9月底在美國亞利桑那州舉辦的Intel Tech Tour（ITT）上，英特爾預(yù)覽了即將在明年正式推向市場的兩款拳頭產(chǎn)品，代號Panther Lake的英特爾酷睿 Ultra處理器（第三代）PC級處理器，以及代號Clearwater Forest的英特爾至強6+服務(wù)器處理器。

這兩款全新的處理器的共同特點是基于領(lǐng)先的intel18A制造工藝，以及背部供電技術(shù)PowerVia。

“兩者結(jié)合，強上加強。”英特爾公司客戶端計算事業(yè)部副總裁兼中國區(qū)總經(jīng)理高嵩說，“Intel 18A制程技術(shù)的引入，至少為我們接下來三代產(chǎn)品的推出奠定了堅實基礎(chǔ)。”

對于服務(wù)器處理器至強6+而言，3D封裝技術(shù)Foveros Direct 3D也至關(guān)重要，先進(jìn)制程+背部供電+先進(jìn)封裝是至強6+能夠?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的288核服務(wù)器CPU的關(guān)鍵。

“Intel18A實現(xiàn)了更高的單元（cell）密度，結(jié)合3D堆疊封裝技術(shù)，可將三級緩存與CPU Compute Die解耦。”英特爾技術(shù)專家對雷峰網(wǎng)表示，“解耦之后就可以擺脫原來核心密度受到單個芯片尺寸的限制，可以將處理器核心數(shù)量從144個翻倍到288個。”

對于英特爾來說，這應(yīng)該是一種久違的自豪感。芯片產(chǎn)業(yè)最重要的環(huán)節(jié)莫過于設(shè)計和制造，設(shè)計一直是英特爾的強項，但制造技術(shù)英特爾在過去幾年間面臨挑戰(zhàn)，如今重回世界領(lǐng)先水平的Intel 18A的量產(chǎn)，讓英特爾的拳頭產(chǎn)品的產(chǎn)品力擁有了大幅領(lǐng)先競爭對手的機會。

創(chuàng)造了整個CPU行業(yè)核心數(shù)量紀(jì)錄的至強6+ CPU，正是英特爾技術(shù)和產(chǎn)品力再次引領(lǐng)行業(yè)的積極信號。 

RibbonFET+背部供電技術(shù)，英特爾未來三代產(chǎn)品的基石

過去幾年間，AMD產(chǎn)品的成功離不開臺積電全球領(lǐng)先的制造工藝，與此同時英特爾面臨的巨大壓力也來自其制造工藝遭遇問題。特別是，無論是在PC級處理器市場還是服務(wù)器處理器市場，Arm架構(gòu)處理器都獲得了不小的成績，也給英特爾增加了不少壓力。

這也更能體現(xiàn)出Intel 18A對于英特爾的重要性，只有擁有了全球領(lǐng)先的制造工藝，才能讓英特爾的產(chǎn)品具備顯著的競爭優(yōu)勢，畢竟在芯片這個高度競爭的行業(yè)里，只有設(shè)計和制造能力頂尖才能擁有頂級的芯片產(chǎn)品。

Intel 18A非常關(guān)鍵的是柵極環(huán)繞技術(shù)。過去數(shù)十年間，晶體管從二維的MOSFET，到了三維的FinFET，Intel 18A采用了最新的三維堆疊RibbonFET。

簡單來說，柵極環(huán)繞RibbonFET可以進(jìn)一步增強晶體管開關(guān)控制、響應(yīng)速度，還能夠顯著抑制漏電。其優(yōu)勢在于同等頻率下能夠降低工作電壓，或者在同等工作電壓下提升驅(qū)動能力，每瓦性能的顯著提升。同時，通過調(diào)節(jié)納米片的寬度和層數(shù)，搭配上工作電壓的不同閾值，可以在同一工藝平臺上衍生出高性能或者低功耗等多種晶體管規(guī)格，擁有更高自由度。

“RibbonFET技術(shù)不僅是物理尺寸上的微縮，還是對整個晶體管控制理念的重大創(chuàng)新，重新定義了控制邏輯，為下一步尺寸縮減預(yù)留了空間，可以讓摩爾定律在Intel 18A及后續(xù)的節(jié)點上繼續(xù)延展?！庇⑻貭柤夹g(shù)專家表示。

