四核心處理器系統(tǒng)級(jí)芯片

Tolapai和Silverthorne是有趣的一對(duì)產(chǎn)品，在某種程度上標(biāo)志著英特爾公司的新航程。這家半導(dǎo)體巨人迄今為止一直都是提供處理器產(chǎn)品;即提供OEM或零售客戶(hù)能夠從貨架上購(gòu)買(mǎi)的芯片。

系統(tǒng)級(jí)芯片采用的是完全不同的流片切片。在50,000英尺的水平上，你可以不把SoC視為一個(gè)產(chǎn)品，而是一系列知識(shí)產(chǎn)權(quán)構(gòu)建起來(lái)的芯片。即半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司要具備了設(shè)計(jì)SoC所需要的一切不同的模塊，包括:處理器、邏輯、RAM、甚至像圖形引擎這樣的輔助功能。

當(dāng)OEM提出需要特定版本的那種芯片時(shí)，會(huì)針對(duì)它想制造的特殊產(chǎn)品進(jìn)行定制，然后，半導(dǎo)體供應(yīng)商才開(kāi)始付諸實(shí)施。它把需要的模塊從虛擬架上取出，集成在一起，燒一個(gè)掩膜，然后，把整個(gè)設(shè)計(jì)遞交給代工廠。那就是定制芯片。

這正是英特爾為T(mén)olapai和Silverthorne所設(shè)想的應(yīng)用(英特爾還將為后者提供最新的組成部件)。該設(shè)計(jì)似乎分別針對(duì)高和低端應(yīng)用。

英特爾公司于4月在北京舉行了開(kāi)發(fā)商論壇，下面給出了新聞發(fā)布中對(duì)Tolapai的解釋。

在"面向企業(yè)的系統(tǒng)級(jí)芯片計(jì)劃"中，英特爾公司高級(jí)副總裁Pat Gelsinger揭開(kāi)了Tolapai計(jì)劃的神秘面紗，這是第一款把若干關(guān)鍵系統(tǒng)元器件集成到單一的、基于英特爾架構(gòu)的處理器之中的企業(yè)級(jí)SoC產(chǎn)品家族。與標(biāo)準(zhǔn)的四芯片設(shè)計(jì)相比，2008年上市的Tolapai產(chǎn)品有望把芯片的占位面積縮小45%，功耗降低大約20%，與此同時(shí)，改進(jìn)吞吐量性能和處理器的效率。Tolapai將包含新的英特爾QuickAssist Integrated Accelerator(一體化加速器)技術(shù)。與面向企業(yè)級(jí)應(yīng)用的Tolapai相比，Silverthorne-如上所述-將針對(duì)UMPC級(jí)手持設(shè)備的應(yīng)用。

英特爾公司染指SoC的意義重大，因?yàn)閭鹘y(tǒng)上SoC一直以來(lái)常常都把目標(biāo)市場(chǎng)定位于那些沒(méi)有足夠的批量的產(chǎn)品，如果針對(duì)這種應(yīng)用發(fā)布一款"全尺寸通用型"產(chǎn)品是不劃算的。英特爾一向?qū)Ｗ⒂诖笈可a(chǎn)的產(chǎn)品市場(chǎng)，并且總是堅(jiān)持提供重要的芯片方案。

或許，英特爾公司選擇嘗試SoC意味著它將采取幾分為招徠顧客而虧本銷(xiāo)售商品的策略。也就是說(shuō)，或許它意味著開(kāi)始時(shí)以Silverthorne介入U(xiǎn)MPC市場(chǎng)，即使賺錢(qián)不多也是令人滿(mǎn)意的，如果它有助于培育那個(gè)市場(chǎng)的話(huà)(記住，超級(jí)移動(dòng)個(gè)人電腦市場(chǎng)目前實(shí)際上不存在，此外，英特爾對(duì)蜂窩電話(huà)芯片市場(chǎng)的全面進(jìn)攻以失敗告終;或許，前車(chē)之鑒已經(jīng)讓英特爾獲得靈感，從而改弦易轍)。

如果與這種假設(shè)吻合的話(huà)，鎖定高端應(yīng)用的Tolopai怎么樣呢?高端應(yīng)用可能是英特爾最能夠?qū)W習(xí)如何普及應(yīng)用并運(yùn)行其SoC技術(shù)的地方。此外，英特爾可能預(yù)想未來(lái)不遠(yuǎn)的某一天占據(jù)領(lǐng)先地位的計(jì)算機(jī)(采用16位、32位或64位處理器)不再是日用品的空間，因此，它想未雨綢繆在SoC上取得飛躍。

英特爾認(rèn)為，超級(jí)移動(dòng)個(gè)人電腦(UMPC)將是下一個(gè)偉大的產(chǎn)品，它稱(chēng)之為功能裁減型設(shè)備。但是，UMPC真的是具有加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)瀏覽能力的智能或iPhone固醇。"未來(lái)幾年內(nèi)，我們將看到這些移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的興起，"Otellini說(shuō)，"它們現(xiàn)在已經(jīng)上市，但是，還沒(méi)有形成規(guī)模。"

