【知乎】后摩爾時(shí)代的“芯”路，中國的燎“原”之火
后摩爾時(shí)代的“芯”路，中國的燎“原”之火
猛練自然強(qiáng)
一個(gè)不會寫軟文的段子手不是好投資經(jīng)理！
2021年12月，在中美關(guān)系最嚴(yán)峻一年的年末，芯片巨頭英特爾的一封信炸了鍋，激起中國人的巨大憤慨。英特爾在信中表示“需要確保我們的供應(yīng)鏈不使用任何來自新疆地區(qū)的勞工、采購產(chǎn)品或服務(wù)”。一石激起千層浪，各方面紛紛指責(zé)英特爾是在危險(xiǎn)邊緣試探，是自尋死路的瘋狂行為。
針對美國等西方國家污蔑新疆存在“強(qiáng)迫勞動”，中國早已表達(dá)嚴(yán)正立場：這是一個(gè)世紀(jì)謊言。個(gè)別西方政客特別是美國政客，鼓噪所謂的“強(qiáng)迫勞動”，實(shí)質(zhì)是打著人權(quán)的幌子搞政治操弄，干涉中國內(nèi)政，遏制打壓中國特別是新疆的發(fā)展。明眼人都知道這是赤裸裸的誣陷，但英特爾高管依然聽信了美國政客的說辭。早在今年7月，就有美國政客拿新疆問題逼Airbnb、可口可樂、英特爾、寶潔以及Visa等5家美國企業(yè)表態(tài)，其他公司都含糊其辭，但只有英特爾高管明確表達(dá)聲稱相信美政府結(jié)論：“我研究過它，所以我相信這份報(bào)告的結(jié)論?！?/p>
這顯然是對中國的最大冒犯。
得罪中國顯然沒有好果子吃，廣大網(wǎng)友紛紛表示不再購買英特爾的產(chǎn)品和服務(wù)。英特爾廣告則被滿屏的“AMD，Yes！”的嘲諷彈幕刷屏。
雖然AMD也是美國公司，但是由于AMD的CEO蘇媽這位華裔傳奇人物的原因，廣大中國網(wǎng)友對AMD有更多的好感。
雖然英特爾口碑跌倒谷底，但是從現(xiàn)實(shí)來看，目前在CPU領(lǐng)域英特爾處于領(lǐng)先地位，但是AMD也緊追不舍。根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Mercury Research的數(shù)據(jù)顯示，2021年第三季度，AMD在X86 CPU市場上的整體份額環(huán)比增加了2.1個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到24.6%，這是AMD歷史上第二高的紀(jì)錄，15年前該公司曾創(chuàng)下最高紀(jì)錄25.3%，雖然AMD現(xiàn)階段依然小弟，但是正在快速蠶食英特爾的份額。
雖然兩家公司競爭激烈，不過AMD也是美國公司，在CPU領(lǐng)域國內(nèi)雖然也有海光、兆芯、華為鯤鵬、天津飛騰等公司，但是相比之下依然有著巨大的差距，這個(gè)領(lǐng)域美國依然強(qiáng)大。
回顧這兩家公司的斗爭歷史，是否有值得借鑒的歷史意義？中國在這個(gè)領(lǐng)域要如何追趕美國？
16年前，曾經(jīng)AMD最輝煌的年代是如何把英特爾逼到手忙腳亂？這次歷史能否重演？在后摩爾時(shí)代，中國半導(dǎo)體要如何和歐美強(qiáng)國抗衡，遠(yuǎn)方的“芯”路上，誰能逐鹿中“原”？是否有一家公司能夠讓眾多小伙伴能夠站在其肩膀上眺望遠(yuǎn)方，與歐美巨頭一爭高下？
在后摩爾時(shí)代的遠(yuǎn)方的“芯”路，中國如何讓希望之火燎“原”？
全文34000字。
英特爾和AMD的江湖恩怨（一）——初期的甜蜜
如果英特爾是這個(gè)星球上最可怕的商業(yè)對手，宛如一條巨龍，而AMD則是挑戰(zhàn)巨龍的無畏騎士！
翻開半導(dǎo)體歷史，有這么一家半導(dǎo)體公司絕對是最具傳奇色彩，那就是仙童（Fairchild）。
1956年，威廉肖克利和巴丁，布拉頓三人因?yàn)榘l(fā)明晶體管，榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。而寫下《半導(dǎo)體空穴與電子》巨著的肖克利博士也被譽(yù)為“晶體管之父”。于是肖克利博士創(chuàng)辦的肖克利半導(dǎo)體一時(shí)風(fēng)頭無二，引來眾多青年才俊前來工作學(xué)習(xí)。雖然肖克利博士是技術(shù)大牛，但是缺乏管理才能，而且脾氣不好，為人刻薄，不僅氣跑了巴丁和布拉頓兩位大佬，更是引來徒子徒孫們的不滿。后來有八個(gè)人一起辭職，拿了一個(gè)做攝影器材公司的一筆風(fēng)投資金，創(chuàng)立了一家半導(dǎo)體歷史上最傳奇的公司——仙童，肖克利博士得知后氣的大罵“你們這些叛徒”，這就是有名的“仙童八叛逆”故事。
仙童在成立后突飛猛進(jìn)，成為炙手可熱的公司，但是后面由于和股東經(jīng)營理念上的差別，導(dǎo)致日后仙童也出走諸多精英，這些人日后創(chuàng)立了一家又一家的半導(dǎo)體公司，四處開枝散葉，給行業(yè)輸送了大量的人才，因此仙童被稱為世界半導(dǎo)體領(lǐng)域的“黃埔軍?！?。如今不少公司都成長為行業(yè)巨無霸，成為芯片領(lǐng)域舉足輕重的公司，比如英特爾和AMD，英特爾的創(chuàng)始人諾伊斯和戈登摩爾，以及AMD創(chuàng)始人拉里桑德斯曾經(jīng)都在仙童工作過，也算是老同事了。
雖然創(chuàng)始人都在同一個(gè)老東家工作過，但是雙方恩怨頗深。
AMD和英特爾在初期都曾有過甜蜜期，雙方攜手打天下，但是在上世紀(jì)90年代，英特爾收回X86 CPU的授權(quán)后，雙方迅速交惡，前前后后斗了二十多年。面對英特爾的咄咄逼人，AMD從未退縮，哪怕AMD比英特爾渺小的多，在與英特爾長達(dá)8年的專利訴訟中，AMD從未屈服。AMD創(chuàng)始人兼CEO頂著標(biāo)志歪鼻子的桑德斯，不止一次的站在法庭上怒斥英特爾的種種不公，把不服和倔強(qiáng)寫在臉上，最終迫使英特爾達(dá)成和解，因此AMD也被人稱為最勵(lì)志最頑強(qiáng)的半導(dǎo)體公司。
最初英特爾是做內(nèi)存起家的，并不是做CPU，而AMD的初期策略則是跟隨和模仿，作為第二供應(yīng)商，只要客戶有需求，有什么做什么。
在CPU的道路上，當(dāng)初最強(qiáng)的就是“藍(lán)色巨人”IBM，IBM發(fā)明CPU后，將其CPU專利授權(quán)給英特爾，讓它幫助自己一起擴(kuò)大商業(yè)版大，于是英特爾利用IBM的技術(shù)授權(quán)推出了第一塊16位CPU 8086，這款CPU讓英特爾一戰(zhàn)成名，在IBM后續(xù)的個(gè)人電腦中，也是用了英特爾的處理器，讓英特爾確立在PC市場的霸主地位。
為了防止英特爾一家獨(dú)大，IBM后面又扶持了另外一家公司，就是現(xiàn)在的AMD。一開始是英特爾和AMD是合作關(guān)系的。當(dāng)時(shí)英特爾的8086處理器的產(chǎn)能不足，為了保證生產(chǎn)，在1982年的時(shí)候與AMD合作生產(chǎn)8086。
上世紀(jì)80年代，微軟贏得IBM PC的大訂單，在其整個(gè)發(fā)展史上都是至關(guān)重要的，PC走入千家萬戶迅速發(fā)展。不過，IBM深知，如果CPU訂單給一家供應(yīng)商，勢必造成尾大不掉。為此，IBM要求第一供應(yīng)商將自家技術(shù)授權(quán)給第二供應(yīng)商AMD，必須形成“我開放，你也開放”的局面。當(dāng)時(shí)可供選擇的微處理器廠商至少有摩托羅拉、國民半導(dǎo)體、仙童半導(dǎo)體、英特爾、AMD等。但為拿下IBM的訂單，英特爾和AMD迅速走向聯(lián)合——英特爾授權(quán)AMD生產(chǎn)X86系列處理器，AMD放棄自家競爭產(chǎn)品，作為第二供應(yīng)商聯(lián)合向IBM供貨。
此次多方合作一舉奠定微軟在操作系統(tǒng)上的地位，也奠定了英特爾和AMD在X86芯片上的地位，尤其奠定了“Wintel”模式在PC時(shí)代的獨(dú)霸天下。
在于IBM的合作中，讓英特爾逐漸看到PC行業(yè)的巨大潛力，于是把CPU作為核心業(yè)務(wù)。這種戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變讓英特爾開始謀求獨(dú)家供應(yīng)，并與AMD生了嫌隙——1987年AMD被英特爾提前結(jié)束80386系列芯片技術(shù)授權(quán)。
AMD將英特爾告上法庭，但官司延宕了5年。到1992年時(shí)，AMD被判獲勝，獲得賠償并獲得386的任何知識產(chǎn)權(quán)，包括X86指令集。盡管AMD贏得官司，但判決的執(zhí)行又被英特爾拖延到兩年多以后的1995年。
前后七八年時(shí)間，英特爾在1985年推出386、在1989年推出486系列芯片、在1993年推出586，即奔騰1代，席卷整個(gè)PC市場，1993年還發(fā)起Intel inside的強(qiáng)化品牌運(yùn)動，讓“燈，等燈等燈”的魔性聲音深入人心。
在長達(dá)七八年的訴訟中，AMD差點(diǎn)錯(cuò)過了PC發(fā)展的黃金期，所幸AMD贏得了X86指令集的永久知識產(chǎn)權(quán)，于是1990年代初開始大力自主研發(fā)，盡管在1991年成功仿制386并將之命名為AM386，隨后又成功仿制了486，但由于產(chǎn)品技術(shù)和性能的代際落差，AMD逐漸落后。
英特爾和AMD的江湖恩怨（二）—— AMD的逆襲
在CPU發(fā)展過程中，英特爾推出“唯主頻論”，意思是誰家CPU主頻高，誰的CPU性能就強(qiáng)，這招近乎洗腦的營銷手段簡單粗暴但是很有效，對于并不專業(yè)的消費(fèi)者而言，無腦選頻率高的就行。AMD與英特爾的較量中，1GHz的大關(guān)便成了雙方必爭的陣地，于是雙方都鉚足勁更早推出主頻超過1GHz的產(chǎn)品。最終AMD在1999年推出K7構(gòu)架的雷鳥，先于英特爾的奔騰3讓自家CPU主頻邁過1GHz大關(guān)，盡管這款CPU還需要額外轉(zhuǎn)接卡，實(shí)際上并賣出多少，但是確實(shí)讓AMD在市場關(guān)注度方面一炮走紅。緊接著K7構(gòu)架的毒龍，速龍等品牌深入人心，但是英特爾迅速反擊，除了比較糟糕的奔騰3 1.13G之外，后續(xù)同檔次的CPU主頻均超過AMD。
因?yàn)锳MD當(dāng)時(shí)的制造水平不如英特爾，所以在雖然在“主頻爭奪戰(zhàn)”上AMD落了下風(fēng)，但是AMD構(gòu)架上的也具有一定優(yōu)勢，所以盡管AMD CPU主頻不如英特爾但是綜合性能并不弱，但是消費(fèi)者并了解。于是為了更好地宣傳，AMD干脆放棄采用主頻給產(chǎn)品命名的方法，全部采用PR標(biāo)稱法，比如速龍3000+，實(shí)際頻率其實(shí)只有2.4GHz，但是看起來似乎和英特奔騰4 3.0差不多。AMD K7系列芯片的大賣讓2000年的銷售額達(dá)到46億美元，K7構(gòu)架經(jīng)典款的“巴頓2500+”以700元出頭的售價(jià)與高出自己一倍價(jià)格的奔4 2.4G性能相當(dāng)，這是AMD歷史上最輝煌的一戰(zhàn)。
2004年，AMD K8構(gòu)架橫空出世，這是一款劃時(shí)代的經(jīng)典作品。隨后的首款64位速龍系列，讓AMD乘勝追擊，當(dāng)時(shí)AMD在臺式機(jī)市場占有50%以上的份額，這是AMD歷史上首次在市場份額上超越英特爾。
