英特尔宋继强：坚持半导体底层技术创新，激发算力千倍级提升
2022年7月30日，英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强博士出席了由中国计算机学会主办的第一届“中国计算机学会芯片大会”，并发表了题为“坚持半导体底层技术创新，激发算力千倍级提升”的主题演讲。在演讲中，针对“突破算力瓶颈，满足多元计算需求”这一产学研界所普遍关注的热门话题，宋继强博士分享了英特尔的最新洞察，以及在相关领域所取得的技术进展。
英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强博士
中国目前正走在全球数字化转型浪潮的前列，发展数字经济也成为中国把握新一轮科技革命和产业变革新机遇的战略选择。宋继强表示，对数字经济的发展而言，底层基础设施提供的算力、计算效率等方面的支持十分关键，此外，为了让这些基础设施的性能得到最大限度的发挥，需要构造一个以能源、计算能效性为优先综合布局的新型算力网络。中国开始布局“东数西算”工程，也正是基于计算和网络融合的需要。
因此，在数字经济的增长过程中，对算力的需求会“水涨船高”，一方面，数据量会保持指数级增长，另一方面，数据形态也会越来越多元化，对计算的实时性和智能化处理能力的要求也越来越高。从数据量和质来看，传统的单一计算架构肯定会遇到性能和功耗的瓶颈。为了应对这一挑战，宋继强强调，首先要突破算力的瓶颈，通过不同的方式解决多样化数据的计算有效性，而在提升算力的同时，还需要考虑到“绿色计算”这个主题，以能量优化的方式解决数据处理的问题。
发展异构计算与异构集成技术
基于这两点原则，宋继强认为异构计算和异构集成是算力突破的新抓手。异构计算就是用不同的架构处理不同类型的数据，真正做到“用好的工具解决好的问题”。异构集成则可以把不同工艺下优化好的模块更好地集成到未来的解决方案当中，从而更加高效地处理复杂计算。
宋继强表示，建立完整的异构计算体系需要软硬件结合，在硬件上，需要“全面发展”，有不同的架构积累，在软件上，也需要有一套方便且好用的软件，只需上层应用者指定功能需求，下层就可以随着异构变化。具体到英特尔自身的异构计算布局，表现为“XPU+oneAPI”，既有非常全面的硬件架构布局，覆盖从终端到边缘再到服务器，在CPU、GPU、IPU、FPGA、AI加速器等领域，都有具有代表性的成熟产品，又有oneAPI这一开放统一的跨架构编程模型，让现有的和未来将出现的新硬件都能很好地发挥能力。oneAPI也在全球积极开展各项合作，去年还和中科院计算所联合建立了中国首个oneAPI卓越中心。
实现异构计算常常需要将不同制程节点的芯片封装在同一个大封装里，这时就需要应用异构集成，也就是先进封装技术，来满足尺寸、成本、带宽等方面的要求。宋继强介绍，英特尔在异构集成上主要有两项技术，2.5D封装技术EMIB能把在平面上集成的芯片很好地连接起来，3D封装技术Foveros则可以通过把不同尺寸的芯片在垂直层面上封装，进一步降低封装凸点的间距，提高封装集成的密度。
宋继强进一步补充，Foveros Omni和Foveros Direct是英特尔在3D封装上未来会使用的两种技术。在上面是一个大的芯片，底下是几个小芯片的时候，Foveros Omni可以把不同芯片之间互连的接触点间距微缩到25微米，同时还可以通过封装边上的铜柱直接给上层芯片供电，和EMIB相比有接近4倍的密度提升。Foveros Direct则通过一种更高级的不需要焊料、直接让铜对铜键合的技术，实现更低电阻的互连，进一步缩小凸点间距到10微米以下，将整个互连的密度提升到新的数量级。
目前，英特尔迄今为止最复杂的高性能计算SoC Ponte Vecchio就运用了英特尔在异构计算和异构集成上的新技术，集成了来自5个不同制程节点的47种不同晶片，而下一代旗舰级数据中心GPU代号Rialto Bridge将进一步大幅提高计算密度、性能和效率，同时通过oneAPI提供软件一致性。
坚持推进摩尔定律
为了突破算力瓶颈，在异构计算与异构集成技术之外，还需要坚持推进摩尔定律，打造功耗更低，性能更强的半导体。宋继强在演讲中也介绍了英特尔的制程工艺革新和路线图。
宋继强表示，英特尔的制程工艺革新主要包括以下三大技术：在工具上，英特尔将自Intel 4开始使用下一代基于高数值孔径的极紫外光刻机（EUV）技术，降低整个制程工艺的复杂度，提高良率；在晶体管结构上，Intel 20A将使用全新的RibbonFET结构，进一步降低平面上晶体管所占面积，同时可以有更快的驱动速度，也增加驱动电流的强度；在供电层面，Intel 20A同样将启用全新的PowerVia技术，实现底部给所有上层功能逻辑部件供电，把供电层和逻辑层完全分开，从而可以更有效地使用金属层，大幅减少绕线和能量消耗。
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