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人類已經撞到CPU的天花板了?日拱一卒 功不唐捐

今天中午,英特爾正式發佈了新一代移動晶片,自此,i3,i5,i7將從筆記本上抹去,取而代之的是Ultra系列。

Ultra5系,Ultra7系,Ultra9系將成為區分英特爾處理器強弱的新參考。

這Ultra是不是聽起來很厲害?並且根據英特爾官方說法,這是它們40年來最大的改變。

但實際測試下來,你會發現在CPU能力上,這一代Ultra真的Ultra不起來……

01新Ultra為何打不過老i7

在Ultra晶片上,英特爾首次把不同功能模塊拆開,然後按照不同的製程將它們製作出來,最後如拼圖一樣,把這些模塊湊在一起(電視劇)。

這次拆開的有4類功能模塊——計算模塊,SoC模塊,圖形模塊,IO模塊。

其中計算模塊和圖形模塊很容易理解,就是以前的移動處理器中的CPU和GPU,SoC模塊的「成分很複雜」,其中有2個功耗很低的超小核,負責AI計算的NPU,還有內存控制器。

IO模塊負責處理器的一切外部溝通,像USB,WiFi,藍牙,網絡,PCI-e等等。

四個模塊的功能不同,採用的工藝製程也有差距。計算模塊(CPU)採用了英特爾最新的7nm節點(官方稱為Intel4),圖像模塊(GPU)採用了台積電的5nm節點,SoC和IO則是台積電的6nm的工藝。

寫稿的時候,國內的發佈會還在進行,我簡單翻了下英特爾國外的宣傳資料,發現在CPU部分,最新的Ultra7旗艦型號Ultra7165H在單核性能上竟然打不過上一代的低壓版i7,在多核方面,也僅僅超過8%。相比老對手AMD,領先的也不是很多。

這是什麼情況?工藝從10nm(官方稱intel7)升級到7nm,性能幾乎沒有增長,牙膏廠又開始擠牙膏了?

還真不一定,如果大家仔細觀察過最近幾年晶片的產業,會發現,從AMD,Intel到蘋果和高通,這些巨頭們發佈的新晶片的提升都沒像前些年那樣巨大了。

以蘋果舉例,無論是手機上用的A系列處理器,還是筆記本用的M處理器,在更新時,經常會與上上代做對比。比如蘋果最近發佈的M3 Pro,發佈會上CPU對比部分,只出現了上上代的產品M1 Pro。

再來看看另外一組數據,還是蘋果,只不過這次聚焦到它手機上用的A系列處理器,從A6開始直到A9,每一代在製程上都有着提高,但從A10開始,製程不再是每年遞進,而是兩年一換。

這些都在說明,在CPU方面,人類已經很接近極限了。單純靠製程拉升電晶體數量的時代正在離我們遠去。

02拯救晶片的救世主?

造成這種局面的原因有兩個:

其一,隨着越來越逼近1nm這個極限,目前的晶片技術儲備已經見底,想要造出更小的電晶體,需要在許多學科方面都有突破。

在實際生產中,生產先進制程的晶片越來越困難。以蘋果用到的台積電3nm工藝來說,需要多次打磨,不停的優化,才能達到具有最高良率的N3X節點。按照N3B,N3E,N3P,N3X的路線來看,蘋果所用的N3E還遠不是3nm的最佳性能。

其二,製程先進帶來的副作用還體現在費用上,之前說過的M3系列晶片,在流片試產的時候,蘋果向台積電支付了10億美元!當然,各位老爺可能覺得這點錢對於三萬億市值的蘋果來說沒什麼,但別忘了,這些錢最終都是轉嫁到消費者頭上的。

蘋果也可以直接給台積電一萬億,直接採用良率更低的2nm,甚至是1nm的製程工藝來提升CPU性能,但那時候,可能一台筆記本就要十萬了。畢竟布魯斯韋恩還是少數人。

所以在CPU方面,以後應該比較難看到以前那種,年年都有爆炸式提升的情況了。

難道就沒有什麼「超級英雄」能拯救晶片行業了嗎?

