談到電腦、手機(jī)等硬件的升級(jí)，近幾年我們都會(huì)用“擠牙膏”來形容新一代產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。
確實(shí)在一年一更新的節(jié)奏下，通常產(chǎn)品的性能提升維持在10%～20%之間，鮮有就突破性進(jìn)展。但每次技術(shù)上的躍遷，必標(biāo)志著我們的世界又進(jìn)入了一個(gè)嶄新時(shí)代。
隨著今年AI在個(gè)人用戶中的爆發(fā)式增長，不僅服務(wù)端出現(xiàn)了前所未有超強(qiáng)算力的AI GPU加速卡，而且在終端上，電腦的CPU也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的全面躍遷。
CPU早已經(jīng)不只是CPU
提到CPU，我們的慣性思維，會(huì)認(rèn)為他就是我們電腦的運(yùn)算核心，我們會(huì)非常注重它的性能表現(xiàn)。但實(shí)際上，從十年前開始，我們電腦里的那個(gè)“黑疙瘩”，早已不單純地只具有CPU的功能。
早在2011年，英特爾第二代酷睿處理器（代號(hào)Sandy Bridge）就已經(jīng)將GPU及相關(guān)顯示輸出接口電路與CPU芯片集成在一個(gè)Die上。
此外，視頻編解碼器、信號(hào)處理器等各種專用加速單元也被集成入CPU，形成“系統(tǒng)級(jí)芯片”，這大幅提升了CPU的處理效率，并減少了對外圍芯片的依賴。
不過隨著芯片制造的工藝制程向著越來越精細(xì)的尺寸迭代升級(jí)，在物理特性上越來越逼近現(xiàn)有材料的性能極限，技術(shù)實(shí)現(xiàn)越來越困難，芯片制造成本急劇增加。為了能夠集成更多電路，同時(shí)又能有效控制良率和生產(chǎn)成本，就出現(xiàn)了Chiplet技術(shù)。
Chiplet技術(shù)是將一個(gè)大芯片拆分為多個(gè)小芯片(Chiplet)，再通過先進(jìn)封裝集成到一起。相比之下，SoC技術(shù)是在一塊晶圓上制造整個(gè)系統(tǒng)。而Chiplet可利用不同廠商的制造技術(shù),讓各芯片獨(dú)立優(yōu)化，再組裝，完美結(jié)合性能與成本。被業(yè)界視為繼SoC之后，新一代系統(tǒng)級(jí)芯片解決方案。
雖然Intel最新的酷睿Ultra處理器不是第一款采用Chiplet設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，但這次升級(jí)，標(biāo)志著PC處理器正式進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。
酷睿Ultra四芯合一
Intel最新Meteor Lake架構(gòu)酷睿Ultra處理器主要集成了四顆不同制程工藝的小芯片，包括Compute Tile、Graphics Tile、SoC Tile和I/O Tile。
其中Compute Tile部分基于EUV技術(shù)的Intel 4制程工藝制造，而Graphics Tile、SoC Tile和I/O Tile則全部由積電代工，采用臺(tái)積電5nm和6nm制程工藝生產(chǎn)，最后通過英特爾Foveros 3D封裝技術(shù)將他們連接到一起。
相比歷代的單一制程單一晶圓制造，Intel酷睿Ultra不僅在核心架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)整合，而且首次采用了多源晶圓制造的方式。可以說是英特爾在工藝技術(shù)和芯片設(shè)計(jì)上的雙重突破。
作為全球最大的半導(dǎo)體公司，Intel一直堅(jiān)持自主可控的芯片工藝技術(shù)。早期的摩爾定律推動(dòng)其處理器性能穩(wěn)步增長，垂直一體化的封閉生態(tài)也成為其支配PC產(chǎn)業(yè)的基石。
但是，在芯片制造進(jìn)10納米后，Intel工藝技術(shù)開始明顯落后競爭對手。光刻機(jī)物理極限、介電層難題等障礙大幅拖累其迭代速度。
而TSMC等專注晶圓制造的專業(yè)代工廠在7nm/5nm節(jié)點(diǎn)上不斷突破。這迫使Intel開始推動(dòng)策略性轉(zhuǎn)型，提出了“四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)”計(jì)劃。即通過在四年內(nèi)推進(jìn)Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A和Intel 18A五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)，于2025年重獲制程領(lǐng)先性。
在該計(jì)劃的順利推動(dòng)下，酷睿Ultra處理器中Compute Tile部分使用了Intel 4制程工藝。同時(shí)全新的小芯片設(shè)計(jì)，在多個(gè)制程工藝優(yōu)勢的協(xié)同整合下，為Intel重回制程領(lǐng)先爭取到寶貴的時(shí)間。而chiplet模式也預(yù)示著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)將呈現(xiàn)跨廠商、跨國界的高度協(xié)作與共生格局。
Intel歷代處理器使用的工藝制程和關(guān)鍵技術(shù)：
1971年4004使用10微米PMOS工藝
1978年8086使用3微米HMOS工藝
1985年80386使用1.5微米HMOS工藝，首次引入32位
1989年80486使用1微米工藝，集成晶體管數(shù)突破100萬
1993年P(guān)entium使用0.8微米BiCMOS工藝
1997年P(guān)entium II使用0.35微米CMOS工藝
2000年P(guān)entium III使用0.18微米Coppermine工藝
2006年Core 2使用65納米工藝，高K金屬柵極
2011年第2代酷睿，32納米工藝，CPU集成GPU
2012年第3代酷睿，22納米工藝，三柵級(jí)FinFET技術(shù)
2017年第8代酷睿，14納米++工藝，Tick工藝節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了較大的延遲
2019年第10代酷睿，10納米、14納米混用
2021年第12代酷睿，Intel 7（10納米）工藝，CPU采用性能混合架構(gòu)，大小核設(shè)計(jì)
2024年酷睿Ultra，Intel 4（7納米）工藝，分離式模塊化設(shè)計(jì)，首次采用多源晶圓制造