英特爾已經(jīng)推出其第一款UMPC級(jí)處理器，該芯片被稱(chēng)為McCaslin。有趣的是，它不是被用于手持瀏覽器中，而是被用于蘋(píng)果電視中。針對(duì)這些手持瀏覽器應(yīng)用，英特爾確實(shí)投入了一款更為強(qiáng)大的芯片Menlow，預(yù)計(jì)該芯片要到2008年上半年才能準(zhǔn)備就緒。與運(yùn)行于Windows的McCaslin不同，英特爾表示，Menlow將同時(shí)支持Windows和Linux。

在Menlow之后，英特爾計(jì)劃推出更小、更快和功耗更低的處理器。"這對(duì)我們來(lái)說(shuō)僅僅是開(kāi)頭，"英特爾公司負(fù)責(zé)超級(jí)移動(dòng)性組的總經(jīng)理Anand Chandrasekhar說(shuō)，"我們利用Menlow平臺(tái)的基本技術(shù)要素已經(jīng)到位，然后，我們要對(duì)其進(jìn)行反復(fù)設(shè)計(jì)，以降低功耗并提高性能。"

對(duì)于英特爾公司來(lái)說(shuō)，該術(shù)語(yǔ)模棱兩可:核(Core)的第一個(gè)字母是"c"，指的是為英特爾最新的處理器提供處理能力的微架構(gòu);小寫(xiě)字母的核(core)在英特爾也大行其道，因?yàn)殡p核與四核處理器組成了英特爾公司最有利可圖的芯片。

英特爾已經(jīng)推出了若干四核臺(tái)式機(jī)芯片，作為其雙核Quad和Extreme家族的組成部分。在服務(wù)器領(lǐng)域，英特爾將在其低電壓3500和7300系列中交付使用不少于具有9個(gè)四核處理器的Xeons。

在春節(jié)分析師活動(dòng)中，英特爾強(qiáng)調(diào)，其核(Core)架構(gòu)整體上包括雙核及四核芯片，超過(guò)它專(zhuān)門(mén)做的四核。英特爾公司首席執(zhí)行官Paul Otellini說(shuō):"我們將逐漸推廣應(yīng)用我們的核微架構(gòu)，在所有市場(chǎng)領(lǐng)域，自頂向下分別是單核、雙核與四核。"

在于具有稱(chēng)之為"寬動(dòng)態(tài)執(zhí)行"的功能。更為重要的是，其工作功耗比為奔騰4提供處理能力的Netburst架構(gòu)要低。"我們期望到今年底自頂向下百分之百地采用核微架構(gòu)，"Otellini說(shuō)，"今年全年，我們正以非?？斓乃俣热〈械漠a(chǎn)品，甚至以核微架構(gòu)的變種滲透到奔騰處理器和賽揚(yáng)處理器的領(lǐng)域。這就賦予我們?cè)诿恳粋€(gè)領(lǐng)域的性能領(lǐng)先地位，并賦予我們高度的成本優(yōu)勢(shì)。"

然而，顯然四核對(duì)于英特爾的前進(jìn)來(lái)說(shuō)將越來(lái)越重要。在2007年下半年隨時(shí)可能發(fā)布兩款采用英特爾最新45nm芯片技術(shù)的新型四核處理器:用于臺(tái)式機(jī)的Yorkfield和用于服務(wù)器的Harpertown。

45nm芯片制造技術(shù)

這種下一代芯片制造技術(shù)進(jìn)步的競(jìng)賽中，看來(lái)英特爾已經(jīng)比AMD領(lǐng)先至少一年(45與芯片蝕刻的特征尺寸有關(guān))。AMD可能要到2008年底才能推出45nm的處理器。

在春季分析師活動(dòng)中，英特爾公司的工藝和制造組的總經(jīng)理Robert Baker說(shuō)，英特爾公司的四家工廠已經(jīng)在45nm芯片制造方面準(zhǔn)備就緒。

"Penryn及其第一代45nm產(chǎn)品將在今年下半年推出，"Otellini說(shuō)，"Nehalem-下一代微架構(gòu)-將于2008年以45nm工藝推出。在09年我們要保持推出新芯片的節(jié)湊，開(kāi)始部署32nm芯片，實(shí)質(zhì)上就是Nehalem的縮微版。在2010年，我們將推出稱(chēng)為Sandy Bridge的新型微架構(gòu)。"

在基于45nm工藝的芯片上設(shè)計(jì)較少的功能，其固有的好處在于低功耗工作。此外，縮小裸片的尺寸容許英特爾把更多的功能添加到芯片上，Baker解釋說(shuō)。例如，有了Penryn，英特爾就可以利用額外的空間來(lái)提高高速緩沖存儲(chǔ)器的容量，并增加新的指令，從而使處理器更精于處理視頻和多媒體。

