2015年已經(jīng)遠去，盡管PC產(chǎn)業(yè)再一次遭遇了下滑的困境，但技術(shù)進步是止不住的，越是在困難的情況下，技術(shù)發(fā)展就越重要，新技術(shù)不僅能為企業(yè)打開新的大門，也能給消費者帶來全新的應(yīng)用體驗，創(chuàng)造全新的需求，從而推動產(chǎn)品升級換代。
2016年有哪些技術(shù)值得我們關(guān)注？在回顧了2015之后，超能網(wǎng)還會推出一系列文章展望2016年可能會改變我們生活的新技術(shù)。今天我們首先來看半導(dǎo)體/處理器領(lǐng)域的，作為PC核心的CPU、GPU等產(chǎn)品又會有哪些值得關(guān)注的技術(shù)進步呢？
1、半導(dǎo)體制造工藝逼近10nm，摩爾定律還能飯否
半導(dǎo)體技術(shù)是整個PC產(chǎn)業(yè)的根基，半導(dǎo)體工藝沒進步，核心PC產(chǎn)品就無法繼續(xù)發(fā)展。在過去的50年中“摩爾定律”成了主導(dǎo)半導(dǎo)體工藝進展的金科玉律，Intel不僅是摩爾定律的提出者，也是摩爾定律最堅定的捍衛(wèi)者，Intel也靠著摩爾定律成就了一方霸業(yè)。
但是業(yè)界對摩爾定律的質(zhì)疑也從來沒斷過，特別是最近幾年，很多人都認為硅基半導(dǎo)體技術(shù)很快就要面臨極限了，Intel自己的“Tick-Tock”鐘擺戰(zhàn)略在Haswell架構(gòu)之后也失效了，14nm工藝延期了一年多，以致于到了2016年14nm依然會是主流。
按照目前的形勢來看，14/16nm FinFET工藝已經(jīng)成熟，除了Intel之外，TSMC、三星已經(jīng)在去年分別量產(chǎn)了14nm、16nm FinFET工藝，今年開始量產(chǎn)第二代高性能工藝了，GlobalFoundries今年也會量產(chǎn)14nm工藝。下一步是10nm節(jié)點，雖然進度比預(yù)期的晚，不過10nm工藝現(xiàn)在也渡過研發(fā)階段了，目前正在準備量產(chǎn)，Intel預(yù)計是在2017年下半年推出10nm CannonLake處理器，TSMC與三星在10nm工藝上更積極，對宣稱今年下半年就會量產(chǎn)10nm工藝。
10nm之后就是7nm節(jié)點了，但它離量產(chǎn)還有段距離，因為工藝越先進，晶體管間距越小，漏電流也愈加嚴重，導(dǎo)致晶體管功耗過高。除此之外，先進的生產(chǎn)工藝還要依賴半導(dǎo)體制造裝備的進步，原本在10nm工藝就準備啟用的EUV光刻機一直不夠成熟，ASML公司為了研發(fā)EUV設(shè)備投入了相當(dāng)多的資源，但EUV光刻機的產(chǎn)量及光照強度還是上不去，離規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)還有很長的距離，以致于Intel等公司并不看好7nm節(jié)點啟用EUV的前景，有可能要拖到5nm節(jié)點。
硅基半導(dǎo)體受挫，科研人員很早就開始尋找新的半導(dǎo)體材料，包括砷化鎵、碳納米管甚至量子阱晶體管。2015年IBM及合作伙伴三星、GlobalFoundries率先展示了7nm工藝芯片，使用的就是硅鍺材料，使用這種材料的晶體管開關(guān)速度更快，功耗更低，而且密度更高，可以輕松實現(xiàn)200億晶體管，晶體管密度比目前的硅基半導(dǎo)體高出一個量級。
Intel雖然沒有展示過7nm工藝，但他們對此一直很自信，此前表態(tài)稱即便沒有EUV工藝，他們也懂得如何制造7nm芯片，但愿這沒有在吹牛，因為Intel能否即時推出7nm工藝，關(guān)系著摩爾定律還能否再戰(zhàn)二十年。
2、處理器進入10核+時代：AMD爆發(fā)，Intel求穩(wěn)
半導(dǎo)體工藝發(fā)展雖然很重大，但并不急迫，AMD、Intel新一代處理器至少還有14nm、10nm兩代工藝可用。2016年這兩家都會推出新一代處理器，其中AMD推的是嘔心瀝血研發(fā)多年的改頭換面之作——Zen處理器，Intel今年則會有Broadwell-E及Kabylake處理器。
先說老大Intel，今年的2代新品中，Broadwell-E是針對LGA2011平臺的HEPT發(fā)燒級處理器，Kabylake是針對主流市場的LGA1151處理器，前者最動人的地方在于桌面處理器首次出現(xiàn)10核心設(shè)計，旗艦型號Core i7-6950X將是10核20線程，頻率3.0GHz，L3緩存高達25MB。
