在臺積電、三星紛紛拿出 7nm 制程的時候，英特爾的 10nm 芯片還遲遲沒有出爐。是什么復雜的技術拖慢了英特爾的研究速度？昨天，這家公司在加州 Los Altos 舉辦的「架構日」活動中推出了最新的 Foveros 工藝，將芯片制造從二維平面提升至「三維」，著實讓人感到所有等待都是值得的。

此外，英特爾還在本周三的活動中推出了 10 納米制程架構「Sunny Cove」，它將成為 Skylake 的繼承者。由于新的指令集出現，處理器單線程和多線程的任務運算速度都將有顯著提高。Sunny Cove 將在明年下半年融入英特爾下一代服務器（Xeon）和消費級處理器（Core）中。

做處理器的公司都癡迷于將產品做得更小。大名鼎鼎但日漸式微的摩爾定律揭示了幾十年來芯片日益縮小的規律。然而，如果繼續縮小芯片不再像以前那樣奏效該怎么辦？在這種形勢下，英特爾沒有選擇繼續縮小芯片，而是找到了另一個突破口。

本周三，這家芯片巨頭向世人展示了一項名為 Foveros 的 3D 封裝技術，可以將芯片中的邏輯芯片堆疊起來。近期，幾種縱向疊加方法改進了存儲芯片。經過了數年的研究之后，英特爾將成為首個將 3D 堆疊技術大規模應用到 CPU、GPU 及 AI 處理器的公司。這與戈登·摩爾的預測并不相同——但看起來或許更好。

疊疊高

堆疊的意義不僅在于節省空間，還能根據用戶需求定制硅的組合。

「你可以在給定的空間上堆疊更多的晶體管，」英特爾首席架構師 Raja Koduri 表示。「你還可以堆疊不同種類的晶體管；如果你想在 CPU 上放一個 5G 無線設備，最好先解決堆疊問題，因為這樣就能在擁有你想要的功能時保證體積夠小。」

Koduri 表示，「現在，我們可以采取最適合該功能的流程，并將它們一起打包。」

業內其他公司已經充分利用了混合、匹配晶體管的好處，投資于「小芯片」（chiplet），這種芯片幾乎可以像相互咬合的拼圖一樣使用。但他們依然是將這些芯片鋪在一個平面上。相比之下，英特爾的 3D 堆疊技術更像是樂高積木的玩法。

Lopez Research 公司創始人 Maribel Lopez 評價道，「這種技術正在變革架構的概念。」

改變帶來的是實際的受益。2D 方法允許一些變化，但它以犧牲性能和消耗更多電量為代價，Moor Insights & Strategy 的 CEO Patrick Moorhead 表示。英特爾似乎解決了這些問題。「英特爾技術的驚人之處在于，他們將這些小芯片拼在一起后沒有出現性能損失和電量損失。」Moorhead 說道。但他也提醒道，英特爾還需要通過一次展示證明他們的技術可以對數百萬的芯片也得到同樣的結果。

近期，芯片封裝結構完成了從單片式向二維、及至現在的 3D 堆疊的進化，允許更多的定制和電量存儲。（圖源：英特爾）

英特爾認為電力輸送是它已經解決的問題。數十年來人們一直在探索成功的 3D 封裝技術，但是卻受限于電量、熱和價格等因素。「底層變熱，溫度就會升高。」Koduri 說，「而在 3D 堆疊方法中，如果你在組裝好一切后發現其中一層用的是不好的硅，那么你必須扔掉一切。這非常昂貴。」

Koduri 并未透露英特爾解決這些問題的細節。但是他說，嚴格測試、新的電力輸送流程和全新的隔熱絕緣材料的結合幫助英特爾避免了一些常見的問題。

變革

從某種程度上來說，英特爾解決了一個困擾已久的物理問題，這本身已經非常有趣，但意義更加重大的是這一突破帶來的全新體驗類型。

「對于較小或比較新的形狀因子來說，這仍然是一項有趣的物理挑戰。」Lopez 說道，「它對復雜的形狀因子有所幫助，如可折疊、可彎曲的輕量級事物。」

必須提醒一下，它可能比你想象的來得更快。英特爾稱，使用 Foveros 工藝的消費級產品將在未來 12 到 18 個月內上市。屆時，三星可能也已上市其首款可折疊智能手機。

但是越有趣的優勢可能越精微。由于新架構允許制造商按照需求換晶體管，因此無數的設備將借助堆疊優勢變得更加高效。

「最適合臺式機游戲 CPU 的晶體管對 GPU 來說未必是最好的。類似地，你需要不同的晶體管來運行 5G 和互聯服務。」Koduri 說道。人工智能仍然有很多不同的需求。「我們之前只是對硅采取最好的折中辦法。現在，我們可以使用最有利于某項功能的工序，然后將它們聚合在一個包里。由于這些芯片之間有很高的帶寬，它們中的每一個都可以像單個芯片那樣發揮作用。」

長遠來看，這種可定制性對英特爾將有所幫助。即使在英特爾占據主導地位的服務器領域，它也面臨著來自谷歌、亞馬遜等公司日漸激烈的競爭。現在，英特爾可以提供一些獨特的產品，為與這些公司合作而非對抗創建了一條可能的路徑。「Facebook、谷歌、亞馬遜這些公司沒有理由不在自己的可定制專屬 chiplet 上使用英特爾設計。」Moorhead 說道。

任何新技術的誕生都伴隨著警示。英特爾稱它可以擴展 Foveros，實際上它也必須這么做。設備制造商和其他合作伙伴也需要這么做。畢竟，英特爾錯失了整個移動一代，面臨著來自 AMD、高通、TSMC 等公司的嚴峻競爭。這些公司已經在 7nm 制程處理器方面先行一步，而英特爾一直停留在 10nm。

 英特爾展示了自己的最新 CPU 核心路線圖。

但最終，3D 堆疊技術引出的新方向不再是像以前那樣一味追求更小，而是堆得更高。英特爾本周三也推出了一些其它方面的技術迭代進展，如 Sunny Cove CPU 架構，以及 Gen11 集成顯卡。但 3D 封裝技術給人的印象最為深刻：這是一種思考如何構建芯片的新方法，它或許可以讓摩爾定律突破瓶頸，延續下去。