對(duì)于英特爾的芯片設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，并不是不熱衷于集成更多的功能。正如Baker解釋說(shuō)，在利用附加的空間來(lái)增加更多的功能和降低成本的要求之間存在著壓力;后者要求不增加新的功能，而是利用未用空間使晶圓上能夠制造出更多的芯片，從而提高產(chǎn)量。

幾年來(lái)，向著更小特征尺寸前進(jìn)的步伐一直沒(méi)有受到阻礙，但是，在向45nm轉(zhuǎn)移的過(guò)程中并不能享用已經(jīng)取得的成就。確切地說(shuō)，像英特爾和IBM這樣的公司近年來(lái)一直謀求從實(shí)際和基礎(chǔ)物理學(xué)兩個(gè)方面突破硅的極限，因?yàn)樵谝恍┙M件只有幾個(gè)元件大的地方，片上元件更接近于那些組件的尺寸。最大的問(wèn)題一直是被稱(chēng)為"泄漏"的問(wèn)題，表現(xiàn)在電流并沒(méi)有維持在它被期望的數(shù)值。

那就導(dǎo)致人們尋求新型的材料。英特爾認(rèn)為，在稱(chēng)為高K金屬新材料領(lǐng)域它已經(jīng)取得了巨大突破，從而取代了過(guò)去30年一直使用的多晶硅。"這是在材料領(lǐng)域的根本變革，"Baker說(shuō)。

將利用由采用45nm工藝獲得的額外空間，開(kāi)始把圖形處理集成到處理器本身當(dāng)中。有趣的是，那正是英特爾公司內(nèi)部一些芯片設(shè)計(jì)工程師早在上世紀(jì)90年代就強(qiáng)烈要求公司做的事情，據(jù)報(bào)道，當(dāng)時(shí)那種行動(dòng)方向被否決了，因?yàn)橛⑻貭柕臉I(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)更多地在于把非CPU的功能放在輔助芯片組上，從而可以分開(kāi)銷(xiāo)售。

45nm工藝也將被用于構(gòu)建具有8核以上的處理器，其中，一款名為L(zhǎng)arrabe的設(shè)計(jì)已經(jīng)在畫(huà)電路板。根據(jù)Otellini透露，Larrabe將"滿(mǎn)足非常非常高性能的圖形和高性能計(jì)算需求。"

具有8核以上處理器的服務(wù)器平臺(tái)

英特爾公司正在全力以赴地抗擊AMD公司即將發(fā)布的四核服務(wù)器芯片-Barcelona-的挑戰(zhàn)。AMD把它定位為業(yè)內(nèi)第一款"原創(chuàng)"四核芯片，意味著其設(shè)計(jì)是從頭開(kāi)始把四顆處理器集成到單片硅之上。相比之下，AMD指出，英特爾公司現(xiàn)有的四核芯片把兩顆雙核器件塞入單一封裝之中。英特爾公司的首席執(zhí)行官Otellini為此作出了著名的雄辯，"我認(rèn)為，如果你認(rèn)為人們會(huì)在乎封裝的話(huà)，你將錯(cuò)失市場(chǎng)機(jī)會(huì)。"

目前，英特爾公司在四核競(jìng)爭(zhēng)中的領(lǐng)先地位正結(jié)出碩果。在春季的分析師會(huì)議上，Otellini表示，四核Xeons正被爭(zhēng)相搶購(gòu)，特別是在針對(duì)雙核處理器的著名的DP配置中。這種"DP"指的是不由芯片的內(nèi)部配置，而是由服務(wù)器的若干插座配置。所以，如果在服務(wù)器主板上存在兩個(gè)插座，并且每一個(gè)插座安裝一顆四核處理器的話(huà)，最終結(jié)果是構(gòu)成一臺(tái)非常強(qiáng)大的8核服務(wù)器。

"今年第一季度，我們的四核版本的DP服務(wù)器完全擊敗了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的DP產(chǎn)品線(xiàn)，"Otellini說(shuō)，"在我們的DP出貨中，四核版本的服務(wù)器的百分比持續(xù)增長(zhǎng)，為什么?對(duì)于服務(wù)器部署來(lái)說(shuō)，四核DP是甜蜜點(diǎn)。就把它視為一種非常有成本效益的8核機(jī)器:兩個(gè)處理器，每一個(gè)上面有四顆處理器。"

Exynos 4412處理器是三星2012年初正式推出的首款四核移動(dòng)處理器。這款新Exynos Cortex-A9 四核處理器，擁有32nm HKMG(高K金屬柵極技術(shù))制程，支持雙通道LPDDR2 1066。新的32nm HKMG技術(shù)可以幫助降低功耗，和其前代處理器相比會(huì)減低20% 的功耗。三星Exynos 4412四核處理器集成Mali-400MP圖形處理器，但三星公司已將這顆圖形處理器主頻由此前的266MHz提升至400MHz，會(huì)比現(xiàn)有的雙核機(jī)型整體性能提升60%，圖像處理提升 50%。