走进英特尔中国研究中心

武内空

在11月16日英特尔中国研究中心举行的博士后工作站授牌仪式暨“开放日”活动中，英特尔公司首席技术官兼企业技术集团总监Justin R. Rattner先生与大家分享了英特尔研究前沿的一些最新技术观点。

　　45nm的转折点

　　关于摩尔定律能延续到何时的讨论，随着Justin R. Rattner的阐释，又带给了人们新的认识。

　　首先在英特尔发展蓝图上，2007年下半年英特尔将开始大规模采用45nm制程。Justin说，45nm制程进展非常顺利，他个人认为2007年年中英特尔就有能力让45nm制程投产。

　　

　　图：英特尔公司首席技术官兼企业技术集团总监Justin R. Rattner先生与大家分享了英特尔研究前沿的一些最新技术

　　45nm可能是一个技术转折点，不仅像65nm一样带来大幅度的性能提升，而且在漏电流方面将减少到现在五分之一的水平。这意味着，在同等晶体管数量的情况下CPU功耗最低可以降低五倍。

　　整个半导体产业的发展在一年多以前碰到了“功耗峭壁”问题，使得芯片发展受到了一些阻碍，迫使处理器从提高主频的道路上转向“拓宽道路”的方法上，即提供更多的执行单元和流水线，增加数据位宽等。如果45nm制程可以彻底解决功耗峭壁问题，那么整个处理器及相关产业都将诞生无数创新的机会，包括重新踏上提高主频的道路、在处理器内集成或封装更多内核(包括通用内核和专用功能内核)，甚至把内存和处理器封装在一起。

　　在45nm时代发生功耗转变的关键因素并不是45nm制程本身，而是晶体管结构将在45nm制程时代发生转变。英特尔很可能在45nm上实施研究已久的三门晶体管技术，正是这种技术使得漏电流大幅度降低。

　　Justin认为，从目前可以预测的十年来看，摩尔定律将继续有效。

　　与万亿次同行

　　在英特尔开放日上，Justin还介绍了英特尔在多核和万亿次计算方面的一些研究进展。在这些进展方面，多层封装技术以及如何在内核中集成专用加速电路的话题最为吸引人。

　　首先是用多层封装技术集成处理器和内存。随着处理器上内核数量越来越多，必须解决处理器的内存带宽问题，仅仅是集成内存控制器，已经不能适应多内核处理器的需要，从内存到处理器内核的物理距离过长，至少要浪费几千个处理器周期，因此必须缩短内存和处理器的距离。缩短距离的有效方法是将处理器和内存封装在一起，而内存有可能是超大容量的缓存，也有可能是主内存，具体方案显然还在研究之中，要视多方面技术的进步制约而定。

　　在封装方式上，初步研究的成果会是内存在下、处理器在上的方式，因为处理器产生的热量更多，在上面可以通过散热片更快的散发出去。如果和主内存封装在一起，内存本身显然也会采用目前成熟的内存多层封装技术来获得更高的内存密度。

　　图：随着处理器内核不断增加，内核将和内存封装在一起，以缩短访问内存延迟。

　　第二个重要话题是多核心处理器内核的同构和异构问题。Justin的看法出乎意料的摆脱了同构和异构的对立立场，而将两种思路完美地融合在一起。

　　Justin说，在万亿次计算整体的设计中，我们会看到在一个处理器当中会有不同类型的核，所有的核在架构上具有兼容性，但这绝不意味着所有核都是一模一样的，我们认为会对不同核做专门任务的分配。比如有一些核是做了媒体和图形功能增强的，有一些核是做网络和通信功能增强的，还有一些核是负责安全的。也就是说在万亿级次计算的处理器当中，不同的核会有不同的能力，但是它们会共享同一套指令组和共同的架构的基础，这样的一个设计对于编程工作来说，可以让编程变得尽可能简单和具有前后一致的良好兼容性。

　　为了保持多核架构的高度可编程性的，让编程人员的效率发挥到最大限度，英特尔对于这个问题的看法和行业的其他几个公司(如IBM、AMD)不一样，因为英特尔公司是非常强调所有的处理器、所有的内核在架构上的一致性，所有的内核都必须共享共同的指令组以及必须要有一致性的，要有同一套的内存的模式。

　　Justin在此举了一个例子，那就是IBM和索尼、东芝共同打造的Cell的架构中具有通用内核和专用内核，由于两种内核使用了不同的内存模式，必须要通过编程才能够确保这两种不同的内存模式一起工作，这使得Cell架构的复杂性被大大提高。Cell的产品在推向市场的过程中出现一些延迟，和它在内存模式上过度的复杂性有关。

　　英特尔强调要有一致的内存模式。当英特尔把一些专用硬件集成到多内核架构的时候，会把专用硬件作为已有的英特尔指令组的一个扩展，而不是作为一个单独的架构。