英特爾在下一代Meteor/Arrow/Lunar Lake芯片設計上搭起積木


早些時候,英特爾在HotChips34大會期間,介紹與下一代CPU有關的一些關鍵細節。可知14代MeteorLake、15代ArrowLake和16代LunarLake將采用的3DFoveros封裝技術,很有樂高積木的風格。

(via WCCFTech)

據悉,Foveros 是一種先進的芯片間封裝技術,並且細分為三種。

● 首先是適用於量產的 Foveros 標準設計,其凸點間距在 50-25 μm,密度 > 400-1600/m㎡,功率 0.156 pJ/bit 。

● 其次是 Foveros Omni 設計,其旨在匹配連接基礎芯片復合體中的瓦片,提供高達 EMIB 四倍的互連凸點密度 —— 凸點間距 25 μm、密度 1600 / m㎡、功率 < 0.15 pJ/bit 。

● 然後是 Foveros Direct 設計,其提供 16 倍互連密度,具有更低延遲、更高帶寬、以及更低的功率 / 裸片要求 —— 凸點間距 < 10 μm、密度  > 10000 m㎡、功率 < 0.05 pJ/bit 。

在 12 代 Alder Lake 與 13 代 Raptor Lake CPU 率先采用混合式核心架構設計之後,英特爾還計劃利用 3D Foveros 封裝迎接多芯片時代。

14 代 Meteor Lake、15 代 Meteor Lake 和 16 代 Lunar Lake CPU 的亮點有:

● Intel 下一代 3D 客戶端平臺;

● 具有 CPU、GPU、SOC 和 IO 塊的分解式結構;

● 采用 Foveros 互連的 Meteor / Arrow Lake 基礎塊;

● 擁抱開放式的 UCIe 通用小芯片互連生態系統。

先聊聊 Meteor Lake,該公司展示一種全新的芯片佈局,讓我們更好地解具有各種 IP 塊的小芯片,主要拆分為 CPU、圖形塊、片上系統、以及 IOE 塊。

其中主 CPU 塊將采用 Intel 4(7nm EUV)工藝節點,而 SoC 與 IOE 小芯片采用臺積電 6nm 工藝(N6)制造。

英特爾宣稱 Meteor Lake 是其邁入小芯片生態的第一步,但據業內人士所述,情況並非如此,稱 Meteor Lake 的 tGPU 一直定的臺積電 5nm(N5)設計。

計算圖塊可在各種核心數量、世代、節點與緩存之間完全擴展,且英特爾不僅能夠在 Foveros 3D 封裝 CPU(如 Meteor Lake)中混搭不同核心架構、還可向上或向下擴展至不同節點。

圖形塊也是如此,英特爾可根據不同的核心、節點和緩存規模進行縮放。圖表中的 tGPU 從 4~12 個 Xe 內核(64~192 EU)不等,但同一照片似乎也展示 8 Xe / 128 EU 的版本。

片上系統塊亦可根據 SKU 放大或縮小,主要模塊是低功耗 IP(特指 VPU)、SRAM、IO 和可擴展電壓設計。最後是 I/O 擴展塊,其在通道數量、帶寬、協議和速率等方面,都是完全可擴展的。

接著,英特爾展示如何將各 IP 塊排列到一起。金屬化的頂背,也是 Foveros 無源芯片所在的位置,正下方就是上述各個小芯片塊。

這些瓦片之間通過 36 μm 間距(芯片-芯片)互連方案,與基礎塊實現連接。Base Tile 帶有大電容,輔以 IO / 供電 / D2D 路徑的金屬層。

每個金屬層都是模塊化的設計,帶有用於邏輯 / 存儲器的有源矽片。頂部和底部具有用於頂 / 底層互連的封裝凸點。

示例中的移動芯片,采用 6P+8E 的混合式架構設計。另有 CPU / IOE 塊,且通向 SOC 塊的圖形塊之間有兩個 Die-To-Die 連接。

作為 Foveros 3D 封裝的一部分,英特爾表示在主小芯片頂部有一個無源中介層,其基於英特爾自傢的 22nm(FFL)工藝制造。

現階段它並沒有被分配任何用途,Meteor Lake CPU 也暫時用不到 EMIB 技術。但該公司計劃在未來使用更先進的封裝技術,並將之換成有源小芯片。

Foveros 芯片互連(FDI)的技術特點如下:

● 低壓 CMOS 接口;

● 高帶寬、低延遲;

● 支持同步與異步信令;

● 低面積開銷;

● 2 GHz 主頻下的操作功耗在 0.15-0.3 pJ/bit 左右。

CPU 與 SOC 之間的互連,具有大約 2K(2×IDI)的主帶寬,圖形與 SOC 塊也具有大約 2K(2×iCXL)的互連主帶寬,而 SOC 和 IOE 塊則在 1K(IOSF,4×DisplayPort)左右。

不過 Meteor Lake CPU 的另一關鍵改進,就是提升最大睿頻性能。得益於 Intel 4 工藝的協同優化,其有望帶來較 Alder Lake CPU 更高的睿頻潛力,且 Base Tile 的總電流達到 500 。

I/O 能力方面,英特爾搬出 Haswell 來比較。成本方面,隨著新一代晶圓成本的迭代上漲,開發單芯片將變得更加不換算。

若英特爾堅持按老方法造新芯片,其實也不是不可以。畢竟新制程節點不是擺設,隻是難以將成本壓低到合理水平。

該公司稱,與單片式芯片制造方案相比,Meteor Lake 等分解式設計可提供更高的晶體管性能,以及跨各種工藝節點的更好 IP 刷新速度和更高能效。

英特爾透露,其 Meteor Lake SKU 的功耗設計從 <10W 到 >100W 不等,但采用小芯片設計的 CPU 性能仍與單片式設計相當。

此外該公司稱,14 代 Meteor Lake / 15 代 Arrow Lake CPU,確實正在走向桌面和移動平臺。

按照計劃,英特爾計劃在 2023 / 2024 年發佈 Meteor / Arrow Lake CPU,且兩者都采用下一代 LGA 1851 插槽。

至於 16 代 Lunar Lake CPU,據說該系列最初瞄向 15W 低功耗移動 CPU 細分市場,但鑒於距離正式上市還有幾年時間,我們仍不能排除未來有生變的可能。

最後,這並不是我們首次看到英特爾在移動 / 部分桌面 SKU 之間劃出明確界限。除歷史上的 Broadwell,近些年的 Ice Lake / Tiger Lake 系列也是如此。


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