AMD K8構(gòu)架有多達(dá)16個(gè)版本，從最早130nm制程的Sledgehammer 核心到最后一版65nm的Sparta核心，接口包括Socket 745/939/940/AM2等，特別是940和AM2接口，很多舊主板幾乎都可以通過刷BIOS升級的方式兼容新CPU，對比英特爾出一款新CPU就要換一套主板相比，可謂天地良心。
期間涌現(xiàn)出Athlon 64 3000+、Athlon FX-57 、Athlon X2 3600+/3800+、Athlon 64 X2 5000+等多款經(jīng)典產(chǎn)品，極具性價(jià)比的策略一度將英特爾奔騰系列按在地上摩擦。
為什么在當(dāng)時(shí)英特爾CPU主頻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于AMD，但是實(shí)際應(yīng)用上性能卻相差無幾，因?yàn)锳MD的K8構(gòu)架中將主板北橋中的內(nèi)存控制器整合到CPU內(nèi)，極大提高CPU與外界數(shù)據(jù)吞吐能力，堪稱天馬行空般的創(chuàng)造力。
熟悉電腦的朋友都知道，老式主板是分南北橋的，其中南橋芯片負(fù)責(zé)外部設(shè)備I/O接口（輸入輸出），比如硬盤，USB，聲卡，PCI槽等部件等；北橋芯片則負(fù)責(zé)CPU與內(nèi)存以及顯卡之間的通信，其中FSB（Front Side Bus）前端總線程負(fù)責(zé)最關(guān)鍵的CPU和內(nèi)存之間的通信，即數(shù)據(jù)沿CPU——北橋芯片（FSB）——內(nèi)存的路徑來回傳輸。
在早期，CPU的外頻和FSB的頻率保持同步。即外頻頻率=FSB頻率，舉例賽揚(yáng)300A的外頻為66MHz，那么它的FSB頻率也是66MHz。而到了奔騰4時(shí)代，F(xiàn)SB總線速度已經(jīng)無法滿足CPU的帶寬需求，于是英特爾引入了Quad Pumped Bus技術(shù)，讓FSB在一個(gè)周期內(nèi)可以傳輸四倍的數(shù)據(jù)。于是FSB的帶寬公式變成：FSB頻率=外頻頻率*4，比如333MHz的外頻的CPU，其FSB等效頻率為333*4=1333MHz。
同時(shí)內(nèi)存技術(shù)經(jīng)過一系列演變，從SDRAM內(nèi)存到DDR1代內(nèi)存，雖然時(shí)鐘頻率變化不大，但是由于DDR1內(nèi)存在一個(gè)時(shí)鐘頻率內(nèi)的上行和下行可以各傳輸一次數(shù)據(jù)，因此等效速度翻倍；到DDR2時(shí)代，變成傳輸2次，速度再次提高一倍，因此 DDR2 800核心頻率是200MHz，等效工作頻率800MHz，對應(yīng)帶寬6.4G/sec，標(biāo)稱PC 6400。
隨著數(shù)據(jù)處理量越來越大，CPU和內(nèi)存之間數(shù)據(jù)交換激增，F(xiàn)SB則變成性能瓶頸，弊端顯露無疑，為什么不能讓CPU內(nèi)部直接和內(nèi)存連接呢？這樣CPU的處理效率就能大幅提高。于是AMD在K8構(gòu)架上首次提出新型總線結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性的將內(nèi)存控制器集中到CPU內(nèi)部，讓CPU和內(nèi)存直連，大大提高了數(shù)據(jù)交換效率，這個(gè)技術(shù)就是AMD當(dāng)年吊打英特爾的殺手锏——HyperTransport， 簡稱HT總線技術(shù)。
HT最早叫“閃電數(shù)據(jù)傳輸”Lighting Data Transport ，LDT。是一種高速、雙向、低延時(shí)、點(diǎn)對點(diǎn)、串/并行兩用的高速帶寬連接技術(shù)。事實(shí)上英特爾早年也做過這樣的方案，在最早奔騰4配套主板82810芯片上，獨(dú)創(chuàng)了Hub Link技術(shù)來連接南北橋芯片，以發(fā)揮 Ultra DMA 66傳輸芯片的芯片組，但是也僅僅用在南北橋信號互聯(lián)上，未進(jìn)一步發(fā)揮。
AMD在當(dāng)時(shí)已經(jīng)看到，CPU，北橋，內(nèi)存之間捉急的效率，急需新的總線技術(shù)來滿足巨量的數(shù)據(jù)傳輸，迫切的需要實(shí)使用新技術(shù)來抗衡英特爾。1999年，HT總線聯(lián)盟成立，AMD參與其中，后來這個(gè)陣營里有NV，ATI，IBM等大佬支持。HT總線技術(shù)對外開放，而改進(jìn)則由聯(lián)盟內(nèi)的大佬進(jìn)行。而HT總線具有恐怖的傳輸速率。最早的1.0版本推出時(shí)間是2001年，它的雙向傳輸速率最大就達(dá)到了12.8GB/s，雖然AMD用的單路16位遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到這個(gè)速度。而同時(shí)期的英特爾還在使用老態(tài)龍鐘FSB總線，533MHz下只有4.3GB/s的傳輸帶寬，高下立判。而HT總線有多個(gè)版本，HT3.1總線發(fā)布于2008年，最大帶寬為51.2GB/s，這個(gè)數(shù)據(jù)即便放到今天也是很可怕的，現(xiàn)在顯卡用的PCI-Express X16 接口雙向帶寬僅為32GB/s。而HT總線同樣不僅僅用于CPU和內(nèi)存之間通信，包括AMD的多路CPU之間也把HT做為內(nèi)部總線，而思科更是把HT總線技術(shù)丟到了自家路由器和交換機(jī)上，大大提升了交換機(jī)的多路傳輸性能。
至于PCI-E發(fā)展這么多年還是一副老樣子，甚至還不如十多年前的HT總線帶寬來的大，這里牽涉到英特爾的核心利益，后文有詳細(xì)講解。
HT技術(shù)大獲成功，并且在CPU從單核到多核路線上，HT顯示出強(qiáng)悍的性能，依靠HT總線，CPU的內(nèi)部多個(gè)處理單元能夠及時(shí)高速傳輸海量的數(shù)據(jù)，HT技術(shù)讓AMD突飛猛進(jìn)，而英特爾則節(jié)節(jié)敗退。
在CPU從單核走入多核心的過程中，面對AMD的窮追猛打，英特爾倉促應(yīng)對拿出第一款雙核產(chǎn)品——奔騰D 820，然而這掀起一場“真假雙核”的爭論。因?yàn)橛⑻貭栔皇呛唵蔚陌褍蓚€(gè)奔騰4 630的裸芯粒封裝到了一個(gè)基板上，CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信竟然要經(jīng)過北橋芯片來進(jìn)行交換而不是內(nèi)部直連。雖然這款CPU有高達(dá)2.5億晶體管，主頻也高達(dá)2.8GHz，（當(dāng)時(shí)單核CPU只有1-1.2億個(gè)晶體管）但是根本發(fā)揮不了1+1>2的作用，被網(wǎng)友戲稱為“膠水雙核”，而且發(fā)熱量巨大，效果奇差無比，這一仗英特爾輸?shù)捏w無完膚。
AMD的HT總線就像一條新建設(shè)的雙向八車道的高速公路，CPU與內(nèi)存之間，CPU內(nèi)部各個(gè)核心之間，都由HT總線串聯(lián)起來，使得整個(gè)系統(tǒng)的效率有著極大提高，而英特爾的FSB則依然是一條堪比印度農(nóng)村的破馬路嚴(yán)重制約著CPU的性能，由此可見這條總線“芯路”有多重要！
有總線和沒有總線，有好的總線和沒有好總線，芯片的性能可謂天差地別！
英特爾和AMD的江湖恩怨（三）——精密的戰(zhàn)爭機(jī)器
被逼到絕境的英特爾終于發(fā)現(xiàn)自己之前給民眾洗腦的CPU“唯主頻論”開始反噬自己。之前因?yàn)椤拔ㄖ黝l率”，只要主頻高，CPU就是性能好的理念灌輸下，為了提高CPU主頻，英特爾不斷給CPU增加流水線級數(shù)，這樣主頻就能更容易的提高，因此在奔騰4的Prescott核心中設(shè)計(jì)了史無前例的超長31級流水線。雖然CPU主頻被不斷提高到接近4GHz，但是其實(shí)應(yīng)用中大家發(fā)現(xiàn)CPU效率并沒有太多提高，反而因?yàn)闃O高的主頻帶來巨大的功耗和發(fā)熱，被各種吐槽，典型的高耗低效，英特爾騎馬難下。
因?yàn)榫薮蟮陌l(fā)熱量，Presscott 核心系列奔騰4被戲稱“烤箱”。最終，時(shí)任英特爾CEO貝瑞特在6000多人面前驚天一跪，承認(rèn)英特爾走錯(cuò)了路，并宣布放棄4.0G主頻的產(chǎn)品，奔騰4 4.0G胎死腹中，NetBurst構(gòu)架被徹底放棄，落得貽笑大方。
經(jīng)歷過奔騰系列的失敗，英特爾痛定思痛，放棄了Netburst構(gòu)架，放棄“唯主頻論”切到“功效論”上。同時(shí)提出了“Tick-Tock”（鐘擺策略），每一次“Tick”代表著一代微架構(gòu)的處理器芯片制程的更新，而每一次“Tock”代表著在上一次“Tick”的芯片制程的基礎(chǔ)上，更新微處理器架構(gòu)提升性能。兩者交替更新，一般一次“Tick-Tock”的周期為兩年，“Tick”占一年，“Tock”占一年。
認(rèn)真的英特爾像一臺精密的戰(zhàn)爭機(jī)器，是地球上最可怕的商業(yè)對手。經(jīng)過一些系列的動作，英特爾將劣勢逐漸扳回。
在新構(gòu)架方面啟用了迅馳筆記本平臺的奔騰M系列CPU的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)——即名噪一時(shí)的以色列海爾法團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)此前在迅馳筆記本平臺大獲成功，奔騰M的CPU占領(lǐng)了90%的市場。于是英特爾決定把該構(gòu)架移植到所有PC平臺和移動平臺。該團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)一款CPU，核心代號Merom，Merom其實(shí)只是一款過渡產(chǎn)品，隨后Core構(gòu)架出現(xiàn)，第一款是桌面處理器核心代號“Conroe”，這就是大名鼎鼎的酷睿2！
在Core構(gòu)架設(shè)計(jì)上，英特爾吸取Netburst的失敗教訓(xùn)，在Coro構(gòu)架上的每個(gè)環(huán)節(jié)都比過去的CPU更大更寬，它的向量和標(biāo)量執(zhí)行單元要比過去的Netburst構(gòu)架大的多。更大的DL解碼邏輯電路、更大的RBS重排序緩存、更大的RS預(yù)留緩存、更大的數(shù)據(jù)輸出口，更多的晶體管、更多的緩存，英特爾把一系列強(qiáng)大的硬件條件集合在了Core一體，最重要的是兩個(gè)核心共享一組L2緩存，不再像奔騰D 820一樣還需要依靠FSB來交換數(shù)據(jù)，甚至還優(yōu)于用HT總線做互聯(lián)總線構(gòu)架的AMD，CPU整體性能有了大幅提高。
但是英特爾依然還是采用原來的FSB總線，只是不斷的把總線頻率提高，從800MHz到1066MHz，再到1333MHz，盡管FSB總線不如HT總線來的高效，但是由于英特爾的在Core構(gòu)架方面的做出巨大的改進(jìn)而得以讓CPU性能有了巨大的提升。在工藝方面，有著更深厚制造底水平蘊(yùn)的英特爾就比AMD強(qiáng)的多了，因此擁有更先進(jìn)HT總線的AMD也只是和英特爾打成平手。