RibbonFET的創(chuàng)新想要發(fā)揮出全部價值，還需要PowerVia背部供電技術(shù)。

傳統(tǒng)晶體管頂部堆疊多層金屬互連層，用于供電和信號傳輸。然而隨著晶體管的密度接近物理極限，正面的布線已經(jīng)非常擁擠。PowerVia改變了原有的思路，將供電網(wǎng)絡(luò)下沉到晶圓背部，晶圓正面只保留了信號連接，這樣被供電線占據(jù)的正面走線空間被釋放，布局堵塞問題馬上就被緩解。

但要將供電網(wǎng)絡(luò)下沉到晶圓背面，背部供電需要采用納米級的TSV（硅通孔），這種TSV是常用TSV的1/10，通過納米級TSV可以直接通過更短的路徑將電源從封裝傳遞到晶體管內(nèi)部，從而實現(xiàn)更高的電源布線效率。

根據(jù)測算，結(jié)合RibbonFET和PowerVia，可以將單元利用率提高10%，在相同功耗下性能提高4%。

英特爾技術(shù)專家指出，“RibbonFET技術(shù)可以釋放晶體管的潛能，PowerVia又為掃清了供電障礙，這兩個技術(shù)共同支撐起了Intel 18A制程在密度和能效上的同步提升。”

通過RibbonFET和PowerVia的結(jié)合，英特爾給出的數(shù)據(jù)是，相較于上一代工藝，Intel 18A的芯片密度提升到了前一代的1.3倍，有30%巨大提升，這意味著可以用更小的芯片尺寸，更低能耗實現(xiàn)更高性能。

另外，相比上一代工藝，在相同功耗下，每瓦性能提升超過15%，如果達(dá)到相同的性能，功耗降低超過25%。

實際上，除了英特爾，業(yè)界其他領(lǐng)先的芯片制造工廠也都在研究能給芯片帶來顯著收益的柵極環(huán)繞和背部供電技術(shù)，誰能率先量產(chǎn)就更有機會占領(lǐng)先機。

“Intel 18A制程工藝已經(jīng)開始量產(chǎn)，這個量產(chǎn)是在亞利桑那州Fab-52工廠開始，今年年底之前會有一個產(chǎn)量爬坡的過程?！备哚员硎?。

英特爾技術(shù)專家透露，“對比當(dāng)前Intel 18A的生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及過往15年里英特爾各個核心技術(shù)節(jié)點的數(shù)據(jù)，Intel 18A當(dāng)前的良率大于等于之前每一代節(jié)點。我們預(yù)計Intel 18A 在2025年四季度能夠達(dá)成大規(guī)模量產(chǎn)的良率目標(biāo)。”

有了領(lǐng)先的先進(jìn)制程作為基石，設(shè)計的提升將變得更加容易。 

288核服務(wù)器CPU成功的關(guān)鍵——3D封裝

開篇已經(jīng)解釋過了3D封裝對于至強6+（Clearwater Forest）實現(xiàn)288核的重要作用，通過Clearwater Forest的架構(gòu)能夠更深刻地理解3D封裝的重要價值。

Clearwater Forest的最上層是計算模塊（藍(lán)色），支持12個計算單元，每個計算單元包含24個Darkment能效核。這12個計算模塊通過Foveros Direct 3D技術(shù)焊接在3個有源基板上。

這里有兩個關(guān)鍵，第一個是Foveros Direct 3D可以支持9微米量級的凸點間距，支持銅對銅的鍵合。Foveros技術(shù)原理并不復(fù)雜，難點在于多個Die堆疊的時候，連接的精密度、以及整個拼接的完整度、信號的穩(wěn)定性，以及全面封裝之后的良率。

“Foveros Direct 3D可以實現(xiàn)高密度、低電阻的晶片間互聯(lián)，可以達(dá)到0.05pJ/bit的功耗/比特性能，0.05pJ大概是2.5D技術(shù)所能達(dá)到的功耗的1/10。”英特爾技術(shù)專家說，“利用Intel 18A和Foveros Direct 3D技術(shù)，可以將Clearwater Forest的能效比達(dá)到前所未有的新高度?！?/p>

第二個關(guān)鍵是計算模塊通過3D封裝連接的是有源基板。

“Clearwater Forest有源硅基板并不是傳統(tǒng)的簡單工藝，而是采用Intel 3工藝來支持更高的互聯(lián)以及三級緩存?！庇⑻貭柤夹g(shù)專家強調(diào)，“有源硅基板除了能夠完成Die和Die之間的互聯(lián)，還可以引入一些先進(jìn)的邏輯和存儲單元，從而實現(xiàn)更高的跨die間的互聯(lián)以及更大的三級緩存?！?/p>