至于AMD，他們今年上半年會把第四代模塊化架構(gòu)Excavator核心帶到桌面市場上，推出AM4插槽的Bristol Ridge處理器，下半年的重點則是Zen架構(gòu)處理器，也是AM4插槽，但架構(gòu)、工藝全新升級，放棄之前由推土機架構(gòu)引入的模塊多核理念，回歸傳統(tǒng)的SMT多線程。
Zen架構(gòu)曝光率非常高，隔三差五就要在媒體上亮相，雖然我們對Zen架構(gòu)的細節(jié)所知甚少，但從AMD及各方流傳出來的信息來看，Zen架構(gòu)性能值得期待，官方表示IPC性能提升40%還多，14nm FinFET工藝也會大幅降低處理器的功耗。
還有一點值得注意，不光Intel在推8核甚至10核處理器，AMD的Zen架構(gòu)多核并行能力也有提高，桌面版首發(fā)時至少是4核8線程起步，中高端會是8核16線程，而服務(wù)器/工作站出現(xiàn)16核32線程甚至32核64線程也不要驚訝。
不論是Intel的10核處理器還是AMD的16核處理器，桌面處理器在突破6核、8核之后會繼續(xù)進入10核+時代，Intel Broadwell-E在前兩代突破8核之后已經(jīng)確定有10核20線程產(chǎn)品，AMD的Zen架構(gòu)更加激進，8核16線程不是問題，是否會在桌面市場推出12核甚至16核的旗艦也令人期待。
3、PCI-E 4.0姍姍來遲，廠商自研新總線
伴隨著CPU、GPU計算性能的飛速增長，PCI-E總線也要有相應(yīng)的準備，不過最新一代PCI-E 4.0總線技術(shù)已經(jīng)推遲了，原定于2015年上半年發(fā)布最終規(guī)范，但現(xiàn)在來看PCI-E 4.0總線可能要拖到2016年甚至2017年了。
新一代總線具備更高的性能，具體來說， 目前在用的PCI-E 3.0總線速率是8GT/s，Link帶寬8Tb/s，每一通道帶寬約為1GB/s，x16通道雙向帶寬32GB/s，而PCI-E 4.0在PCI-E 3.0基礎(chǔ)上保持架構(gòu)不變，速率翻倍到16GT/s，通道帶寬提升到2GB/s，x16雙向帶寬高達64GB/s。
不過PCI-E 4.0面臨的問題也不少，除了銅介質(zhì)速率繼續(xù)提升的技術(shù)難題之外，PCI-E 4.0最大的尷尬之處在于——桌面顯卡用不到這么高的帶寬，高性能計算領(lǐng)域PCI-E 4.0帶寬又不給力。前者很好說，因為從PCI-E 2.0到PCI-E 3.0時代，顯卡性能也沒有因此受益，PCI-E 3.0 x16帶寬已經(jīng)達到了32GB/s，目前的高端顯卡并不需要這么高的帶寬，而升級到PCI-E 4.0，64GB/s的帶寬對桌面顯卡來說也是浪費。
如果用到HPC領(lǐng)域，PCI-E 4.0帶寬的64GB/s又有點捉襟見肘了，等不及的廠商早已經(jīng)在暗地里開發(fā)新的總線技術(shù)，其中NVIDIA跟IBM聯(lián)合開發(fā)了NVLink總線，號稱帶寬是PCI-E總線的5-12倍，AMD也在開發(fā)自家的架構(gòu)互聯(lián)技術(shù)，帶寬超過100GB/s。
無論AMD還是NVIDIA，他們開發(fā)的新總線技術(shù)帶寬可以輕松超過100GB/s，這對服務(wù)器產(chǎn)品很有用，但對桌面市場有什么意義呢？值得發(fā)燒友關(guān)注的就是多卡互聯(lián)技術(shù)，目前AMD、NVIDIA最多能做到的也就是4卡SLI/CF交火，有了NVLink這樣的技術(shù)，8卡SLI或者CF都是有可能的。
4、GPU架構(gòu)、工藝升級：不僅拼性能，效能更重要
說完了CPU處理器，我們也不能忽視GPU處理器。作為當(dāng)前PC中功耗最高的一部分，顯卡對游戲性能影響至關(guān)重要，但在性能越高=功耗越高這條路上，顯卡也面臨一個選擇——NVIDIA的Maxwell架構(gòu)證明了顯卡性能增長的同時，能耗也可以很低。2016年的GPU不僅要性能，更重要的是效能，我們要看到還是每瓦性能比。
在Maxwell架構(gòu)之后，NVIDIA將推出新一代的Pascal架構(gòu)。根據(jù)官方在GTC 2015年大會上公布的資料，Pascal顯卡將支持3D Memory顯存，容量、帶寬可達普通顯存的2-4倍，而顯卡只有標準PCI-E顯卡的1/3大小。