在這個(gè)期間除了英特爾認(rèn)真應(yīng)對之外，AMD在戰(zhàn)略上面出現(xiàn)了一定的偏頗。
2006年AMD做出了一個(gè)大膽的決定，斥巨資54億美金收購ATi，轟動業(yè)界。這次收購案如果從實(shí)際效果來看，算自己給自己挖了一個(gè)大坑，但是不能否認(rèn)AMD超前的思維。
當(dāng)時(shí)收購前的競爭格局是：AMD與英特爾在CPU上競爭，ATi與英偉達(dá)在GPU上競爭。而英偉達(dá)和AMD是關(guān)系不錯(cuò)的合作伙伴，英特爾和ATi則是另外一對。
英偉達(dá)推出的nForce系列主板芯片與當(dāng)時(shí)AMD的王牌產(chǎn)品Athlon的組合是很多DIY玩家津津樂道的搭配，比如經(jīng)典的巴頓2500+配合nForce2 Ultra（灑家當(dāng)年的配置），僅僅以1500元出頭的價(jià)格，吊打2300多的P4 2.4C+i865的組合，極具性價(jià)比。后面Athlon 64 X2 3600+配nForce 4 SLi是當(dāng)時(shí)的最強(qiáng)王炸組合，SLi雙顯卡交火平臺帶來超強(qiáng)的性能，特別是在游戲體驗(yàn)上，要想玩的爽，十個(gè)頂級發(fā)燒友會有十二個(gè)人告訴你，別問，問就是上SLi 雙顯卡平臺！
ATi也和英特爾打的火熱，ATi和英特爾進(jìn)行交叉授權(quán)，英特爾的高端雙顯示卡平臺就是用的ATi的交火平臺（Cross Fire）。最終形成“AMD+英偉達(dá)”對抗“英特爾+ATi”。AMD和英偉達(dá)也算是互相成就。
但是不知怎么想的，突然之間AMD把ATi給娶了。這次交易好比是AMD當(dāng)著自己的女朋友英偉達(dá)的面，搶了英特爾的女朋友ATi。此后AMD與英偉達(dá)反目成仇，關(guān)系一落千丈，而此前和英特爾合作愉快的ATi，也因?yàn)锳MD合并而終止了合作，全部成為赤裸裸的競爭關(guān)系。唯一的好處是兩家姓A的公司合并，“A卡”依然叫“A卡”，稱呼未變。
雖然AMD在產(chǎn)品策略上也推出的APU產(chǎn)品(融合了CPU與GPU的功能于一體)，也是以這次并購為基礎(chǔ)，但是實(shí)際上市場上叫好不叫座，未取得理想中的預(yù)期。而且 AMD不得不在CPU和GPU兩條線上分別與不同的強(qiáng)敵競爭，疲于奔命。這對于從研發(fā)資源和市場資源的層面都不占優(yōu)的AMD來說無疑是捉襟見肘。
歷史上雙線作戰(zhàn)基本都沒什么好果子吃，兩面豎敵十分致命。AMD低估了并購造成的競爭格局，而競爭格局的變化后的壓力則是給AMD帶來更大的困難。
此后的十年，成為AMD沒落的十年，最慘的時(shí)候落得一個(gè)“i3默秒全”的稱號，i3默認(rèn)秒你全家！
這一仗英特爾大獲全勝。
雖然英特爾從產(chǎn)品到市場策略上全面壓倒了AMD，但是英特爾也沒閑著，對自家的FSB總線早就不滿意了，開始醞釀著新的總線了。
根據(jù)“木桶理論”，一個(gè)木桶能裝多少水取決于最短的木板。英特爾清楚的意識到，F(xiàn)SB已經(jīng)成為整個(gè)系統(tǒng)最大的短板，單純的提高外頻并不能徹底解決短板，急需一種新型總線來替代老舊的FSB，于是英特爾開發(fā)了一款新型總線——QPI 。
Qucik Path Interconnect，簡稱QPI，意為快速通道互聯(lián)，在2008年的新一代Nehalem處理器上提出，英特爾表示QPI總線技術(shù)會取代陪伴多年的FSB總線，成為新一代CPU與CPU之間，CPU與芯片組之間，CPU與內(nèi)存之間的連接總線，一經(jīng)發(fā)布便引起極大關(guān)注。
其實(shí)QPI總線在此前已經(jīng)用于安騰以及至強(qiáng)的服務(wù)器平臺上，用于取代老舊的FSB，隨后加入桌面級Nehalem處理器中。和HT總線一樣，QPI總線一樣是點(diǎn)對點(diǎn)通信，用于CPU，北橋，內(nèi)存，南橋之間的點(diǎn)對點(diǎn)連接。而它的速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了FSB總線。以末代的1600MHz的FSB為例，它的傳輸速度為12.8GB/s，而初版的QPI總線就達(dá)到了25.6GB/s，相比上一代直接翻了一倍。
隨著英特爾新處理器的上線，更好的構(gòu)架，更強(qiáng)的總線，以及領(lǐng)先對手的先進(jìn)制程，多管齊下后的英特爾奪回失地，而AMD因?yàn)轭l繁更換CEO，收購ATi面臨雙線作戰(zhàn)的巨大壓力，K10構(gòu)架設(shè)計(jì)能力雖堪稱天馬行空，CPU和APU融合看起來很美好，但是實(shí)際效果不達(dá)預(yù)期，以及拆分后格羅方德羸弱的制造水平拖累AMD等多方面原因，此后的十年變成AMD沒落的十年，最慘的時(shí)候AMD的股價(jià)只有1.6美金，市值從高峰跌去95%，僅剩英特爾的零頭。
而贏的關(guān)鍵戰(zhàn)役的英特爾，開始選擇躺贏，反正AMD已經(jīng)給不了太多威脅，在沒有太多競爭壓力情況下，英特爾每一代產(chǎn)品僅比上一代做了微小的改進(jìn)，提升速度就和擠牙膏似的，但是售價(jià)則提高不少，于是落得一個(gè)“牙膏廠”的外號。
英特爾又回到獨(dú)霸天下的狀態(tài)，風(fēng)雨飄搖的AMD怎么辦？
英特爾和AMD的江湖恩怨（四）—— 鳳凰涅槃的AMD
硅谷最有權(quán)勢的女人
在AMD50多年發(fā)展史上，迄今為止共經(jīng)歷了5任CEO，其中，創(chuàng)始CEO桑德斯任職時(shí)間最長，到2002年AMD進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期卸任。其身后，魯毅智任職6年到2008年，經(jīng)歷由盛轉(zhuǎn)衰，2008年7月離任時(shí)已經(jīng)連續(xù)7個(gè)季度虧損。德克.梅耶爾2008年下半年臨危受命，但在兩年多以后未能止住AMD的頹勢，黯然離職，并導(dǎo)致AMD CEO在2011年上半年空缺長達(dá)半年之久。直到2011年8月，羅瑞德成為AMD新任CEO，但羅瑞德重復(fù)了前任的故事，最終在2014年底蘇姿豐上任成為CEO，帶領(lǐng)AMD逆境翻盤！
蘇豐姿，Lisa Su，在全世界都是響當(dāng)當(dāng)?shù)娜宋?！她是宅男心中的女王，是全球理工學(xué)子仰望的學(xué)霸，是《巴倫周刊》評出的全球最佳CEO，也是《財(cái)富》雜志上的“2020年全球最有權(quán)勢的女人”。她還是被視作半導(dǎo)體領(lǐng)域的諾貝爾獎——羅伯特·諾伊斯獎歷史上的首位女性獲獎?wù)?，也是第二位華人。
但所有這一切，都比不上那一句“蘇媽”，代表著粉絲們對Lisa Su 的尊重、熱愛、贊美、以及認(rèn)可！
在AMD最危難的時(shí)刻，她放棄在大公司待遇優(yōu)厚的高管職位，選擇接手處在破產(chǎn)邊緣的瀕危公司，并憑借自身卓越的才能，將AMD從死亡邊緣奇跡般地拽了回來。
她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了很多優(yōu)秀的芯片產(chǎn)品，打破了行業(yè)巨頭英特爾長期的壟斷行為，改變了行業(yè)格局，讓AMD重回巔峰，也讓消費(fèi)者用上了更便宜性能更高的芯片，一腳踩爆了牙膏廠，讓“i3 默秒全”恥辱性口號掃進(jìn)歷史垃圾堆。
1969年，蘇媽出生于中國臺灣臺南市，年幼隨家遷至美國。年輕的蘇媽是妥妥的學(xué)霸，考入紐約市三所明星高中之一的布朗克斯科技高中，高中畢業(yè)后考上常春藤名?！槭±砉W(xué)院（MIT），選擇了最難的專業(yè)——電氣工程，1990年MIT本科畢業(yè)后，蘇媽僅僅用了4年時(shí)間一口氣讀完了碩士和博士的全部課程，于是年僅24歲時(shí)的蘇媽就的獲得MIT的電機(jī)博士學(xué)位順利畢業(yè)！
1994年，蘇媽頂著MIT電機(jī)博士的光環(huán)到德儀工作，在德州儀器工作了很短一段時(shí)間后，蘇媽加入了IBM。在IBM的逾10年光陰里，她不僅僅僅帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行集成電路技術(shù)創(chuàng)新方面的工作，最重要是蘇媽在IBM創(chuàng)奇人物尼古拉斯.多諾弗里奧身邊學(xué)習(xí)到很多優(yōu)秀的管理才能，經(jīng)驗(yàn)以及如何應(yīng)對困難，解決問題的信心和文化。
在IBM，蘇媽有段時(shí)間負(fù)責(zé)開發(fā)了新的互聯(lián)工藝——銅互聯(lián)材料，當(dāng)時(shí)的互聯(lián)工藝制程還是鋁-鎢工藝，于是她立排眾議，主張用銅來代替鋁導(dǎo)線。這是因?yàn)殂~比鋁的電阻系數(shù)要低3倍，而低電阻系數(shù)，能夠減少發(fā)熱量，方便未來集成更多的晶體管數(shù)量。
但是銅互聯(lián)材料也面臨一系列的工藝難題，首先銅很容易在二氧化硅上擴(kuò)撒而導(dǎo)致漏電，極容易導(dǎo)致晶體管失效；其次銅無法用干法刻蝕，而且附著性不如鋁，因此銅互連工藝和過去的鋁互連工藝相比難度大不止一丁半點(diǎn)。最終蘇媽最終帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)突破了技術(shù)瓶頸。首先用CVD法形成一層摻入氟離子的二氧化硅，形成FSG的Low-K（低介電常數(shù)）材料的緩沖層，同時(shí)刻蝕部分區(qū)域形成形狀，接著再用PVD法（物理氣相沉積）分別沉積成鉭，氮化鉭和銅種子層，再用電鍍法沉積銅溶液形成銅互連，同時(shí)改進(jìn)CMP銅拋技術(shù)，解決表面不平整問題，從而進(jìn)一步提高了高晶體管的密度，降低損耗，最終成功實(shí)現(xiàn)讓芯片的性能提升了2倍。這一整套工藝有個(gè)形象而古老的名字——大馬士革工藝，又叫鑲銅工藝，一直沿用至今，成為12英寸金屬互聯(lián)布線工藝的核心，蘇媽功不可沒！
銅互聯(lián)+Low-K工藝在IBM發(fā)明后于1998年推向市場，成為8英寸130nm到12英寸工藝90nm的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)，而這次銅工藝革命也影響著當(dāng)時(shí)臺灣兩大代工巨頭聯(lián)電和臺積電的命運(yùn)。最終這場工藝大戰(zhàn)中，臺積電由蔣爸帶著梁孟松等一干得力干將用更好的技術(shù)打敗了聯(lián)電而贏得了勝利。（點(diǎn)贊過千，UP這段歷史）
銅互聯(lián)制程的成功很快讓蘇媽脫穎而出，升任IBM研發(fā)部門主管。隨后IBM撥下一筆經(jīng)費(fèi)，研發(fā)Cell Chip。這種早期的異構(gòu)架多核心的解決方案，讓眾多游戲廠商的主機(jī)性能突飛猛進(jìn)，索尼的PS3對比PS2性能提升了一千倍！甚至還能處理3D圖形和音效，隨后微軟的X-BOX和任天堂也找上門來，三大游戲廠商都開始使用這套技術(shù)。于是蘇媽又多一個(gè)新稱號：Video Game Technology Queen！游戲女王！
這次開發(fā)異構(gòu)架多核的經(jīng)歷彌足珍貴，也讓蘇媽對異構(gòu)架芯片集成有了更深刻的理解，讓日后AMD和英特爾大戰(zhàn)中絕地翻盤埋下伏筆。
