10nm Cannon Lake CPU 是第一个在 10nm 工艺节点上制造的芯片。
近日,网上出现了基于Cannon Lake架构的英特尔 CPU 样本,设计为 10nm 芯片的 CPU采用了三芯片设计。或许英特尔将会在其未来的处理器中采用小芯片/混合设计。
英特尔的 10nm Cannon Lake-Y“特殊样品”CPU
YuuKi_AnS透露的图片显示,上述 SKU 是仅供内部使用的“特殊样品”系列的一部分。由于该特定芯片从未零售,我们可以假设这些特殊芯片并非用于大众营销,而是用于测试和内部测试目的。
根据Angstronomics 的 SkyJuice分析,这里的 CPU 示例图片是一个 3-die MCP(多芯片处理器),采用 BGA1392 封装,尺寸为 28mmx16.5mm。封装上有三个小芯片,10nm CPU 芯片是这三个芯片中最大的,尺寸为 70.5mm2,其次是尺寸为 46.17mm2的 PCH 芯片,最后是尺寸为 13.72mm2的McIVR 芯片。
第三个小芯片用作 CPU 的集成稳压器 (IVR),该功能起源于几年前英特尔的Haswell(和Devil's Canyon )第四代 CPU 架构。但由于有额外的芯片,Cannon 的实现被称为多芯片集成稳压器 (McIVR)。McIVR本应处理两个小芯片之间的电压调节,但英特尔此后又选择了 FIVR,并且还在考虑将 DLVR 用于他们的一些下一代设计。
IVR 于 2013 年首次在英特尔的第四代 Haswell 架构中首次亮相。IVR 改变了主板和处理器处理电力传输的方式。它将CPU电压调节直接从主板转移到CPU芯片中。
英特尔表示,这大大简化了Haswell 平台的供电设计,IVR 能够将主板上的五个稳压器替换为 CPU 内部的一个。这种设计的另一个好处包括对处理器进行更细粒度的电压控制。但最终,处于未知的原因,英特尔在第五代 Broadwell 芯片之后取消了所有主流桌面架构上的 IVR。然而,我们认为它的移除与热问题和芯片尺寸限制有关。尽管如此,IVR 在 Haswell 之后重新出现在其他架构中,包括一些移动架构和英特尔的Skylake-X HEDT 架构。
英特尔也计划将 IVR 集成到其 Cannon Lake 移动处理器中,这个原型就是这个想法的证明。但是,IVR 在 Cannon Lake 中的独特之处在于它的多芯片实现。
从英特尔的角度来看,这种方法很有意义,可以显着改善芯片的电压余量和温度限制。由于笔记本电脑上的 CPU 散热器比台式机散热器小得多,因此CPU 需要具有尽可能高的热效率。将 IVR 移至单独的芯片即可做到这一点,并将热量分散到不同的区域,从而使 CPU 冷却器能够更有效地处理热传递。
以前的 IVR 设计,特别是 Haswell 上的设计,使芯片变得特别热,因为 CPU 冷却器现在必须处理来自稳压器和 CPU 内核、集成显卡和 CPU 缓存组合的热量。
英特尔 Cannon Lake-Y 10nm CPU 系列仅发布了两个 SKU,即 Core i3-8121U 和 M3-8114Y。两者都包含 2 个具有 4 个线程的 Palm Cove 内核,但它们仅在少数笔记本电脑和 NUC 中提供。
遗憾的是,这种三芯片设计从未上市。10nm Cannon Lake CPU 是第一个在 10nm 工艺节点上制造的芯片,但由于与产量相关的几个问题,当行业发展时,CPU 就进入了市场。因此,英特尔自己尝试在未来几年内迅速用 Ice Lake 和 Tiger Lake CPU 取代这个家族,这意味着 Cannon Lake 的寿命很短。
英特尔的10nm之路
英特尔最早公布10nm工艺是在2015年7月。当时,英特尔指出此项工艺存在Multi-patterning缺陷密度高、良率低的问题。而且,10nm(品名:Cannon Lake)的量产时间是在2017年的下半年,相对原计划晚了一年左右。
2018年年初,英特尔表示:“Cannon Lake已经开始小规模量产,2018年下半年计划开始量产”。但是,2018年4月,英特尔又公布说:“由于良率较低,10nm工艺CPU的量产推迟到2019年”。后来,2019年量产了第二代10nm工艺(注意,不要与10nm+工艺混淆),与首代10nm工艺技术相比,很多方面都有明显的优势。
英特尔本身应该在2015年(首次正式公布10nm的时间)甚至之前就已经了解10nm工艺的优缺点。在充分了解了风险的基础上,英特尔认识到必须要在未来数年内大批量生产与成本、性能、市场投入时间相匹配的CPU。
于是,在2016年年初,英特尔新发布了新的基本理念,目的是为了导入新工艺技术、微架构。也就是说,延续了十年的“Tick-Tock模式寿终正寝,新的“PAO(Process-Architecture-Optimization,制程-架构-优化)”开始上场。即,通过长期优化微架构,反复改善工艺技术、产品设计。
Brookwood表示,十年来“Tick-Tock”充分发挥了其作用。但是,在14纳米中稍微“跌了个跟头”,导致量产时间延迟一年,而且在10纳米工艺中彻底“崩塌”。另一方面,台积电却保持两年更新一次的步调,虽然台积电的性能提高速度不太快,但性能预测的准确度却极高。实际上,在英特尔还在14纳米“徘徊”的时候,AMD几乎已经将所有系列的产品委托给台积电的7纳米工艺生产。
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