英特爾「架構日」揭曉全新電晶體技術

作者 : Intel

Intel於美國時間8月13日在線上舉行的「架構日」(Architecture Day 2020)上詳細介紹了該公司在科技六大創新支柱(6 Pillars of Technology)上所取得的進展,包括其10奈米SuperFin技術...

英特爾(Intel)於美國時間8月13日在線上舉行的「架構日」(Architecture Day 2020)上,由首席架構師Raja Koduri領軍,率英特爾院士及其架構師團隊詳細介紹了該公司在科技六大創新支柱(6 Pillars of Technology)上所取得的進展,包括其10奈米SuperFin技術,號稱代表公司歷史上在單一節點之內的最大升級功能,可提供等同於轉換至全新製程節點技術的效能改進。

英特爾同時公佈了Willow Cove微架構和針對行動客戶端的Tiger Lake 系統單晶片架構的詳細資訊,並首度揭示了其完全可擴展的Xe繪圖架構,這些架構可滿足從消費端至高效能運算,再到遊戲用途的各個市場。英特爾表示,將透過解耦(disaggregated)晶片設計方式、結合先進的封裝技術、XPU產品和以軟體為中心的策略,致力為客戶提供領先效能的全方位解決方案。

10奈米 SuperFin 技術

經過多年來持續在FinFET電晶體技術方面精益求精,英特爾正重新定義該技術,實現號稱是史上最大的單節點內技術升級,提供等同轉換至全新製程節點技術的效能改進。10奈米 SuperFin技術將Intel增強型FinFET電晶體與Super MIM電容器結合,於源/汲極提供增強的磊晶,改進閘極製程和額外的閘極間距,透過以下方式實現更高的效能:

  • 提升源極和汲極結構的磊晶生長,從而提升應力並減小電阻,以允許更多電流通過通道;
  • 改進閘極製程以驅動更高的通道遷移率,使得電荷載子更快速地移動;
  • 額外的閘極間距選項,可為需要極致效能的特定晶片功能提供更高的驅動電流;
  • 新型薄阻障層將通孔電阻降低了30%,增強了互連效能;

 

 

與業界標準相比,英特爾的Super MIM電容於相同的佔用面積,提供5倍的容值,從而降低電壓驟降情況,並顯著提高產品效能。該技術由一種新型Hi-K介電材料所實現,該材料堆疊在厚度僅為數埃(10-10公尺)的超薄層中,形成重複的「超晶格」結構。這是一項業界首創的技術,領先於其他製造商的現有製程能力。

 

 

代號為「Tiger Lake」的英特爾次世代筆電處理器將以10奈米 SuperFin技術為基礎。Tiger Lake目前正在生產並出貨給那些預計在年底節慶季節推出OEM系統的客戶。

封裝

混合接合(Hybrid Bonding)測試晶片已於2020年第二季投片。混合接合是一種可取代當今大多數封裝技術中使用的傳統「熱壓」接合的替代技術。這項新技術可實現極為先進的10微米以下凸點間距(含10微米),進而提供更高的互連密度、頻寬和更低的功耗。

 

 

Willow Cove和Tiger Lake CPU架構

Willow Cove是英特爾的次世代CPU微架構。採用最新的製程,10奈米SuperFin技術,並植基於Sunny Cove微架構之上,Willow Cove帶來了超過一個世代的CPU效能提升幅度,以及大幅度改善時脈表現和提升電力效率。並為更大的non-inclusive 1.25MB L2快取,導入重新設計的快取架構,並透過英特爾控制流強制技術(Intel Control-flow Enforcement Technology)增強了安全性。

 

 

Tiger Lake將在關鍵向量運算方面提供智慧效能和突破性的進步。透過CPU、AI加速器最佳化,以及首款整合 Xe-LP 繪圖為架構的系統單晶片架構,Tiger Lake將帶來超過一個世代的CPU效能提升幅度、大幅度改善AI效能、繪圖效能的巨大躍升,並在系統單晶片當中享有完整的最佳IP組合,例如新的整合式Thunderbolt 4。Tiger Lake 系統單晶片架構提供:

  • 全新Willow Cove CPU核心--利用10奈米 SuperFin技術進展顯著提升頻率。
  • 最多達96個EU (執行單元)的新型Xe繪圖,顯著提升每瓦效率。
  • 電源管理 – 一致性結構中的自律DVFS,提高FIVR效率。
  • 架構和記憶體 – 一致性結構頻寬增加2倍,記憶體頻寬約達86GB/s,經過驗證的LP4x-4267、DDR4-3200;LP5-5400架構相容性。
  • GNA 2.0專用IP,可從CPU卸載並進行低功耗神經網路推論;與單純使用CPU相比,使用GNA的CPU使用率降低約20% (雜訊抑制工作負載)。
  • IO-CPU整合TB4 / USB4、PCIe Gen 4,可替裝置實現低延遲、高頻寬的記憶體存取。
  • 顯示器 – 於多個高解析度畫面和記憶體之間,提供最高達64GB/s的同步頻寬;與記憶體之間提供專用結構通道,用來確保服務品質。
  •  IPU6 – 可支援多達6個4K30視訊串流、2,700萬畫素感光元件;最高提供4K90和4,200萬畫素影像架構相容能力。