2007年，F(xiàn)reescale Semiconductor（飛思卡爾）邀請?zhí)K媽擔(dān)任首席技術(shù)官。飛思卡爾原本是摩托羅拉的一個(gè)事業(yè)部，曾為阿波羅登月項(xiàng)目生產(chǎn)芯片，后被剝離出去成立新的公司。蘇媽到飛思卡爾之后任CTO，主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)芯片業(yè)務(wù)，最終帶領(lǐng)飛思卡爾在2011年上市，再一次證明了自己的才華。（飛思卡爾后被荷蘭NXP收購，收購?fù)瑫r(shí)NXP為了過反壟斷審查，把自己原來的功率器件業(yè)務(wù)和射頻業(yè)務(wù)拆分也就是現(xiàn)在的安世半導(dǎo)體和安譜隆，后均被建廣資產(chǎn)收入囊中，其中安世賣給了聞泰科技，最近安譜隆賣給了錫產(chǎn)微芯，點(diǎn)贊過千，UP這段故事）
2012年，陷入谷底的AMD，已經(jīng)到了崩潰邊緣，股價(jià)不足1.6美金。
在這種生死存亡的關(guān)頭，AMD花高價(jià)請來了剛剛帶領(lǐng)飛思卡爾上市的蘇媽來救急。
當(dāng)時(shí)恩師多諾弗里奧已經(jīng)從IBM退休，但沒閑著而是進(jìn)入了AMD董事會幫助AMD籌劃扭虧戰(zhàn)略。AMD的問題根深蒂固，但也有一群天才工程師和以及獨(dú)家知識產(chǎn)權(quán)，因此急需一個(gè)強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)人帶領(lǐng)AMD脫困，于是多諾弗里奧就請來自己的愛徒蘇媽。
多諾弗里奧回憶道，當(dāng)時(shí)對蘇媽說：“這個(gè)時(shí)機(jī)太適合你了?！?/p>
“您說的太對了?！碧K媽爽快地答應(yīng)下來。
于是蘇媽在2012年離開飛思卡爾加入AMD任CTO。她迅速組建團(tuán)隊(duì)，首先在游戲業(yè)務(wù)方面投入資源，幫助AMD做到了這個(gè)領(lǐng)域的老大，憑借這個(gè)業(yè)務(wù)賺取的利潤，減輕了AMD此前連年虧損帶來的壓力，幫助AMD暫時(shí)度過了危機(jī)。
2014年，蘇媽因?yàn)楣ぷ鞒錾珡腃TO升任CEO，帶領(lǐng)AMD第二次鳳凰涅槃。
蘇媽上任之后，經(jīng)過深思熟慮認(rèn)為：“我們擁有世界領(lǐng)先的技術(shù)，但我們同時(shí)開發(fā)的產(chǎn)品太多，導(dǎo)致我們沒有明確的目標(biāo)和重點(diǎn)。”
隨后，她提出了AMD公司的三大目標(biāo)：打造偉大產(chǎn)品，深化合作伙伴關(guān)系，簡化業(yè)務(wù)運(yùn)營，讓AMD重新聚焦于自身最擅長的CPU和GPU研發(fā)，承諾按時(shí)推出新產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)AMD并沒有盲目跟從移動端處理器的開發(fā)，而是長期聚焦在高性能計(jì)算市場，重點(diǎn)市場包括數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦、游戲主機(jī)等。面向高性能計(jì)算，爭奪高端市場，逐漸成為AMD發(fā)展的主要策略。
在2017年，AMD憑借推出的全新研發(fā)的"Zen"核心架構(gòu)，大獲全勝，打破了英特爾在市場上長期的主導(dǎo)地位。
為什么積貧積弱的AMD在蘇媽帶領(lǐng)下短短幾年時(shí)間就突然大翻盤？
在這個(gè)過程中，蘇媽干了三件非常重要的事：第一、請回幾位技術(shù)大牛，并充分相信他們，讓他們盡情發(fā)揮；第二、芯片制造訂單從格羅方德轉(zhuǎn)移到臺積電，讓AMD的工藝水平追上英特爾；第三、在未來芯片技術(shù)發(fā)展路線上，沒有盲目跟隨英特爾的高集成度的大核SoC路線，而是選擇了多chip的小芯片的路線。
人才引進(jìn)方面，蘇媽邀請了前IBM重臣、曾幫助史蒂夫.喬布斯開發(fā)用于iPhone系列芯片的多諾福里奧擔(dān)任首席技術(shù)官，還引進(jìn)其他明星工程師，其中包括拉加.庫德里。當(dāng)蘇姿豐2015年將AMD所有圖形芯片業(yè)務(wù)整合為一家公司，選擇的負(fù)責(zé)人就是拉加·庫德里。
當(dāng)然最重要的還有辣個(gè)男人，曾經(jīng)AMD輝煌的締造者——Jim Keller
"硅仙人"—— Jim Keller
前文提到過，在“鐘擺策略”下的英特爾猶如精密的戰(zhàn)爭機(jī)器，是這個(gè)世界上最可怕的競爭對手。英特爾在構(gòu)架上和制造工藝方面，遙遙領(lǐng)先于AMD。
怎么辦？
AMD如果還想逆襲那必須拋棄原有的構(gòu)架重新開發(fā)一款新的構(gòu)架，同時(shí)制造工藝上要能和英特爾看齊。
帶領(lǐng)這些天才工程師開發(fā)新構(gòu)架，誰能擔(dān)起這個(gè)重?fù)?dān)？蘇媽的選擇是請回當(dāng)年開發(fā)K7&K8構(gòu)架，以及HT總線技術(shù)的總設(shè)計(jì)師，在硅谷有著“硅仙人”外號之稱的 Jim Keller。
被蘇媽拉過來開發(fā)新產(chǎn)品之后就變成這樣了，暴瘦幾十斤，我很想知道Jim Keller在蘇媽手上到底經(jīng)歷了什么？
Jim keller 外號叫“硅仙人”。
關(guān)于他段子頗多，什么“Jim Keller 站在任何一家公司大門口20秒，就會自動變成高管”，“AMD 有個(gè)按鈕，有難的時(shí)候一鍵就能把Jim keller 召回”……
雖然都是調(diào)侃，但是顯然是對Jim Keller一生化腐朽為神奇能力的極大肯定。
Jim Keller 畢業(yè)于賓西法尼亞州立大學(xué)，在那里獲得了電子工程學(xué)士學(xué)位。與其他芯片領(lǐng)域大神常見的動不動就是名校博士生不同，Jim Keller學(xué)位一直就是學(xué)士，但是學(xué)士學(xué)位就有這樣的非凡成就，真乃神人也。
畢業(yè)后，Jim Keller 供職于當(dāng)時(shí)如日中天的DEC公司，并且一干就是15年。
當(dāng)他是一個(gè)芯片新人的時(shí)候，當(dāng)時(shí)在DEC接受培訓(xùn)，有人進(jìn)來講了一個(gè)關(guān)于構(gòu)架層次設(shè)計(jì)問題，然后Jim Keller覺得這個(gè)人說的一半有道理，另一半則非常愚蠢，然后就和這個(gè)人開始爭論。一個(gè)小時(shí)后，誰也沒有說服誰，直到這個(gè)人走了，旁邊的人才告訴Jim Keller，那個(gè)人是戈登.貝爾，我們DEC的首席技術(shù)官。
這位戈登.貝爾也是一位技術(shù)大牛，被譽(yù)為“小型機(jī)之父”，還有一個(gè)以他命名的獎項(xiàng)，戈登.貝爾獎（GORDONBELL PRIZE），主要頒發(fā)給高性能應(yīng)用領(lǐng)域最杰出成就，通常會由當(dāng)年TOP500排行名列前茅的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用獲得，中國的太湖之光的應(yīng)用也曾獲得此殊榮。能夠和自家CTO爭論一番也是人才，不過在Jim Keller 眼里才不管你是不是CTO，是不是技術(shù)大牛，說的有道理就贊同，沒有道理就要力爭一番。
在DEC的十五年，Jim Keller 參與和主導(dǎo)了并參與了Alpha 21164和21264兩款處理器的設(shè)計(jì)，這兩款處理器影響了很多架構(gòu)師和設(shè)計(jì)者，而他也從“初生牛犢不怕虎”的敢和CTO當(dāng)面爭論的芯片新人成長到一個(gè)可以獨(dú)擋一面的芯片架構(gòu)大師。
（Alpha 成就 Get)
離開DEC之后，Jim keller 開始了他開掛般的人生。
Jim keller先是在AMD擔(dān)任處理器K7&K8的架構(gòu)師，前文提到的K8構(gòu)架中的HT總線技術(shù)就是他的手筆，K8架構(gòu)第一次讓AMD具備了可以和英特爾掰掰手腕的能力，同時(shí)還參與設(shè)計(jì)了X86-64的架構(gòu)設(shè)計(jì)，X86-64架構(gòu)使AMD第一次在技術(shù)路線上領(lǐng)先了英特爾，這兩項(xiàng)成就都讓Jim keller名聲大震。
( X86 成就 Get）
隨后Jim Keller 去了sibyte 做基于MIPS的網(wǎng)絡(luò)處理器。后來2004年離職加入P.A. Semi。
（MIPS & Power／PowerPC 成就 Get）
2008年，蘋果出手收購P.A. Semi，Jim Keller也自然成為蘋果公司的員工。在蘋果工作期間，Jim Keller主持設(shè)計(jì)了蘋果A4、A5兩代移動處理器，用在iPhone 4/4s、iPad/iPad2等產(chǎn)品上。而從iPhone 4時(shí)代開始，蘋果引領(lǐng)了整個(gè)智能手機(jī)時(shí)代，成為這個(gè)時(shí)代的巨無霸，其中A4/A5處理器的成功研發(fā)，奠定了蘋果自研手機(jī)處理器之路，這讓苛刻的喬布斯都感到非常滿意。要知道蘋果最早的iPhone3的處理器來自于三星，能夠拋開三星，自主設(shè)計(jì)定制自己的處理器這個(gè)是一個(gè)非常大的進(jìn)步，最關(guān)鍵的是在Jim Keller帶領(lǐng)下，蘋果鍛煉出一支實(shí)力強(qiáng)悍的芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。自此蘋果手機(jī)的處理器始終保持極高的水準(zhǔn)，甚至引領(lǐng)業(yè)界開創(chuàng)64位處理器，并且定義了其中相當(dāng)多的64位指令集。難怪當(dāng)年iPhone 6年代蘋果能把眾多安卓廠商吊著打，這和蘋果先進(jìn)的處理器構(gòu)架以及指令集構(gòu)架方面的優(yōu)勢密不可分，ARM的64位處理器都是我定的標(biāo)準(zhǔn)，是我?guī)е魑煌娴模魑幌牒臀野馐滞螅?/p>
（ARM 成就 Get）
2012年，Jim Keller 被蘇媽“一鍵召回”，重回AMD然后繼續(xù)他的封神之路?；貧wAMD后，他開始著手主持設(shè)計(jì)新一代微架構(gòu)，代號為：Zen，這是一個(gè)革命性的架構(gòu)，這個(gè)架構(gòu)號稱將把AMD處理器性能提升40%。
當(dāng)時(shí)項(xiàng)目組的都覺得這是無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。大家都是在這個(gè)行業(yè)的人，都有自己專業(yè)的判斷力，性能突然提高40%？這怎么可能？當(dāng)時(shí)的副總裁Suzanne打電話給Jim Keller說，”Zen“項(xiàng)目組不相信這個(gè)目標(biāo)是合理的，因?yàn)樘鰧?shí)際了，不相信這個(gè)目標(biāo)可以達(dá)成。Jim Keller則回復(fù)：我需要一個(gè)會議室和一塊白板。
（可見芯片公司有一塊好的白板有多重要）