回到Clearwater Forest的架構(gòu)，三個有源硅基板和分布在左右的兩個I/O單元，通過EMIB形成2.5D的互聯(lián)。最終，Clearwater Forest在一個非常小的尺寸里堆疊了29個芯片。

堆疊帶來的性能和能效收益很高，但也會面臨更嚴(yán)峻的散熱挑戰(zhàn)。

英特爾技術(shù)專家對雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))表示，“3D封裝在橫向散熱過程當(dāng)中帶來了更大的熱阻，確實在散熱上會有更高的要求。PowerVia 的金屬供電層分布在晶圓背部，也在一定程度上有助于導(dǎo)熱?！?/p>

“另外，至強6+的設(shè)計目標(biāo)是希望無縫兼容當(dāng)前的至強6平臺，因此已經(jīng)考慮到了功耗的要求以及散熱的系統(tǒng)邊界條件，所以我們針對至強6+散熱上做了比較大幅度的優(yōu)化，能夠在核數(shù)增加、算力堆疊技術(shù)之后，依然可以維持CPU 500W的TDP的目標(biāo)。”英特爾技術(shù)專家同時表示。

至強6+上使用的I/O單元和至強6的性能核處理器一致，可以實現(xiàn)無縫升級，這也是即將發(fā)布的Clearwater Forest即便實現(xiàn)了巨大的性能飛躍，名稱是至強6+而非至強7的關(guān)鍵原因所在。

但需要指出的是，288核的Clearwater Forest基于Birch Stream AP服務(wù)器主板平臺。這意味著，如果客戶當(dāng)前使用Granite Rapids AP服務(wù)器系統(tǒng)，可將Granite Rapids CPU平滑替換為Clearwater Forest CPU，無需任何硬件改動，僅需軟件更新即可直接使用。如果是使用至強6E能效核的系統(tǒng)，無法直接替換Clearwater Forest AP CPU。

微架構(gòu)升級，至強6+計算性能翻倍

制程以及封裝技術(shù)讓至強6+實現(xiàn)了更好的性能和能耗，Clearwater Forest的CPU內(nèi)核微架構(gòu)上也實現(xiàn)了非常大幅度的提升。

對比Sierra Forest（至強6E）所用的Crestmont的內(nèi)核，Clearwater Forest使用的Darkmont內(nèi)核在指令解碼、分配、微操作隊列、緩存窗口以及指令派發(fā)等方面都帶來了30%-50%不等的性能提升。

算力單元的提升更加顯著，包括標(biāo)量算術(shù)邏輯單元、向量算術(shù)邏輯單元、地址生成單元、二級緩存帶寬上都實現(xiàn)了翻倍的提升，從4個算術(shù)單元提升到8個，從2×128bit的向量計算，提升到4×128bit向量計算。

基于大量的提升，Darkmont相比Crestmont，在相同功耗情況下，可以帶來每核IPC 17%的性能提升。

如果把整個功耗和性能的影響算在一起，相比Crestmont，至強6+處理器的Darkmont可以帶來1.9倍以上的性能提升，同時在整體負(fù)載范圍之內(nèi)帶來高達(dá)23%的能效提升，可以達(dá)到8：1服務(wù)器整合的效果。

這就意味著如果將至強6+和第二代的至強處理器進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，使?0臺機架180臺至強6+服務(wù)器就可以替代70個機架1400臺第二代英特爾至強服務(wù)器，也就是8:1的服務(wù)器整合比例。

同時由于服務(wù)器和機架功率降低，可以降低整機功耗750KW，降低71%的數(shù)據(jù)中心占用空間，同時提升3.5倍的性能/功耗比，每臺機架上也可以增加2.3倍的虛擬機部署數(shù)量。

除此之外，Clearwater Forest還有內(nèi)存、安全性等方面的升級，支持多達(dá)12條8000MT/s DDR5，整個Clearwater Forest支持576MB的末級緩存以及96條PCIe Gen 5的I/O通道，其中有64條支持最新的CXL技術(shù)。

Clearwater Forest還引入了英特爾最新的應(yīng)用能耗監(jiān)測功能以及內(nèi)置了完備的安全防護(hù)功能，即TDX和SGX。

從設(shè)計、制造到封裝，Clearwater Forest每一個環(huán)節(jié)都實現(xiàn)了飛躍，將三項提升疊加，Clearwater Forest能夠帶來的性能和能效的提升將會遠(yuǎn)超普通的產(chǎn)品代際升級，這是一次跨越式的升級，至于具體的產(chǎn)品以及最終的產(chǎn)品力表現(xiàn)，期待2026年至強6+的正式發(fā)布。

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