 

 

混合式架構

英特爾透過其次世代客戶端產品Alder Lake推進其混合式架構。Alder Lake將結合英特爾即將推出的Golden Cove和Gracemont兩種架構,並進行最佳化以提供出色的每瓦效能。

Xe 繪圖架構

英特爾詳細介紹了經過最佳化的Xe-LP (低功耗)微架構和軟體,可為行動平台提供高效率的效能。Xe-LP是英特爾用於PC和行動運算平台的最高效架構,具備多達96個EU,並擁有新的架構設計,包括非同步運算,視圖實體化,取樣器回饋,更新支援AV1的媒體引擎和更新的顯示引擎。透過即時遊戲調整、擷取與串流、影像銳化等技術,帶來新的終端使用者功能。在軟體最佳化方面,Xe-LP將透過新的DX11路徑和最佳化編譯器來改進驅動程式。

Intel Server GPU (SG1) 是英特爾針對資料中心,第一款以Xe架構為基礎的獨立GPU。SG1將4個DG1效能以small form factor的規格帶進資料中心,其目標是實現低延遲、高密度Android雲端遊戲和影片串流。SG1將在近期內開始量產,並於今年稍晚出貨。

英特爾首款以Xe架構為基礎,代號為DG1的獨立GPU已開始投產,預計在2020年開始出貨。具備前期存取權限的使用者現在可透過Intel? DevCloud取得DG1可用資源。正如年初在CES所披露的資訊,DG1將是英特爾為PC提供的首款,基於Xe-LP微架構的獨立GPU。

第一款Xe-HP晶片已於實驗室完成啟動測試。Xe-HP是業界首款多重砌磚式(multi-tiled)、高度可擴展的高效能架構,可提供資料中心機架層級的媒體效能、GPU可擴展性和AI最佳化。如同多核心CPU的概念,運算範圍能夠於1個裸晶區塊,或是2個、4個區塊之間動態調整。在架構日期間,英特爾展示Xe-HP單一區塊對10個完整高畫質4K影片串流進行轉碼,效能可達60FPS,此外還展示了Xe-HP在多個區塊上的運算可擴展性。英特爾正與主要客戶一同測試Xe-HP,並計劃在Intel DevCloud中為開發人員提供Xe-HP資源。Xe-HP將於明年上市。

英特爾推出Xe微架構新版本Xe-HPG,這是一款為遊戲最佳化的微架構,結合Xe-LP良好的效能/功耗元素,加上Xe-HP的規模優勢加大組態,並從Xe-HPC最佳化運算頻率。為提升每單位成本的效能,加入基於GDDR6的新記憶體子系統,且Xe-HPG將支援光線追蹤加速功能。Xe-HPG預計於2021年開始出貨。

 

 

Intel Graphics Command Center (IGCC) 導入即時遊戲調整和遊戲銳化等新功能:

  • 即時遊戲調整是針對各款遊戲特別調整的驅動程式,修正和最佳化可以比以前更快地推送給終端使用者,無需下載和安裝完整的驅動程式,使用者僅需針對每個遊戲執行一次選擇加入即可。
  • o遊戲銳化為一項新的後處理功能,使用感知調整式銳化功能來銳化遊戲影像 – 這是一種基於運算著色器的適應性銳化演算法,可提高遊戲影像的清晰度。此功能對於使用解析度縮放以平衡效能和影像品質的遊戲特別有用,並且是IGCC當中的可選功能

 資料中心架構

Ice Lake是英特爾首款基於10奈米製程的Xeon Scalable產品,目標於今年年底開始出貨,Ice Lake伺服器產品面對橫跨多項工作的吞吐量與回應性,均可提供相當出色的效能。它將帶來一系列的新技術,包括全記憶體加密、PCIe Gen 4、8條記憶體通道,以及提升加密運算的指令集強化。用於網路儲存和物聯網的版本,也將導入作為Ice Lake家族的一部分。

Sapphire Rapids是基於強化版SuperFin技術的英特爾次世代Xeon Scalable處理器,其將提供領先的產業標準技術,包括DDR5、PCIe Gen 5和Compute Express Link 1.1。Sapphire Rapids將成為美國Argonne國家實驗室Aurora Exascale超級電腦系統中使用的CPU。其將使用名為Advanced Matrix Extensions(AMX)的新款加速器,來延續我們內建AI加速的策略。Sapphire Rapids預計將於2021年下半年開始首批生產出貨。

英特爾亦展示了推動FPGA技術上的持續創新和連續第三代收發器的領先地位,英特爾現在擁有全球首款次世代224G-PAM4 發送收發器。

軟體

oneAPI Gold版本將於今年稍晚推出,為開發人員提供一款在純量、向量、矩陣和空間體系結構上具有量產品質和效能的解決方案。 英特爾於7月發布了第八版的oneAPI Beta,為分佈式資料分析、渲染效能、效能分析以及英特爾影片與執行緒資料庫提供了新功能和升級強化。DG1獨立GPU目前可供Intel DevCloud中的前期存取開發人員使用,提供對資料庫和工具組的存取,使他們能夠在拿到硬體之前就開始使用oneAPI編寫軟體。

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