當(dāng)進(jìn)入會議室時(shí)，面對眾人的質(zhì)疑，他開始舌戰(zhàn)群儒，向大家解釋為什么”Zen“可以做到。
Jim Keller的理念是：AMD已經(jīng)大幅落后于英特爾，但是路線圖并不激進(jìn)。 如果處于落后地位，還按部就班，那么就是死局。因此為了扭轉(zhuǎn)局面，至少要目標(biāo)要定在性能提高40%上，他計(jì)劃把Zen做成一個(gè)大核，讓IPC每個(gè)時(shí)鐘執(zhí)行的指令數(shù)目更多，同時(shí)設(shè)計(jì)新的總線，處理器更大的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非常重要，保證整體設(shè)計(jì)不弱于英特爾。
會上發(fā)生了激烈的爭論，最終在Mike Clark（AMD功勛元老，AMD企業(yè)院士）力推之下，成功的說服了所有人。 Mike Clark說，雖然過程中有很多困難，但是這些問題都可以解決，并非遙不可及，“我們很難才去說服我們的團(tuán)隊(duì)我們能夠?qū)崿F(xiàn)40%的改進(jìn)，這是一個(gè)非常難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。但是為了更具競爭力，我們必須實(shí)現(xiàn)！”
最后的故事，大家都知道了，“Zen ”大獲成功，成就AMD第二次鳳凰涅槃。
“Zen”架構(gòu)成為了AMD歷史上又一款著名的架構(gòu)，Jim Keller 也獲得了“Zen之父”的美譽(yù)。不過Jim Keller 則謙虛的稱：“我最多算Zen的叔叔，畢竟代碼不是我寫的”。但是確實(shí)團(tuán)隊(duì)在他帶領(lǐng)下脫胎換骨，戰(zhàn)力飆升。
2015年，“Zen”發(fā)布后，好評如潮，AMD大獲成功，只是那時(shí)他已經(jīng)離開AMD，并未看到Zen上市那一刻。盡管Jim Keller 已離開AMD，但是他帶出來的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠獨(dú)當(dāng)一面，這保證AMD香火不斷，未來依然有一戰(zhàn)之力。
從Zen到現(xiàn)在最新的Zen5， Jim Keller說出了一個(gè)事實(shí)：就是芯片設(shè)計(jì)要考慮長遠(yuǎn)，沒有前瞻性的路標(biāo)，就會處處受挫，步步落后于對手。芯片的研發(fā)周期，特別是大型芯片的研發(fā)周期在12個(gè)月甚至更長的時(shí)間，從構(gòu)想，設(shè)計(jì)，量產(chǎn)，市場反饋，短則1-2年，長則更久，因此要看到5年后的芯片形態(tài)就非常重要，這需要Leader有足夠的的遠(yuǎn)見，幸好Jim Keller就是這樣富有遠(yuǎn)見且堅(jiān)韌不拔的家伙。
Jim Keller的理念就是：做正確的事，而不是容易的事，因?yàn)閮H做容易的事，往往就是投機(jī)取巧。
2015年9月，Jim Keller再次離職AMD，這一次是被“鋼鐵俠”埃隆.馬斯克說服，Jim Keller要給特斯拉的自動駕駛研制世界上最好的Ai芯片！這次在Jim Keller在特斯拉工作三年，最終特斯拉的研發(fā)的Hardware 3.0 FSD Ai芯片最終成為業(yè)界最強(qiáng)。
（Ai 芯片成就 Get）
2018年，Jim Keller 入職英特爾。在英特爾，他領(lǐng)導(dǎo)了10000人的工程師團(tuán)隊(duì)，這個(gè)記錄很難被打破，由于和英特爾簽署保密協(xié)議的，所以這個(gè)階段Jim Keller到底做了些什么，一直諱莫如深。
2年后，2020年，Jim Keller離開英特爾去創(chuàng)業(yè)，擔(dān)任Tenstorrent的聯(lián)合創(chuàng)始人兼任CTO，負(fù)責(zé)Ai方面的創(chuàng)業(yè)工作。Jim Keller這次是在Ai/ML芯片領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)顯額很有信心和激情。一方面是因?yàn)榭捎^的股份，另一方面也有對他忽悠來創(chuàng)業(yè)朋友的承諾。
Jim Keller 除了高瞻遠(yuǎn)矚的把控未來芯片發(fā)展之路外，最重要的是能打造一支一流的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，在AMD如此，在蘋果如此，在特斯拉也是如此，強(qiáng)將手下無弱兵！
（卓越的領(lǐng)導(dǎo)力&培養(yǎng)力&組織力 成就 Get）
AMD的殺手锏——Infinity Fabric
在Zen系列上，除了對原有指令集和構(gòu)架的更新，最重要的是，徹底貫徹Jim Keller的理念，即基礎(chǔ)構(gòu)架是最要的！這次又他又拿出新玩意兒，一款新的總線技術(shù)—— Infinity Fabric 總線。
Infinity Fabric 脫胎于原來的HT總線技術(shù)，但是和HT技術(shù)并不兼容。相比對外開放的HT總線技術(shù)，Infinity Fabric總線則是AMD的專利技術(shù)，想要用要必須給AMD交授權(quán)費(fèi)。
Infinity Fabric 總線由傳輸數(shù)據(jù)的SDF（Infinity Scalable Data Fabric）和負(fù)責(zé)控制的 SCF （Infinity Scalable Control Fabric）兩個(gè)系統(tǒng)組成。如果把Infinity SDF比作芯片運(yùn)輸數(shù)據(jù)的血管，Infinity SCF就是芯片的神經(jīng)了。
可以說Infinity Fabric 是AMD這個(gè)時(shí)代的基石，它的傳速速率從30GB/s開始最高可以到512GB/s，這個(gè)水平已經(jīng)超過英特爾的總線了。
AMD有了新的總線構(gòu)架，于是又提出了一個(gè)新的理念：讓不同類型的芯片進(jìn)行異構(gòu)融合。
AMD收購ATi之后，擁有了CPU和APU/GPU技術(shù)，但是如何“融合”到一起變成難點(diǎn)，因?yàn)镃PU和APU都屬于比較難大型數(shù)字電路，設(shè)計(jì)難，制造也難。因此AMD提出這么一個(gè)設(shè)想：能不能分開設(shè)計(jì)和制造再用一條總線連接到一起？變成一個(gè)組合方案？這樣就能更靈活更高效的拿出產(chǎn)品方案。
于是AMD開始動手，開啟核心模塊化之路。
CCX到CCD的嘗試
首先AMD在銳龍?zhí)幚砥髦凶鲆恍﹪L試，多核CPU的堆疊開始走模塊思路，即CCX到CCD。
CCX是CPU Complex的縮寫，它是AMD Zen架構(gòu)的最基本組成單元，每個(gè)CCX整合了四個(gè)Zen內(nèi)核，每個(gè)核心都有獨(dú)立的L1與L2緩存，核心內(nèi)部擁有完整的計(jì)算單元，不再像此前的推土機(jī)架構(gòu)共享浮點(diǎn)單元，這四個(gè)核心將共享L3緩存，每個(gè)核心都可以選擇性的附加SMT超線程，另外CCX內(nèi)部的核心是可以單獨(dú)關(guān)閉的。
基于Zen架構(gòu)的產(chǎn)品中可以存在多于一個(gè)CCX，其實(shí)非APU的產(chǎn)品內(nèi)部都有兩個(gè)CCX，即使是銳龍5 1500X這樣的四核處理器也是由兩個(gè)CCX所組成的，而銳龍5 2400G這樣的APU和所有的AMD移動處理器內(nèi)部都只有一個(gè)CCX，CCX之間使用高速Infinity Fabric進(jìn)行通信，這種模塊化設(shè)計(jì)允許AMD根據(jù)需求擴(kuò)展核心、線程和緩存數(shù)量，針對消費(fèi)客戶，服務(wù)器和高性能計(jì)算市場推出不同的產(chǎn)品。
嘗到甜頭之后AMD再前進(jìn)一步，在CCX基礎(chǔ)上改進(jìn)出CCD模塊。
CCD是Core Chiplet Die的縮寫，是伴隨新的Zen2架構(gòu)處理器所誕生的縮寫。Zen2架構(gòu)處理器不是一個(gè)封裝在一起的大核心，而是被分為了CCD核心以及I/O核心兩個(gè)部分，其中CCD核心是單純的計(jì)算核心，里面包含兩個(gè)CCX，也就是每個(gè)CCD是8核16線程的，而內(nèi)存、PCI-E、USB以及SATA控制器都被整合到I/O核心里面，而這些核心會被一同封裝進(jìn)一顆銳龍3000系列處理器里面。
然后CCD核心以及I/O核心之間采用第二代Infinity Fabric總線連接，它在擴(kuò)展性、延遲和能效方面都有所提升，總線位寬從256-bit翻倍到512-bit，單位功耗降低了27%之多。AM4平臺上所用的I/O核心最多可與兩個(gè)CCD相連，也就是最多16核，而TR4平臺上所用的I/O核心是可連接8個(gè)CCD的，所以最多可達(dá)64核。
把計(jì)算核心和I/O核心分開這樣的設(shè)計(jì)其實(shí)有點(diǎn)像以前的南北橋設(shè)計(jì)，CPU只負(fù)責(zé)計(jì)算，而通信都交給北橋，而南橋則是北橋的一個(gè)手下，只不過AMD現(xiàn)在是把CPU和北橋封裝到一塊PCB上罷了。
雖然這樣設(shè)計(jì)必然會增大延遲，同時(shí)這樣結(jié)構(gòu)并不利于CPU核心與內(nèi)存控制器之間的數(shù)據(jù)交換，作為補(bǔ)救措施AMD增加了Zen 2架構(gòu)內(nèi)的L3緩存，與上代相比直接翻了一倍，并且使用了新的指令預(yù)測機(jī)制，延遲的問題其實(shí)很大程度上已經(jīng)得到了解決。
但是從綜合性能上看，單核損失的性能可以靠堆疊更多的CCD模塊實(shí)現(xiàn)，你四核，我就六核，你八核，我就十核，多核心可以帶來的性能巨大提升，雖然看似成本更高，但是因?yàn)樵O(shè)計(jì)難度和制造難度遠(yuǎn)低于競爭對手，反而綜合成本更低，傳導(dǎo)到終端產(chǎn)品體現(xiàn)出更好的性價(jià)比優(yōu)勢，最終實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。
這種分開設(shè)計(jì)，模塊化組合思路被證明是可行的，而這一切都因?yàn)镮nfinity Fabric 總線成為現(xiàn)實(shí)。
接著AMD為了讓CPU，GPU，APU以及其他高性能運(yùn)算核心能夠更好的互相協(xié)同工作。AMD提出了“融合”+“黏合”的概念。
Infinity Fabric 定義了AMD內(nèi)部SoC IP區(qū)塊的通用控制方式，無論是“融合”或是“黏合”都能有一個(gè)條高效，高性能的總線串聯(lián)其各個(gè)核心，滿足海量的數(shù)據(jù)交換。甚至PlayStation4和Xbox One后繼機(jī)種的SoC都可以這樣設(shè)計(jì)。
其實(shí)這就是Chiplet小芯粒的設(shè)計(jì)思路的運(yùn)用。
使用了Chiplets小芯片的設(shè)計(jì)思路，通過用不同的工藝制造后，再來集成到一起。Chiplets設(shè)計(jì)不同于以往的英特爾奔騰D的“膠水雙核”，本質(zhì)上是把不同工藝、不同架構(gòu)的芯片電路按需搭配，比單純的硬拼要高明多了，工藝也復(fù)雜多了，需要運(yùn)用TSV通孔硅技術(shù)和2D/2.5D/3D 封裝技術(shù)。
