善,從CPU到GPU再到IPU,每一個新的架構和產品都是其XPU架構戰略的體現。正如宋繼強總結說,英特爾具有從架構、封裝、制程、軟件等的全方面創新能力,還具備大規模生產制造能力,未來執行戰略規劃的速度將不斷加快,能力將不斷拓展。
異構突破的點線面
對于架構日的全面革新,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略和技術層面的調整和再造。
愛集微咨詢總經理韓曉敏對此表示,上述變化不僅表明英特爾在XPU系列架構上實現了全面的提升,更是在異構集成技術策略上有了新的變化。
“一是多核集成邁出更大步伐,二是在產品體系中開放性地引入Arm核,未來英特爾基于x86和Arm架構的整體集成將在未來實現。三是IDM2.0戰略已有了實例,對于保障英特爾先進制程工藝的角度出發,還是基于目前全球產能緊缺的情況,英特爾在IDM2. 0策略上選擇新的代工伙伴實現異構集成是十分助力的。”韓曉敏詳解說。
實際上,英特爾在“下一個等級”的超異構計算領域正著力全面解鎖。宋繼強指出,超異構計算面臨諸多挑戰,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。而且在不同的架構之間,CPU有不同的Core,GPU也有不同的Core,內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據對計算、傳輸、存儲等各方面帶來的要求,必須要用不同的架構包括不同的異構集成方式,開發不同種類的定制芯片。
對于英特爾架構和設計的能力,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,在架構方面,英特爾的創新不止于前端,還在后端以及優化層面做了諸多創新與實踐,才能開發如此復雜性和突破性的產品,實現了從設計到封裝到應用和測試的整個系統架構優化,值得業界深入思考。
啟示錄
作為芯片界的王者,英特爾在架構日的一系列創新背后為業界帶來了哪些啟示?
對于此韓曉敏認為,面對數字化需求,無論是從云端到邊緣端或側端,異構技術的推進是大勢所趨,應對其發展引起足夠的重視。此外,相對成熟的高端異構封裝技術大多還集中于臺積電、英特爾、三星等巨頭,國內代工廠能否盡快提升實力,在異構集成領域提供關鍵服務,這對于國內未來半導體業發展至關重要。
而對于設計企業來說,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。對于國內設計公司來說,一方面要加強自主創新,另一方面也應保護開放合作的態度,引入更多的合作伙伴,加強協同創新能力,提升產品的創新力。
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驗是非常寶貴的,英特爾架構日的諸多創新不是一蹴而就的,而是通過每一年技術不斷積累、更新多年累積而成的。國內半導體企業大多是初創公司,在這方面還存在天然短板,這也為國內半導體業提供警醒,在基礎研究方面需要長期的積累,需要許多研發人員投入數年的心血,不斷地提高和完善,才能開發高質量高水平的芯片。
誠然,英特爾的架構日展現了其多維度的創新實力,但其面臨的挑戰亦不容忽視。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,包括先進制程量產與代工能收獲多少主流客戶以及占據多少份額等,均面臨巨大的考驗。其XPU全線布局的戰略也意味著多條戰線并進,又要實現4年趕上先進制程的研發目標,而其內部重整才剛開始,能否持續執行?能否穩步推進?
正如任何一種作戰系統——這里所說的系統既包括單獨的一件武器裝備,也包括各種規模的軍事集群——它的效能均由五部分構成,即火力、防護力、信息力、機動性以及作戰持續性,英特爾仍需費心思量和步步為營。
(清泉)
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