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安全性、可伸缩性和功率

为什么这三件事是相关的,以及它对英特尔和其他行业意味着什么。

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如果有人怀疑摩尔定律(Moore’s Law)的增长放缓和越来越无关紧要,那么英特尔(Intel)官方公布的先进封装战略应该不会让人产生任何怀疑。惯性已经结束,路线图正在被重写。

英特尔对先进封装的讨论并不是什么新鲜事。该公司多年来一直公开其意图,早在帕特·盖尔辛格(Pat Gelsinger)担任英特尔数字企业集团总经理时就开始暗示。(盖尔辛格于2009年离开英特尔。)从那时起,英特尔内部的其他人就开始讨论封装计划和进步。今年9月,该公司收购了NoC供应商NetSpeed Systems,这是将所有这些部件结合在一起的粘合剂。

多年来,英特尔一直在收集和开发这些拼图。2015年收购Altera使其能够在设计中添加可编程性。它还在2016年推出了一个模对模桥(嵌入式多模互连桥,又名EMIB)。它还投资了新的内存类型,如ssd (Optane)和相变内存(3D XPoint),这可能会取代L3缓存。所有这些举动都表明,英特尔在这方面的努力是多么认真和有条不紊。虽然该公司在过去几年里犯了一些非常严重的错误,比如错过了整个移动市场的趋势,但它在如何继续从处理器中获得性能和功耗优势方面一直非常一致。

但由于几个主要原因,这一切正在加速。其中一个涉及安全威胁对电源/性能的影响。推测执行和分支预测,这两种非常有效的加速处理器的方法,会在硬件中产生安全漏洞。关闭这些漏洞会导致性能下降。

英特尔并不是唯一这样做的公司。所有成熟的处理器和处理器IP公司都在争先恐后地填补这些安全漏洞。然而,英特尔受到的打击尤其严重,因为其最大的客户——数据中心——是基于每瓦性能来运营业务的。10%的性能损失转化为额外的成本,因为数据中心必须添加更多的服务器才能以相同的速度运行相同的工作负载。它还需要更多的能量来启动和冷却这些额外的服务器。在纽约这样的地方,发电有上限,商业房地产价格很高,与客户讨论这个问题并不愉快。

其次,规模扩张的好处正在减少。三星表示,在7nm之后,每个节点的改进将在20%的范围内,并不是所有的改进都来自于缩放。虽然任何改进仍然很有吸引力,但可能不足以保证客户定期升级。这需要其他改进的补充,最有可能的来源是架构和包装,这才刚刚开始成熟。如今,扇出、2.5D甚至3D设计在各种大批量和利基市场中得到应用,在性能和低功耗方面的好处已得到证实。剩下的问题是成本和设计时间,这两个问题都是通过更灵活的平台类型(如芯片)来解决的。

巧合和偶然的是,在机器生成的算法和机器在某些事情上比人做得更好的经济学的推动下,人工智能突然无处不在。这是高性能、低功耗设计的另一个驱动因素,是一种前所未有的全新应用。

目前还不清楚芯片将如何构建来利用AI/ML/DL。虽然移动数据的基本物理原理(或者在不移动数据的情况下更改设计以处理更多数据)已经很好地理解,但提高这一效率的用例仍在不断发展。制造一个可以处理大量数据吞吐量的芯片是一回事。高效地做是另一回事。这里的一个关键问题是生成足够的数据来保持芯片上的所有处理元素一直处于繁忙状态,或者,适当地调整芯片的大小。

还有其他的绊脚石。对于某些算法和数据类型,有些处理器比其他处理器工作得更好。但由于这一领域非常新,算法几乎处于不断变化的状态,因此很难设计出一款能够在任何一段时间内以最佳状态工作的处理器。需要将某种程度的可编程性添加到组合中,并且体系结构需要足够灵活以处理这些更改。

综合所有这些因素,英特尔最近的公告就成为焦点。不过,这些变化远远超出了英特尔的范围。英特尔是一个风向标。但整个芯片世界正在发生变化,在广泛的应用中,对功耗和性能的影响将是重大而持久的。



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