Infinity Fabric 成為AMD的技術(shù)與產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的基石！
極致性價(jià)比的秘密
總線Infinity Fabric技術(shù)雖好，但是看起來似乎使用比競爭對手更多的核心，成本的問題不可能被忽視，這樣如何平衡性能和成本之間的關(guān)系呢？
上文提到，Zen2中，CCD和I/O實(shí)際上分開生產(chǎn)，再封裝到一起。這里AMD又來了次業(yè)界首創(chuàng)。將處理器各種模塊用不同的工藝生產(chǎn)！
比如CCD核心使用7nm工藝生產(chǎn)，而I/O核心則采用更為成熟的12nm工藝。所以Zen2是一個(gè)“7+12”的混合制造方案。
在7nm節(jié)點(diǎn)上，一款芯片的流片時(shí)僅支付的IP費(fèi)用高達(dá)3億美元，哪怕對于AMD這樣大公司而言成本也是相當(dāng)昂貴。CPU核心對性能要求高，對功耗也敏感，提升工藝對CPU核心來說大有裨益，好鋼要用在刀刃上，因此核心單元用7nm工藝制造。而I/O核心整合了內(nèi)存控制器、PCI-E控制器等I/O單元，這部分電路對性能、功耗要求沒那么高，而且I/O單元并不容易隨著工藝微縮，所以使用的是相對低一檔的工藝，因此使用改良版的12nm工藝足以。
于是就有這“7+12”的混合工藝制造方案。
這種把各種裸芯片封裝到一起是不是有點(diǎn)眼熟？前文提到過的英特爾奔騰D系列，以及第一代酷睿處理器都使用過這樣的技術(shù)，甚至蘇媽早期給游戲機(jī)公司搞的Cell Chip 也有異曲同工之妙。
最重要的是這樣的方案，芯片面積差別太大了，導(dǎo)致成本天差地別，有人會不解，按理用低一檔的工藝不是會導(dǎo)致芯片面積更大嗎？
我們拿英特爾14nm時(shí)期Skylake架構(gòu)的那幾兄弟舉例：
七代i7，原生4C Ring，Die面積為122mm2左右；
八代i7，原生6C Ring，Die面積為153.6mm2左右；
9900K，原生8C Ring，Die面積為180mm2；
11900K：原生8C Ring，Die面積為280mm2，
可以看到，隨著CPU的微架構(gòu)每次帶動IPC/CPI大進(jìn)步的時(shí)候都會帶動微架構(gòu)規(guī)模的暴漲（變得更寬、更深、更多），最終導(dǎo)致CPU Die（裸芯粒）的面積不斷增大。
面積這么大有個(gè)最直接問題——成本奇高無比，同時(shí)也帶來更大的功耗。
晶體管數(shù)量更多，就會使晶粒的面積更大，那么最終在12英寸晶圓上可切割的數(shù)量會更少，而且如果晶圓上某個(gè)點(diǎn)存在缺陷，就會導(dǎo)致這個(gè)面積下的整個(gè)芯粒直接報(bào)廢，因此最終得到的能用的CPU會更少，最終成本居高不下。
在Zen 2架構(gòu)中，一個(gè)chiplets芯片的總面積才74mm2，其中CCX+16MB L3緩存的核心面積才31.3mm2，同比減少了47%，一方面是因?yàn)?nm工藝的密度優(yōu)勢，一方面也跟Zen2的CCX只有CPU核心有關(guān)，減少了I/O單元后富裕的空間可以大幅增加L3緩存，因此每個(gè)CCX翻倍到16MB L3緩存，但是CCX核心面積依然減少一半左右。
拿AMD的一個(gè)CCD核心面積只有80mm2都不到和英特爾280mm2的芯片一比，高下立判。同樣一片12英寸的晶圓上切割的可用晶粒的數(shù)量AMD比英特爾多好多倍，因此成本大幅低于英特爾，而且節(jié)省下來的空間就上來更大的L3緩存，更大的緩存帶來性能上的提升也是肉眼可見的！
芯片有三大核心指標(biāo)，P.P.A，Performance(性能)，Power(功耗)，Area(面積尺寸），無論除了性能和功耗，面積也是必須要考慮的問題。面積越大，良率就很容易下降，成本就會上升，因此如何如何不能忽視面積這個(gè)關(guān)鍵因素。
當(dāng)然混合生產(chǎn)之后還要封裝到一起難度也不小，于是AMD的神隊(duì)友來了！
不再坑爹的隊(duì)友
構(gòu)架的問題基本得到解決，新型總線技術(shù)也開始發(fā)揮威力，接著就是芯片制造的問題，畢竟再好的設(shè)計(jì)理念也要造出來才能賺錢。
AMD此前被英特爾吊打的原因，除了核心構(gòu)架設(shè)計(jì)不如英特爾之外，還有一點(diǎn)極其重要的原因就是豬隊(duì)友坑爹的制造水平拖累。
誰？
曾經(jīng)的“女朋友”，格羅方德。
格羅方德之前是AMD的制造部門，在AMD收購ATi之后，將其制造部門拆分，隨后引入阿布扎比先進(jìn)技術(shù)投資公司(ATIC)這個(gè)土豪爸爸后組建了一家新公司——格羅方德，Global Foundries，簡稱GF，戲稱“AMD女朋友”。
雖然從AMD拆分，但是兩家人依然保持良好的關(guān)系。AMD依然把CPU制造的訂單交給格羅方德。但是格羅方德糟糕的工藝水平，拉胯的良率，巨大的發(fā)熱量，以及不確定的交期，總在關(guān)鍵時(shí)刻掉鏈子把AMD坑的不要不要的。再加上AMD不成熟的設(shè)計(jì)，于是就造成那幾年AMD與英特爾競爭中處處落下風(fēng)。
蘇媽上臺之后，雖然依然保持和格羅方德合作，但是逐漸把訂單轉(zhuǎn)給了芯片制造水平不弱于英特爾的另外一個(gè)集成電路制造大廠——臺積電，TSMC。
2018年，AMD新產(chǎn)品上市當(dāng)時(shí)EPY、Ryzen都來自格羅方德14nm工藝，當(dāng)時(shí)AMD和臺積電的合作并不深，臺積電的16nm只負(fù)責(zé)少數(shù)半定制APU。Zen2 上來的時(shí)候AMD想使用7nm制程。結(jié)果格羅方德又拉胯了，明確表示放棄7nm先進(jìn)制程的研發(fā)。
無奈之下AMD只能選擇和臺積電加強(qiáng)合作，于是從Zen2開始全面導(dǎo)入臺積電N7以及N7+工藝。（N7+工藝開始導(dǎo)入ASML的EUV光刻機(jī)）
結(jié)果大獲成功！
AMD對臺積電的高水平的工藝以及良率贊不絕口，果斷加大投片量，如今成為臺積電最大的客戶之一。
臺積電的N7工藝，特別是N7+業(yè)界第一個(gè)導(dǎo)入EUV光刻機(jī)制程，使得臺積電的制造水平無人出其左右，這樣AMD的7nm芯片與Intel的10nm不相上下。不僅如此，而且還在時(shí)間進(jìn)度上贏了，而AMD的7nm工藝的高性能桌面版處理器出貨早于英特爾的10nm處理器。雖然英特爾的10nm制程和臺積電N7制程相比，并不是簡單看數(shù)字大小就判定誰的工藝更先進(jìn)，因?yàn)榇S的工藝節(jié)點(diǎn)和英特爾這類IDM的工藝節(jié)點(diǎn)很多地方都是完全不一樣的，雖然看起來7nm比10nm更先進(jìn)，但是事實(shí)上英特爾的10nm和代工廠的7nm綜合水平相差無幾，但是對于并不專業(yè)的消費(fèi)者來講，7nm和10nm兩款差不多的CPU放在你面前，你選誰？
7nm，真香！
正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，使得AMD在7nm銳龍?zhí)幚砥魃洗蛄艘粋€(gè)漂亮翻身仗，這是十多年來AMD首次在工藝及性能上能和英特爾齊平，絕對是歷史性時(shí)刻。
曾經(jīng)英特爾引以為傲的集成電路制造工藝水平，在臺積電的加持下，使得AMD追上。而英特爾自己的7nm的工藝，就像孔乙己欠咸亨酒店的那十九個(gè)銅板一樣，不知猴年馬月才能兌現(xiàn)。哦不，人家現(xiàn)在直接把7nm產(chǎn)品改名叫 “intel 4”，一步到“胃”。
更好的總線技術(shù)加上模塊化的設(shè)計(jì)，再加上高水準(zhǔn)的臺積電制造工藝，以及更低成本制造方案，從性能到能效到成本都是質(zhì)的變化！銳龍系列處理器，以價(jià)格不到同檔次英特爾i7/i9一半的價(jià)格，讓落后多年的AMD拿回高性能CPU市場的門票， 用更強(qiáng)的性能，超高的性價(jià)比把英特爾碾壓了！
從此這個(gè)市場不再是英特爾的獨(dú)角戲，英特爾也不再擠牙膏，DIY玩家期待的雙雄爭霸局面又回來了。
臺積電的秘密武器
臺積電不僅用先進(jìn)工藝帶領(lǐng)著AMD進(jìn)入7nm，更重要是臺積電用了5年的時(shí)候摸索出一套新技術(shù)，而這套技術(shù)成為后摩爾時(shí)代的臺積電安身立命之法寶！
前文提到過了，AMD的CCD模塊和I/O集成到一起，是分別用7nm和12nm工藝制造，然后在集成到一起的封裝方案。這種混合封裝方法，最早應(yīng)該是蘋果iwatch上出現(xiàn)。2014年，蘋果的iwatch驚艷亮相，小小的iwatch內(nèi)有各種傳感器，控制，算法，藍(lán)牙無線模塊等各種芯片，如果在普通PCB板上集成這些芯片，那iwatch怕是比你手掌還大，當(dāng)時(shí)臺積電就是開發(fā)了一套先進(jìn)封裝工藝，把各種需要用的裸芯粒直接封裝到一起，大獲成功，從此之后這種先進(jìn)封裝方案在手機(jī)等消費(fèi)產(chǎn)品上大行其道，再接著就是高性能的礦機(jī)上使用，后面就是AMD這種高性能處理器也開始用這種封裝集成方案。
臺積電在為各種客戶定制的幾代產(chǎn)品的集成方案上，做了許多嘗試，最終形成了一整套先進(jìn)封裝集成工藝，包括2D/2.5D/3D封裝等。
上圖a是傳統(tǒng)的SoC 方案，在單顆芯片（Sigle Die）上實(shí)現(xiàn)最大規(guī)模的線路即把所有的IP核設(shè)計(jì)到一起，屬于傳統(tǒng)的系統(tǒng)LSI（SoC）方案。
b是3D Stack，為在邏輯芯片（Logic Die）上堆疊邏輯芯片（Logic Die）或者存儲芯片的方案（SoIC），海思巴龍5000曾用過這方案，基帶芯片下掛了一個(gè)美光3GB的內(nèi)存顆粒。
c為水平放置邏輯芯片（Logic Die）或者存儲芯片的案例。
d為在（c）的基礎(chǔ)上，堆疊傳感器芯片（Sensor Die）、高電壓線路（HV）、邏輯芯片（Logic Die），或者存儲芯片的SoIC案例，這是現(xiàn)在以及未來的異構(gòu)集成方案。
最終臺積電把各種封裝技術(shù)集合到一起推出一個(gè)新的工藝平臺和品牌，取名“3D Fabric”。
“3D Fabric”原來的2.5D/3D 集成化封裝技術(shù)重新整合而來，由前道芯片級堆疊封裝Front-end（FE 3D） 和后道先進(jìn)封裝Back-end（BE 3D）兩處工程構(gòu)成。
FE 3D之前叫TSMC-SoIC，由CoW（Chip on Wafer）和WoW （Wafer on Wafer）兩種封裝鍵合工藝。Front-end（FE 3D）是一種堆疊硅裸芯粒（Silicon Die）后并相互連接的工藝技術(shù)。有多種分類，如將采用不同代際技術(shù)生產(chǎn)的硅裸芯粒連接起來的技術(shù)、把硅裸芯粒與其他材質(zhì)的Die搭載于同一塊基板上的技術(shù)等。
通過采用硅穿孔（TSV）技術(shù)，臺積電 SoIC 技術(shù)可達(dá)到無凸起的鍵合結(jié)構(gòu)， 從而可將不同尺寸、制程、材料的小芯片重新集成到一個(gè)類似 SoC 的集成芯片中，使最終的集成芯片面積更小，并且系統(tǒng)性能優(yōu)于原來的 SoC。
