【芯视野】寻找提升4倍摩尔定律良药 芯片架构变革不得不发

“势者，因利而制权也”。在近日举办的英特尔架构日上，透过其祭出的一系列大刀阔斧的组合拳，或能一窥英特尔因利制权的解锁之道。

正如英特尔高级副总裁兼加速计算系统和图形事业部总经理Raja Koduri所言，在数据洪流时代，算力需求将在2025年提升1000x（千倍级），相当于摩尔定律的5次方。面对算力提升的需求，需要至少4倍左右的摩尔定律提升，架构的变革和创新是必然之路，它将是硬件和软件的“炼金术”。

全面变革

围绕架构这一“炼金术”，英特尔在架构所需的制程、封装和互连等技术领域火力全开。

总结来看，一是推出了两种全新x86内核架构——即能效核（E-Core）和性能核（P-Core），实现了全新突破。英特尔还基于E-Core和P-Core、采用硬件线程调度器打造出首个性能混合架构Alder Lake。

英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强认为，通过E-Core和P-Core将奠定未来十年在SoC架构上提供性能和能效出色的产品组合基础，而这一在CPU领域全新的微架构平台以及混合架构代表未来计算产业发展的一大趋势。

二是针对数据中心这一英特尔的战略重心，相继扔出了三大“重磅炸弹”，包括下一代至强处理器Sapphire Rapids、IPU以及Ponte Vecchio、Xe架构的GPU。英特尔技术专家表示，这表明未来的数据中心会越来越多向微架构进军，为异构计算及AI计算加速，这将是核心竞争力。

从中也可看出英特尔释放了多重信号：一是在架构变革上发力，持续升级“看家”产品CPU，提供更高效的通用计算；二是在此前上市两款基于FPGA的IPU基础上，新推出了首个基于AISC的IPU，即Mount Evan，提供高性能网络和存储虚拟化卸载。这一全新IPU亦暗示英特尔将从通用走专用的路线。三是重回独立GPU，在集成显卡领域称雄之外，英特尔基于Xe-HPC微架构推出新型独立GPU——Ponte Vecchio，其包含1000亿个晶体管，是英特尔迄今最复杂的SoC，可谓其先进技术的集大成者，亦是英特尔拥抱异构集成的重大代表。

要指出的是，英特尔践行了其IDM2.0计划。新型GPU成为其践行IDM 2.0战略的绝佳示例，采用台积电N5制程，此外还集成英特尔变革性的EMIB以及Foveros 3D封装技术。

宋继强强调，采用第三方代工，用不同的制程来生产多元化产品，这是IDM2.0策略中的关键一环。未来英特尔将不断演进IDM2.0战略，深化和扩大与主要代工厂的合作关系，选取不同的节点平衡和优化配置。

在一系列架构变革背后，英特尔的XPU愿景正一步步得到完善，从CPU到GPU再到IPU，每一个新的架构和产品都是其XPU架构战略的体现。正如宋继强总结说，英特尔具有从架构、封装、制程、软件等的全方面创新能力，还具备大规模生产制造能力，未来执行战略规划的速度将不断加快，能力将不断拓展。

异构突破的点线面

对于架构日的全面革新，透视了不止是英特尔全面进取的雄心，从中也可看出英特尔在战略和技术层面的调整和再造。

爱集微咨询总经理韩晓敏对此表示，上述变化不仅表明英特尔在XPU系列架构上实现了全面的提升，更是在异构集成技术策略上有了新的变化。

“一是多核集成迈出更大步伐，二是在产品体系中开放性地引入Arm核，未来英特尔基于x86和Arm架构的整体集成将在未来实现。三是IDM2.0战略已有了实例，对于保障英特尔先进制程工艺的角度出发，还是基于目前全球产能紧缺的情况，英特尔在IDM2. 0策略上选择新的代工伙伴实现异构集成是十分助力的。”韩晓敏详解说。

实际上，英特尔在“下一个等级”的超异构计算领域正着力全面解锁。宋继强指出，超异构计算面临诸多挑战，需要更强大的封装、互连和软件等的配合。如Sapphire Rapids和Ponte Vecchio异构集成不一，有的是用EMIB，有的是用Foveros再加上EMIB。而且在不同的架构之间，CPU有不同的Core，GPU也有不同的Core，内部一些计算单元的配置也是不一的。为应对未来各种不同数据对计算、传输、存储等各方面带来的要求，必须要用不同的架构包括不同的异构集成方式，开发不同种类的定制芯片。

对于英特尔架构和设计的能力，如鹏城实验室研究员，中国科学院大学和浙江大学兼职教授陈春章所指，在架构方面，英特尔的创新不止于前端，还在后端以及优化层面做了诸多创新与实践，才能开发如此复杂性和突破性的产品，实现了从设计到封装到应用和测试的整个系统架构优化，值得业界深入思考。

启示录

作为芯片界的王者，英特尔在架构日的一系列创新背后为业界带来了哪些启示？

对于此韩晓敏认为，面对数字化需求，无论是从云端到边缘端或侧端，异构技术的推进是大势所趋，应对其发展引起足够的重视。此外，相对成熟的高端异构封装技术大多还集中于台积电、英特尔、三星等巨头，国内代工厂能否尽快提升实力，在异构集成领域提供关键服务，这对于国内未来半导体业发展至关重要。

而对于设计企业来说，可以借鉴的价值或更多。韩晓敏指出，可以看出，英特尔正在从IDM角色走向开放，向更多的合作伙伴借力来不断提升实力。对于国内设计公司来说，一方面要加强自主创新，另一方面也应保护开放合作的态度，引入更多的合作伙伴，加强协同创新能力，提升产品的创新力。

而陈春章则看到了基础研究的重要性。他谈及，一个老牌大公司几十年积累下来的经验是非常宝贵的，英特尔架构日的诸多创新不是一蹴而就的，而是通过每一年技术不断积累、更新多年累积而成的。国内半导体企业大多是初创公司，在这方面还存在天然短板，这也为国内半导体业提供警醒，在基础研究方面需要长期的积累，需要许多研发人员投入数年的心血，不断地提高和完善，才能开发高质量高水平的芯片。

诚然，英特尔的架构日展现了其多维度的创新实力，但其面临的挑战亦不容忽视。有台湾资深人士对表示，对美而言，英特尔是Make America great again的主力，未来几年都还要持续高举高打，而无论是在XPU领域面临英伟达、AMD等的竞争，还是面对Arm、RISC-V等架构和一众朋友圈的冲锋，以及代工领域拼图策略能否收到理想的效果，包括先进制程量产与代工能收获多少主流客户以及占据多少份额等，均面临巨大的考验。其XPU全线布局的战略也意味着多条战线并进，又要实现4年赶上先进制程的研发目标，而其内部重整才刚开始，能否持续执行？能否稳步推进？

正如任何一种作战系统——这里所说的系统既包括单独的一件武器装备，也包括各种规模的军事集群——它的效能均由五部分构成，即火力、防护力、信息力、机动性以及作战持续性，英特尔仍需费心思量和步步为营。

（清泉）

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