聊聊芯事：2019年会是10纳米芯片的大年吗

点击蓝字，关注老石谈芯

在“聊聊芯事”这个类别的文章中，老石将转发一些有意思的FPGA相关的芯闻、芯事，并将就这些内容附上老石的个人解读与扩展。

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”。

Foveros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。

点击

阅读原文

看更多原创芯文、芯情、芯事