Back-end（BE 3D）是一種高密度地把多個(gè)硅裸芯粒（Die）連接起來的同時(shí)，再與封裝基板連接的技術(shù)。之前，TSMC開發(fā)了用于智能手機(jī)的封裝技術(shù)“InFO（Integrated Fan-Out，集成扇出型）”在蘋果手機(jī)芯片上非常成功。而高性能計(jì)算機(jī)的封裝技術(shù)“CoWoS（Chip on Wafer on Substrate，晶圓級封裝）”包括英偉達(dá)和AMD的都使用過這套先進(jìn)封裝技術(shù)，取得不錯(cuò)的效果。
臺積電在與AMD，蘋果，高通，英偉達(dá)多年的合作中，終于把設(shè)計(jì)公司想要的方案落地變成現(xiàn)實(shí)。也讓每一代芯片都有比上一代芯片更強(qiáng)的性能。
如果說Chiplet小芯粒異構(gòu)架集成是IC設(shè)計(jì)公司的理論和想法，臺積電的“3D Fabric”則把想法落地的硬件保障。
Chiplet成為后摩爾時(shí)代的靈魂，而3D堆疊封裝則成為后摩爾時(shí)代的肉體，兩者共同從另外一個(gè)維度打開了后摩爾定律時(shí)代的大門！
總線的故事（五）—— CXL聯(lián)盟誕生
現(xiàn)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的CPU和內(nèi)存無論內(nèi)外部已經(jīng)不再有短板，只剩就是把其他其他重要的外部高性能計(jì)算單位也更好的整合進(jìn)來，例如GPU，DPU，Ai，以及其他專用ASIC了。換言之，CPU和GPU們能不能的更好的連接到一起，同時(shí)合理分配內(nèi)存資源，發(fā)揮更強(qiáng)的協(xié)同性能？
英特爾表示你們想的美！
實(shí)際上在過去幾十年的時(shí)間里，CPU的存儲子系統(tǒng)部分，幾乎是被英特爾完整地封閉在它私有的生態(tài)里面。為了賺錢英特爾想盡一切辦法限制你。比如在合作合同里面嚴(yán)格限定了能做什么、不能做什么，包括HP、Dell、聯(lián)想，任何想在內(nèi)存上做點(diǎn)手腳的優(yōu)化，都是不能做的，甚至同樣核心的一顆CPU，就因?yàn)橹С植煌萘康膬?nèi)存，都能賣兩個(gè)價(jià)格。
英特爾一直以來打造理念就是CPU是宇宙中心，這種思路為CPU銷售上的高溢價(jià)是很有幫助的。但為了維持保持這種中心化的形態(tài)，英特爾干了不少缺德的事。比較典型的案例：某些內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，缺的不是算力，就是缺內(nèi)存容量想擴(kuò)展的，不行，你得買CPU才能擴(kuò)內(nèi)存。歷史上有很多公司嘗試過某些歪路子，例如利用QPI擴(kuò)展，要么失敗，要么被英特爾制止，總之被限制死死的。
想繞開CPU，讓內(nèi)存和其他處理器直連？門都沒有！
同時(shí)英特爾還把持著PCI-E的標(biāo)準(zhǔn)。PCI-Express，peripheral component interconnect express，簡稱“PCI-E”,它是一種高速串行計(jì)算機(jī)擴(kuò)展總線標(biāo)準(zhǔn)，它原來的名稱為“3GIO”。在90年代時(shí)替代了ISA總線后，PCI總線成為計(jì)算機(jī)局里的I/O總線標(biāo)準(zhǔn)一直使用至今。在2001年，英特爾提出更強(qiáng)的PCI-Express總線標(biāo)準(zhǔn)，旨在替代舊的PCI，PCI-X和AGP總線標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)接口規(guī)范組織PCI SIG里雖然有不少其他大佬，但是由于在系統(tǒng)里PCI-E必須和CPU互聯(lián)，因此英特爾就又有很強(qiáng)的話語權(quán)。
從主板上顯卡的專用接口就從AGP變成PCI-E開始，英特爾又開始搞壟斷了。
總結(jié)起來，因?yàn)檫^去英特爾在CPU上的強(qiáng)勢，造成兩個(gè)最重要的資源內(nèi)存資源和系統(tǒng)總線PCI-E都被英特爾卡死死的，所有人都要聽命于英特爾，畢竟這是繞不過去的門檻，英特爾在CPU上隨便整點(diǎn)花樣，你就要買單，趁機(jī)就能賺更多的壟斷利潤。所以英特爾是這個(gè)世界上最封閉的家伙，出了名的吸血鬼。
近年來，因?yàn)樽约覕D牙膏能力不足，為了避免其他設(shè)備異構(gòu)架芯片比如GPGPU這些玩意兒喧賓奪主，英特爾故意阻礙了PCI-E接口的演進(jìn)，明明提頻到64G/s甚至更大帶寬的都是早就能做的事，英特爾就硬是要拖著不給增加，真拿它沒辦法。
天下苦英特爾久已！不管是誰都很想打破英特爾的壟斷。
特別英特爾拖著PCI-E不提速，其他公司早就不爽了，紛紛弄出各種總線技術(shù)組成各種聯(lián)盟來和英特爾競爭。大家都希望通過新的總線技術(shù)能突破英特爾的壟斷和封鎖，比如英偉達(dá)的NV Link，IBM主導(dǎo)的OpenCAPI，反“英特爾陣營”的Gen-Z等等。即使初衷略有不同，但它們的最終目的，簡單理解就是將內(nèi)存虛擬成一個(gè)全部運(yùn)算單元共享的共享池，不讓CPU一家獨(dú)占，同時(shí)讓自己的處理器和其他設(shè)備能夠更方便的互聯(lián)。
于是各路人馬都在總線構(gòu)架這條“芯路”上爭的面紅耳赤。不過英特爾都不當(dāng)回事，你們隨便玩，我CPU不跟，你們就翻不出什么花樣了。
其中反應(yīng)最激烈的當(dāng)屬英偉達(dá)的老黃，老黃一直都在反抗CPU為中心。
老黃一直喊話：英特爾，求你做個(gè)人吧，改改GPU和CPU之間的PCI-E接口吧，這老爺車的速度實(shí)在受不了。因?yàn)榭v使顯卡性能逆天，但是接口速度帶寬擺著，無法發(fā)揮出最強(qiáng)協(xié)同效果。
英特爾一直無動于衷，于是老黃就搞以CUDA為中心，去CPU中心化，畢竟誰愿意做配角呢？CUDA的存在從第一天起對CPU就是不友好的，因?yàn)镃UDA在GPU內(nèi)部有私有內(nèi)存，并且通過CudaHostAlloc要求CPU強(qiáng)行抓住部分主內(nèi)存地址給它用，一個(gè)大顆粒的計(jì)算任務(wù)，在GPU內(nèi)部獨(dú)立完成CPU原本承載的任務(wù)調(diào)度和內(nèi)存分配工作，在CPU隔壁建立起一個(gè)完整的獨(dú)立王國。
英特爾一直拖著不給PCI-E提速，對發(fā)揮GPU的性能影響是很嚴(yán)重的，所以英偉達(dá)不得不搞了自己的NV LINK來互聯(lián)GPU之間的交換，并且快速把速率提升到25G。不過呢，NV LINK需要額外的單板支持才能互聯(lián)，大多數(shù)單板只有PCI-E槽位，很難大范圍推廣。所以英偉達(dá)只能持續(xù)挖潛，大搞PCI-E上的GPU 直連技術(shù)，用PCI-E點(diǎn)對點(diǎn)直通，去CPU中心，這里面包含了SSD的直連技術(shù)，還有和Mellanox合作的遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存取直連。
不過英特爾也是狠角色，在skylake核心開始，PCI-E點(diǎn)對點(diǎn)直連性能只有2GB，滿帶寬32GB。英特爾說這是他們設(shè)計(jì)上的一個(gè)bug，雖然是bug，但長期駐留勘誤表，作為bug就一直沒被修正。
這個(gè)bug讓英偉達(dá)欲哭無淚，要直連就得再在單板上加裝一顆PCI-E接口開關(guān)芯片，成本高的不行。于是英偉達(dá)直接購買了網(wǎng)卡公司Mellanox，可以預(yù)見的未來，所謂DPU DOCA一定會增加某種接口或者手段，保證GPU和網(wǎng)卡之間的高效直通，繼續(xù)向去CPU中心化的道路前進(jìn)。
但是三十年河?xùn)|三十年河西。但是沒想到而云計(jì)算，Ai這一波的爆發(fā)，給了英偉達(dá)GPU帶來巨大增長空間，讓老黃笑的合不攏嘴，因?yàn)樵品?wù)為了增加算力買GPU越多，買CPU的就越少。
云計(jì)算時(shí)代下GPU大賣還是讓英特爾感到深深地不安，英特爾的CPU就是宇宙中心，就是你大爺?shù)母粍訐u了。
你要是英特爾，你咋辦？莫非笑看老黃一騎絕塵？然后回頭繼續(xù)擠牙膏？
面對GPU以及其他各路人馬的圍剿，英特爾深思熟慮一個(gè)月后做出一個(gè)違背祖宗的決定，主動把蛋糕放到了桌子上！
最終，英特爾破天荒的鼓起勇氣打開大門，搞了一個(gè)新的互聯(lián)總線標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟——CXL聯(lián)盟，表示歡迎各位大爺來玩。這個(gè)總線技術(shù)底層技術(shù)就是PCI-E。也就說英特爾把PCI-E技術(shù)拿出來，給行業(yè)讓利！
2019年3月，英特爾公布了牽頭開發(fā)的CXL開放互連技術(shù)，表示CXL互連總線技術(shù)將服務(wù)于下一代高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)中心，底層基于PCIe，可消除CPU與設(shè)備、CPU與存儲之間的計(jì)算密集型工作負(fù)載的傳輸瓶頸，顯著提升性能。
并在同年9月20日，在英特爾主導(dǎo)下，包括阿里巴巴、思科、戴爾EMC、Facebook、Google、HPE、華為、微軟等業(yè)界巨頭們聯(lián)合宣布，CXL聯(lián)盟(Compute Express Link Consortium)正式成立，并公布了新的董事會成員。
在未來隨著數(shù)據(jù)爆炸式增長，以及特定工作負(fù)載的快速創(chuàng)新，例如壓縮、加密和人工智能等促進(jìn)了異構(gòu)計(jì)算中專用加速器和通用CPU的協(xié)同工作。這些加速器不僅需要與處理器實(shí)現(xiàn)高性能連接，理想情況下，它們還能夠共享一個(gè)公共內(nèi)存，以減少損耗和延遲。在PCIe 5.0高帶寬時(shí)代，CXL將會成為一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，使加速器和CPU之間實(shí)現(xiàn)更加連貫的內(nèi)存共享。
CXL在CPU和工作負(fù)載加速器如GPU、FPGA 和網(wǎng)絡(luò)之間創(chuàng)建了高速、低延遲的互連性，使設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)內(nèi)存一致性，允許資源共享，從而獲得更高的性能、降低軟件堆棧復(fù)雜性，以及更低的總體系統(tǒng)成本。
CXL在提供CPU/設(shè)備內(nèi)存一致性，降低設(shè)備復(fù)雜性，以及在單一技術(shù)中提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)物理和電氣接口，以獲得最佳即插即用體驗(yàn)方面，有了獨(dú)特的價(jià)值，所有人都皆可以自由運(yùn)用CXL技術(shù)，給自己家產(chǎn)品或者直連別人家芯片或者和所有人更好的共用內(nèi)存空間。
