Zen之父幫Intel重定義摩爾定律:10nm工藝實現50倍晶體管密度


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美國連線雜誌日前刊發了一篇名為《新的芯片魔法師計劃讓英特爾王者歸來》的文章,採訪了Intel芯片工程高級副總裁Jim Keller,介紹了他在Intel的的工作,其中一些就是他如何延續摩爾定律壽命週期的,也就是讓矽基芯片不斷保持微縮、提高性能的。

以下是文章的主要內容:

上週末,就在同性戀慶祝活動的同時,Intel在舊金山舉行了一個略顯書呆子氣的技術溝通會。在長達5個小時的派對上,來自初創公司、風險投資公司和科技巨頭的100個人參加了以半導體為主題的雞尾酒會並詳細解釋瞭如何把沙子變成芯片。這個派對慶祝了芯片行業在過去50年的指數式升級如何推動技術和社會進步,也證明了這種進步並沒有結束。

Jim Keller是半導體行業的搖滾巨星,去年加入英特爾擔任芯片工程高級副總裁,也是此次活動的聯合主持人。他說:“這種指數式升級會繼續下去。摩爾定律不會止步。”英特爾前首席執行官戈登摩爾在54年前提出了這個定律,聲稱一個芯片上的晶體管數量會按照可預測的時間表翻番。

週日的活動旨在傳達一個明確的信息:鼎鼎大名但又陷入困境的英特爾仍舊能夠像過去半個世紀一樣大幅提升計算力。 Keller在芯片行業摸爬滾打多年,他創造的芯片已經幫助改變了蘋果和特斯拉的發展軌跡。在Keller加入公司的時候,英特爾剛剛經歷了艱難的十年,錯過了移動芯片市場。這些口袋大小的移動設備侵蝕了PC的銷量,而英特爾正是這個市場的霸主。

英特爾仍舊統治著驅動雲計算的服務器芯片市場,但其最近兩代芯片技術都被推遲。 4月,公司宣布放棄為5G無線設備開發芯片,與下一波重大移動技術說拜拜,並且放棄了把英特爾調製解調器用於某些iPhone手機的交易。接下來的5月,英特爾告訴投資者,預計公司的利潤率在未來兩年會下降。

週日的活動並沒有過多涉及這些問題,關注的重點是技術的歷史和未來。英特爾員工站在顯微鏡旁邊,而好奇的參會者可以通過這些顯微鏡看到細微的蝕刻電路,也就是現代晶體管,能夠每秒切換電流開關數十億次。

除了Keller,其它演講者還包括英特爾首席架構師Raja Koduri以及首席技術官Mike Mayberry。 Koduri曾說過,他去年幫助英特爾招募了Keller,他們在蘋果公司工作時就認識了。

計算歷史與英特爾和摩爾定律緊密相關。幾十年以來,英特爾通過發明新材料、處理技術和設計而不斷縮小晶體管,保持了摩爾定律中提到的倍增步伐。這個步伐最近有所減緩,而英特爾的未來和計算的未來似乎關係已經不再那麼緊密。

英特爾在2015年全面推出的最新一代14nm製程實際上推遲了大約一年時間。下一代10nm製程也錯過了原定計劃。台積電已經出貨了與這一代技術大體上相當的產品,包括iPhone中使用的芯片。

2016年,一份報告轉而採用其他方式來定義進步,而該報告之前一直被認為是整個行業對保持摩爾定律的保證。分析師和媒體——甚至某些半導體公司的首席執行官——已經多次為摩爾定律撰寫了訃告,預測摩爾定律已死。

Keller並不認同這種看法。他在周日說道:“這個談話的標題是《摩爾定律仍舊有效,但如果你這麼認為,那就太蠢了》。”他斷言,英特爾可以保持摩爾定律並向科技公司提供更多計算力。他的觀點部分地在於重新定義摩爾定律。

Keller說:“我並非拘泥於摩爾定律只與晶體管微縮有關。我感興趣的是技術趨勢以及相關的物理學和玄學。摩爾定律是數百萬人共同的幻覺。”

Keller週日說,英特爾可以保持這種幻覺,但縮小晶體管只是如何保持的一部分。在常規方面,他強調英特爾在努力運用極紫外光刻(EUV),它可以蝕刻更小的晶體管,而基於納米線的新一代晶體管設計預計在2020年代出現。

Keller還說,英特爾將需要嘗試其它戰術,例如垂直建造(也就是3D IC),堆疊晶體管或芯片。他聲稱,這種方法通過縮短芯片不同部分之間的距離而降低功耗。 Keller說,通過使用納米線和堆疊,他的團隊已經找到了一個方法,讓在英特爾10nm製程技術下實現密度高50倍的晶體管封裝。他說,“這基本上已經證明有效。”

1月,英特爾展示了被稱為Lakefield的全新芯片設計,其中堆疊了多個芯片,在特定空間內實現更高的計算力。英特爾還在轉向樂高式芯片製造方法,重新組合被稱為“小芯片”(chiplets)的模塊以加快開發速度。

英特爾公司的Jim Keller說,“摩爾定律仍舊有效。”

這是否意味著更難取得進展,更加難以預測且更加昂貴? Keller以不同的方式描述未來:“更古怪,更酷。”

不管玄奧的冥想,Keller是一名嚴肅的技術領袖。他引領其它知名公司完成了重大技術模式轉型。

2000年代在AMD公司,Keller為更強大的64位處理器時代共同製定了規範。他後來加入蘋果公司,幫助設計了該公司的首批移動處理器。這個戰略已經幫助蘋果iPhone通過人臉解鎖等功能而走在競爭對手的前面。在加入英特爾之前,Keller領導了特斯拉的內部芯片設計工作,以支持埃隆·馬斯克在無人駕駛汽車領域的雄心壯志。

Bernstein的半導體分析師Stacy Rasgon說,Keller的過往成就表明他會對英特爾產生影響。他還說,英特爾面臨可怕的麻煩——主要是去年離職的前首席執行官科再奇任期內積累的麻煩。 Rasgon說:“Keller說的沒錯,可以取得驚人的成績,但需要有一個商業案例。”後面這一點變得越來越棘手。

Rasgon說,台積電——為蘋果和AMD(與英特爾的服務器芯片競爭)等客戶製造芯片——等競爭對手已經表明他們在研發支出上更加敏捷和高效。英特爾已經收購了幾個製造專用人工智能芯片的公司,但面臨英偉達的競爭,後者的GPU已經成為人工智能的標準;谷歌和亞馬遜也在設計自己的人工智能芯片,用於它們自己的數據中心。

Keller加入英特爾公司的時間不夠長,還沒有對公司如何應對這些挑戰做出明顯的貢獻。研究、設計和製造新的芯片技術需要很多年。當被問及英特爾的產品在他的領導下會如何變化以及他對摩爾定律的解釋時,他的回答很模糊。 Keller說:“製造更快的計算機。這就是我想做的。”

Rasgon說,大概需要五年才能真正評估他的影響。 “這需要時間。”

延伸閱讀:Intel打造Foveros 3D封裝:不同工藝、芯片共存

連線雜誌的文章有些拗口,實際上Jim Keller所說的延續摩爾定律的方式就是Intel之前展示的3D封裝Foveros技術,首次為CPU處理器引入3D堆疊設計,可以實現芯片上堆疊芯片,而且能整合不同工藝、結構、用途的芯片,相關產品將從2019年下半年開始陸續推出。

Intel表示,該技術提供了極大的靈活性,設計人員可以在新的產品形態中“混搭”不同的技術專利模塊、各種存儲芯片、I/O配置,並使得產品能夠分解成更小的“芯片組合”。

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