至于AMD，由于目前的R200、R300系列顯卡大都還在使用GCN架構(gòu)改款，制程工藝還是28nm工藝，能效方面已經(jīng)落后NVIDIA的Maxwell架構(gòu)了，所以2016年AMD也會在GPU領(lǐng)域有大動作——推出了GCN 4.0架構(gòu)Polaris，制程工藝升級到14/16nm FinFET，同時會搭配HBM 2顯存，號稱每瓦性能比提升一倍。
AMD還實際演示了Polaris顯卡的能效優(yōu)勢，之前使用用Polaris架構(gòu)的一款中端顯卡跟NVIDIA的GTX 950做了對比，同樣是在1920x1080 60fps的性能上，Polaris顯卡的整機功耗是86W，而GTX 950整機功耗是140W，可見功耗優(yōu)勢非常非常大。
5、新一代高帶寬內(nèi)存：HBM向左，HMC向右
2016年GPU要想提高性能、降低功耗，除了架構(gòu)改進之外，新一代內(nèi)存技術(shù)也功不可沒，其中AMD在去年的Fury顯卡上首次使用的HBM內(nèi)存就是代表，NVIDIA所說的3D顯存其實也是HBM技術(shù)，不過是HBM 2代技術(shù)。與HBM競爭的則是美光主導(dǎo)的HMC內(nèi)存技術(shù)。
對于HBM技術(shù)，我們之前做過詳細介紹：AMD詳解HBM顯存：性能遠超GDDR5，功耗降50%，面積小94%。簡單來說，HBM就是在GDDR5顯存無法繼續(xù)大幅提升頻率的情況下?lián)Q了一種思路，通過提高總線位寬來提高帶寬，第一代HBM顯存的頻率只有500MHz，等效1GHz，遠低于目前的GDDR5顯存，但帶寬高達128GB/s，4顆芯片總計可以帶來512GB/s的帶寬，遠高于主流GDDR5顯存。
2016年HBM 2代也來了，JEDEC已經(jīng)正式批準了HBM 2顯存規(guī)范，相比第一代HBM，HBM 2可堆棧的層數(shù)更多，單顆容量最高可達8GB，頻率也翻倍到2Gbps，帶寬從128GB/s提高到256GB/s，這樣一來布置4組HBM 2顯存就可以實現(xiàn)32GB容量、1TB/s的帶寬了，次之也有16GB容量，1TB/s帶寬，這正好與NVIDIA之前宣稱的數(shù)據(jù)相符。
HBM內(nèi)存技術(shù)已經(jīng)得到了SK Hynix、三星等廠商的支持，另一個內(nèi)存技術(shù)大腕美光的選擇不同——顯存市場他們繼續(xù)推改良版的GDDR5X，3D堆棧內(nèi)存上則選擇了HMC（Hybrid Memory Cube），它跟HBM一樣都需要使用TSV工藝連接多層DRAM芯片。
性能方面，HMC閃存相比DDR內(nèi)存依然有足夠多的優(yōu)勢，普通DDR3-1600內(nèi)存雙通道帶寬不過12.8GB/s，美光之前宣稱HMC的性能是DDR3內(nèi)存的20倍，單通道帶寬就有128GB/s(跟HBM 1代相同），同時功耗比DDR3減少70%，占用面積比DDR3減少95%。
HMC陣營實際上也有Intel、三星等其他公司參與，但目前力推HMC的基本上只有美光公司，他們現(xiàn)在推出了2/4GB容量的HMC內(nèi)存，有兩種封裝，896-Ball BGA封裝的帶寬為160GB/s，666-Ball BGA封裝的帶寬是120GB/s。
具體應(yīng)用方面，HMC在Intel的新一代Xeon Phi加速卡上露過面了，代號Knights Landing的Xeon Phi加速卡配備了16GB板載緩存，號稱5倍帶寬、5倍能效于DDR4內(nèi)存，它就是美光提供的HMC內(nèi)存。
不過總體來看，HMC相對HBM來說還有點滯后，HBM在新一代顯卡上站穩(wěn)腳跟沒問題，未來也會進入服務(wù)器等市場，HMC受到的支持力度不如HBM，不過3D內(nèi)存技術(shù)現(xiàn)在還是新興事物，現(xiàn)在給HBM、HMC作出最終判決還有點為時過早。
總之，2016年半導(dǎo)體/處理器技術(shù)的進步首先要依賴工藝升級，雖然10nm及7nm工藝還有點遠，但2016年我們可以預(yù)期新一代處理器全面升級14/16nm FinFET工藝，這比去年的28nm、20nm工藝已經(jīng)有很大進步了。不論是AMD、Intel的CPU還是AMD、NVIDIA的GPU，F(xiàn)inFET工藝都會帶來20%以上的性能提升，30-40%的功耗降低，最終的CPU/GPU不僅性能更強，功耗也會大幅降低。