答案是肯定的,它就是Chiplet。

Chiplet解釋起來很簡單,就是把眾多的小晶片通過某種技術,連接在一起,形成一個大晶片。

這次的英特爾Ultra系列就是這種技術的產物。雖然CPU部分提升不高,但它把自家獨立顯卡的核心拆出來,做成小晶片,放在了這代Ultra中。

所以Ultra的GPU能力得到了2倍的提升,基本上追平了目前最強核顯——AMD的780M。有了Chiplet這個思想,英特爾還做出一些很有意思的事情,比如在SoC模塊中塞入了兩個更低功耗的「超小核」,在處理看視頻,簡單瀏覽網頁這種低功耗的任務時,只會調動這兩顆超小核而不是CPU模塊,從而提高了整體的續航。

就在發稿前,我看了下相關的測評,Ultra的CPU性能可能沒有漲,但是續航是實打實的有提升。

在經濟性上,Chiplet也有很好的表現。

首先,開發人員不需要花費很大的力氣把所有的東西都設計在一個晶片上,大大降低了研發的難度和周期。比如這次的Ultra為了跟上AI時代,在SoC模塊上加入了大量的NPU。

其次,採用不同製程可以為節約成本,如前面提到過的,這次Ultra的CPU模塊採用自家的最新的工藝,其他的使用台積電的5nm和6nm工藝。

當然,Chiplet對於晶片的算力提升也有幫助,像蘋果的M2/M1 Ultra系列晶片,就是把兩塊M1/2 Max晶片結合在一起,實現了算力的提升。

我國之前上了實體清單的壁仞科技的BR100計算卡,也是通過兩塊晶片在內部連結,實現了算力全球第一的壯舉。

那麼,Chiplet實現起來難麼,會是我們在彎道上超車的一個機會麼?

03彎道超車的機會來了?

之前大家都把所有的功能集成在一個晶片上,是因為數據這樣傳輸起來最快。一旦把晶片隔開,在集合,如何實現它們之間數據的高速傳輸就變成了難以解決的問題。

直到最近10年,高級封裝技術的出現才解決這個問題。在晶片之間利用矽片連結,然後晶片通過自身的小凸起和矽片連結,從而實現數據的高速傳輸。

乍聽起來和大家日常把CPU插在主板上並沒有什麼區別,但實際上,拋開晶片只有幾毫米不說,上面的小凸起只有十幾微米大小,還要保證幾百,甚至上千個組成的小凸起位子不出錯,是非常困難。

除了晶片,矽片上也要做出穿孔和導線來保證互聯,這一系列操作後。還需要在封裝到普通的PCB板子上,複雜的工藝也就導致了,目前世界上只有三家公司能很好的完成先進封裝。

它們就是台積電,英特爾和三星。除了上述的2.5D封裝,HBM內存所採用的3D封裝技術,也是這三家應用的最好。

根據之前查閱的研報來看,在封裝方面,我們還處在相對落後的局面,不過在先進封裝的測試階段,許多國內的公司在國際上已經創出一些名堂來了。

最近也有令人欣慰的消息傳來,國內的兆芯發佈的新一代KX-7000系列處理器就是採用了Chiplet的技術,實現了CPU性能2倍的提升,GPU性能4倍的提升。除此以外,根據我查閱的資料來看,國內也有幾個公司掌握了不錯的封裝技術,但為了避免一些不必要的麻煩,就不說它們的名字了。

日拱一卒,功不唐捐

在摩爾定律日益放慢的今天,越來越多的晶片大廠轉向了Chiplet這條路,通過HBM,Ultra這樣的案例來看,Chiplet的確是一個更為經濟的提升算力的辦法。

同時,製程的放緩,也給我們帶來趕超的機會。雖然在封裝方面,我們還有許多路要走,但相較於製程上的追趕,封裝這條路更容易一些。只要大家的心態放平,正視差距,努力追趕,很快會有很多關於的Chiplet以及封裝的好消息傳來。

責任編輯: 李冬琪  來源:酷玩實驗室 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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