英特尔在下一代Meteor /Arrow / Lunar Lake芯片设计上搭起了积木

英特尔在下一代Meteor /Arrow / Lunar Lake芯片设计上搭起了积木

早些时候,Intel在 Hot Chips 34 大会期间,介绍了与下一代 CPU 有关的一些关键细节。 可知 14 代 Meteor Lake、15 代 Arrow Lake 和 16 代 Lunar Lake 将采用的 3D Foveros 封装技术,很有乐高积木的风格。

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据了解,Foveros 是一种先进的芯片间封装技术,并且细分为三种。

  • 首先是适用于量产的 Foveros 标准设计,其凸点间距在 50-25 μm,密度 > 400-1600/m㎡,功率 0.156 pJ/bit 。
  • 其次是 Foveros Omni 设计,其旨在匹配连接基础芯片复合体中的瓦片,提供高达 EMIB 四倍的互连凸点密度 —— 凸点间距 25 μm、密度 1600 / m㎡、功率 < 0.15 pJ/bit 。
  • 然后是 Foveros Direct 设计,其提供 16 倍互连密度,具有更低延迟、更高带宽、以及更低的功率 / 裸片要求 —— 凸点间距 < 10 μm、密度 > 10000 m㎡、功率 < 0.05 pJ/bit 。
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在 12 代 Alder Lake 与 13 代 Raptor Lake CPU 率先采用了混合式核心架构设计之后,Intel还计划利用 3D Foveros 封装迎接多芯片时代。

14 代 Meteor Lake、15 代 Meteor Lake 和 16 代 Lunar Lake CPU 的特色有:

  • Intel 下一代 3D 客户端平台;
  • 具有CPU、GPU、SOC和IO区块的分解式结构;
  • 采用 Foveros 互连的 Meteor / Arrow Lake 基础区块;
  • 拥抱开放式的 UCIe 通用小芯片互连生态系统。
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先说 Meteor Lake,该公司展示了一种全新的芯片布局,让我们更好地了解了具有各种 IP 区块的小芯片,主要拆分为 CPU、图形区块、单芯片系统、以及 IOE 区块。

其中主 CPU 区块将采用 Intel 4(7nm EUV)工艺节点,而 SoC 与 IOE 小芯片采用了台积电 6nm 工艺(N6)制造。

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Intel宣称Meteor Lake是其迈入小芯片生态的第一步,但据业内人士所述,情况并非如此,称Meteor Lake的tGPU一直定的台积电5nm(N5)设计。

运算图区块可在各种核心数量、世代、节点与快取之间完全扩展,且Intel不仅能够在Foveros 3D封装CPU(如Meteor Lake)中混搭不同核心架构、还可向上或向下扩展至不同节点。

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图形区块也是如此,Intel可根据不同的核心、节点和快取规模进行缩放。 图表中的 tGPU 从 4~12 个 Xe 核心(64~192 EU)不等,但同一照片似乎也展示了 8 Xe / 128 EU 的版本。

SoC区块亦可根据 SKU 放大或缩小,主要模块是低功耗 IP(特指 VPU)、SRAM、IO 和可扩展电压设计。 最后是I/O扩展区块,其在通道数量、带宽、协议和速率等方面,都是完全可扩展的。

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接着,Intel展示了如何将各 IP 区块排列到一起。 金属化的顶背,也是 Foveros 无源芯片所在的位置,正下方就是上述各个小芯片区块。

这些瓦片之间透过 36 μm 间距(芯片-芯片)互连方案,与基础区块完成连接。 Base Tile 带有大电容,辅以 IO / 供电 /D2D 路径的金属层。

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每个金属层都是模块化的设计,带有用于逻辑/储存器的有源硅片。 顶部和底部具有用于顶/底层互连的封装凸点。

示例中的芯片,采用了 6P+8E 的混合式架构设计。 另有CPU/IOE区块,且通向SOC区块的图形区块之间有两个Die-To-Die连接。

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作为Foveros 3D封装的一部分,Intel表示在主小芯片顶部有一个无源中间层,其基于Intel自家的22nm(FFL)工艺制造。

现阶段它并没有被分配任何用途,Meteor Lake CPU 也暂时用不到 EMIB 技术。 但该公司计划在未来使用更先进的封装技术,并将之换成有源小芯片。

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Foveros 芯片互连(FDI)的技术特点如下:

  • 低压 CMOS 接口;
  • 高带宽、低延迟;
  • 支持同步与异步信令;
  • 低面积开销;
  • 2 GHz 主频下的操作功耗在 0.15-0.3 pJ/bit 左右。
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CPU 与SOC 之间的互连,具有大约 2K(2×IDI)的主带宽,图形与 SOC 区块也具有大约 2K(2×iCXL)的互连主带宽,而 SOC 和 IOE 区块则在 1K(IOSF,4×DisplayPort)左右。

不过 Meteor Lake CPU 的另一关键改进,就是提升了最大睿频性能。 得益于Intel 4技术的协同优化,其有望带来较Alder Lake CPU更高的睿频潜力,且Base Tile的总电流达到了500。

I/O 能力方面,Intel搬出了 Haswell 来比较。 成本方面,随着新一代晶圆成本的上涨,开发单芯片将变得更加不划算。

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若Intel坚持按老方法造新芯片,其实也不是不可以。 毕竟新制程节点不是摆设,只是难以将成本压低到合理水平。

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该公司称,与单片式芯片制造方案相比,Meteor Lake等分解式设计可提供更高的晶体管性能,以及跨各种工艺节点的更好IP更新速度和更高能效。

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Intel透露,其 Meteor Lake SKU 的功耗设计从 <10W 到 >100W 不等,但采用小芯片设计的 CPU 性能仍与单片式设计相当。

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此外该公司称,14 代 Meteor Lake / 15 代 Arrow Lake CPU,确实正在走向台式和移动平台。

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按照计划,Intel计划在2023 /2024年发布Meteor/Arrow Lake CPU,且两者都采用下一代LGA 1851插槽。

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至于 16 代 Lunar Lake CPU,据说该系列最初瞄向 15W 低功耗移动 CPU 细分市场,但鉴于距离正式上市还有几年时间,我们仍不能排除未来有生变的可能。

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最后,这并不是Intel首次在行动/部分桌面SKU之间划出明确界限。 除了历史上的 Broadwell,近些年的 Ice Lake / Tiger Lake 系列也是如此。

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