CXL就像頂級食材，就看各位廚子怎么做出精美的食物了。
這就是英特爾放到桌子上的蛋糕，一次對產(chǎn)業(yè)的巨大讓利，但是也有人說這英特爾的陰謀2.0。
CXL聯(lián)盟誕生沒多久之后，之前反英特爾的Gen-Z陣營就基本倒向CXL了。
總線的故事（六）——UCle聯(lián)盟的誕生
CXL聯(lián)盟建立沒多久，在CXL基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，由更多行業(yè)大佬參加的新的總線標(biāo)準(zhǔn)UCle來了。
2022年3月3日，全球知名芯片制造商英特爾、臺積電、三星聯(lián)手芯片封測龍頭日月光，攜AMD、Arm、高通、谷歌、微軟、Meta等科技行業(yè)巨頭推出了一個(gè)全新的通用芯片互連標(biāo)準(zhǔn)：通用小芯片快連，Universal Chiplet Interconnect Express，簡稱UCle標(biāo)準(zhǔn)。
該協(xié)議專為chiplet而設(shè)置，旨在為小芯片互連制定一個(gè)新的開放標(biāo)準(zhǔn)，簡化相關(guān)流程，并且提高來自不同制造商的小芯片之間的互操作性。該標(biāo)準(zhǔn)下，芯片制造商可以在合適的情況下混合構(gòu)建芯片。
UCle聯(lián)盟之前的CXL聯(lián)盟相比，這里面多了臺積電，日月光等制造型公司，依然不變的是選擇強(qiáng)硬到底不和英特爾同流合污的老黃，（老黃不要慫，就是干它?。?，以及表示我木有興趣的蘋果。
老實(shí)說，這文長文創(chuàng)作到一半的時(shí)候看到新聞的時(shí)候?yàn)⒓疫€挺興奮的，想啥來啥，為我提供了更多的寫作素材，但是隨后表示MMP，一是又花了好多時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)UCle，拉長了本文的寫作時(shí)間，導(dǎo)致后續(xù)文章被催稿催死了，第二是UCLe標(biāo)準(zhǔn)深究之下你說英特爾的陰謀2.0我也信。
首先Chiplet的接口物理層依然是一片混戰(zhàn)，比春秋戰(zhàn)國時(shí)期的文字還混亂，目前沒有一個(gè)明確的統(tǒng)一的路徑和共識。
上表之中是幾個(gè)已經(jīng)商業(yè)用的chiplet的接口協(xié)議，包括intel、AMD、TSMC都在內(nèi)，無論是帶寬密度、延遲、能耗，差別巨大，因?yàn)樗麄兏髯栽谶M(jìn)化路徑中都選擇了其各自不同的進(jìn)化路徑。他們之間是無可能互聯(lián)的。
除開接口規(guī)格，chiplet本身的封裝形式帶來的物理約束也相差甚大。包括上文提到的臺積電“3D Fabric”的全家桶，工藝種類多，價(jià)格規(guī)格隨便選，但實(shí)際上幾種封裝技術(shù)的管腳的最小間距是不一樣的，從20微米到150微米不等，最開始不商量好，后面是無辦法弄成"die-to-die"的。
硬件之外，協(xié)議層呢？
UCle用的是PCI-E+CXL的方案。
知乎大佬夏晶晶總結(jié)：
假設(shè)你是一個(gè)chiplet接口的設(shè)計(jì)者，你希望設(shè)計(jì)一個(gè)能夠獨(dú)立自主、流芳百世的接口協(xié)議，你說，我復(fù)用PCI-E，甚至狠一點(diǎn)，intel UPI的協(xié)議 ? 行不行?
嗯，如果你在今天的俄國，你可以的。這里面的專利和授權(quán)，一環(huán)套一環(huán)不說，你覺得PCIE SIG組織同意不?
假如做一個(gè)有點(diǎn)像PCI-E一樣的接口協(xié)議行不行? 客戶信得過你嗎？還是能讀得懂你？
所以，誰能定一個(gè)chiplet協(xié)議，并且用PCIE/CXL做協(xié)議層呢？ 答案只有一個(gè)，英特爾。
再思考一下英特爾在這個(gè)局中的位置。
前一段時(shí)間有一個(gè)新聞，是說英特爾授權(quán)X86 CPU軟核IP給客戶，實(shí)際上這屁用沒有，你不可能用英特爾軟核代碼再整一個(gè)CPU出來，這里面工程量太復(fù)雜了，其次你也沒有英特爾的工藝，英特爾是IDM廠，它的標(biāo)準(zhǔn)晶體管單元制造工藝自成體系，你造不出來的。
英特爾的算盤是希望通過賣X86 核心芯粒給客戶二次集成定制的方式實(shí)現(xiàn)對原本的fabless和foundry的商業(yè)模式的超越。你認(rèn)真想一想，這種跨流程的商業(yè)模式，是不是一種極具想象力的生意? 搞得不好真的就是英特爾的二次騰飛。只要他家的芯片有競爭力，做下來比你在TSMC最先進(jìn)工藝的投片費(fèi)便宜，是不是很香，再想一想你是不是已經(jīng)付不起臺積電的投片費(fèi)了?
鬧半天，用的越多，英特爾生態(tài)圈就越大，依然是給它在砌圍墻……，所以灑家研究了半天，覺得UCLe是英特爾的一次讓利，更是一次擴(kuò)大版圖的機(jī)會，保證英特爾江山不倒。
總線的故事（七）——Mochi沒有完成的夢想
早在2015年Marvell 曾提出過一個(gè)方案，Marvell MoChi 模塊化芯片技術(shù)。
當(dāng)時(shí)提出這個(gè)想法也很簡單，保持芯片設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)降低成本，特別是制造工藝方面的成本。
在2015年，業(yè)界已經(jīng)看到隨著半導(dǎo)體工藝尺寸進(jìn)一步縮小，集成電路制造面臨的挑戰(zhàn)日益增大，“摩爾定律”日趨放緩，急需一種新方案來給“摩爾定律”續(xù)命。
從專業(yè)的技術(shù)角度而言，整個(gè)芯片分成負(fù)責(zé)運(yùn)算的數(shù)字電路部分和負(fù)責(zé)信號控制，I/O輸入輸出部分，以及緩存等各個(gè)部分。
使用越先進(jìn)的制程成本就越高昂，特別是模擬電路、I/O 等愈來愈難以隨著制程技術(shù)縮小，而且很多工藝壓根就和數(shù)字電路部分不兼容。因此對設(shè)計(jì)和制造都提出的巨大的挑戰(zhàn)。
在這種情況下，Chiplet概念應(yīng)運(yùn)而生，Chiplet走向了和傳統(tǒng)的片上系統(tǒng)SoC完全不同的道路，類似于搭建樂高積木，通過一組小芯片混搭成“類樂高”的組件。它通過將SoC分成較小的裸片（Die），再將這些模塊化的小芯片（裸片）互聯(lián)起來，采用新型封裝技術(shù)，將不同功能不同工藝制造的小芯片封裝在一起，成為一個(gè)異構(gòu)集成芯片。
前文提到的AMD的Zen2中用7nm工藝制造核心CCX模塊，用12nm制造I/O 部分，然后集成到一起成為一個(gè)CCD模塊，就是最典型的案例。
在Chiplet還沒有概念的年代，Marvell 的提出的Mochi 方案就是要以一種的新內(nèi)連技術(shù)——Mochi實(shí)現(xiàn)SoC的功能，降低研發(fā)與生產(chǎn)成本，并且可以加快上市時(shí)間。MoChi互連芯片是基于運(yùn)行速度高達(dá)8Gbps甚至更快的ARM AXI鏈路，它可以保持很低的芯片到芯片時(shí)延。MoChi鏈路可以將多個(gè)芯片以菊花鏈的形式連在一起，并且可以實(shí)現(xiàn)緊湊型串行/解串器(micro-serdes)和低電壓差分信號。
這個(gè)MoChi方案核心就是利用一個(gè)高速低延遲的內(nèi)部高速SerDes接口快速的把現(xiàn)有的Die根據(jù)需求用TSV技術(shù)封裝在一起。
這個(gè)天才般的想法是ISSCC 2015會議上由Marvell 首席執(zhí)行官Dr. Sehat Sutardja 最早提出來的。
他是個(gè)印尼華人還有個(gè)中文名叫周秀文。
只可惜當(dāng)時(shí)想法雖好，但是業(yè)界一直沒有標(biāo)準(zhǔn)總線接口，這個(gè)周秀文這個(gè)想法并沒有得到很好的應(yīng)用和落地。
隨著蘋果，英偉達(dá)，以及AMD公司使用自家總線標(biāo)準(zhǔn)搞各種互連直連，以及臺積電以及日月光等制造公司在物理層面怎么用先進(jìn)封裝把這一套技術(shù)玩熟之后。Chiplet，異構(gòu)架系統(tǒng)集成的新世界大門終于打開了！
今天UCIe技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落地，成為了未來工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互連，它可以提供高帶寬、低延遲、高功率和高成本效益的芯片封裝連接方案。UCIe 1.0標(biāo)準(zhǔn)定義了芯片間I/O物理層、芯片間協(xié)議、軟件堆棧等，基本共用了PCle和CXL這兩個(gè)協(xié)議的部分技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以說UCle就是CXL和PCle的衍生。
可惜Mochi 方案當(dāng)年就是缺這么一個(gè)互連的總線標(biāo)準(zhǔn)！Marvell 真的很可惜！
不過上文提到的什么CXL，UCLe標(biāo)準(zhǔn)落地，還是標(biāo)志著后摩爾時(shí)代的來臨！當(dāng)年周秀文的設(shè)想正在一步步實(shí)現(xiàn)。
（八）后摩爾時(shí)代下中國的領(lǐng)頭羊
周秀文有個(gè)非常厲害的妻子，叫戴偉立，兩夫妻共同創(chuàng)業(yè)成立了一家半導(dǎo)體領(lǐng)域響當(dāng)當(dāng)?shù)墓尽狹arvell，中文名叫美滿電子。
因?yàn)镸arvell上市當(dāng)天股價(jià)上漲278%，作為公司創(chuàng)始人，戴偉立女士一夜之間在財(cái)富榜上排名超過了籃球之神喬丹，于是就有媒體給戴偉立女士按了一個(gè)肯尼迪坐敞篷車——腦洞大開的外號，叫“使喬丹甘拜下風(fēng)的女人“的中二稱號……
更厲害的是，戴偉立女士有兩個(gè)哥哥，戴偉民先生和戴偉進(jìn)先生，也是中國芯片領(lǐng)域最牛逼的人物。
戴家三兄妹絕對是中國芯片界中的最牛逼最傳奇的一家人！
1995年至今，三兄妹共創(chuàng)辦了6家芯片公司，其中2家已經(jīng)上市，3家被收購。二哥戴偉進(jìn)曾經(jīng)兩度創(chuàng)業(yè)，分別是硅谷遠(yuǎn)景公司（Silicon Perspective）以及GPU IP企業(yè)圖芯芯片技術(shù)公司，大哥戴偉民也曾經(jīng)創(chuàng)辦Ultima。
其中兩家上市公司除了Marvell，還有一家就是大哥戴偉民和二哥戴偉進(jìn)的回國創(chuàng)辦的芯原微電子，一家成立于2001年8月，走過近二十載春秋于2020年上市的科創(chuàng)板公司，芯原股份（688521），原名思略微電子。
中國最具科創(chuàng)價(jià)值的科創(chuàng)板公司！
芯原微是全球第七大芯片IP授權(quán)企業(yè)，也被稱為“中國芯片IP第一股”，“中國的ARM”，其實(shí)我覺得以芯原的產(chǎn)業(yè)鏈重要性，以及戴家兄弟的水平冠以“中國IC設(shè)計(jì)基石”都沒啥問題，只可惜的二級市場能正確認(rèn)知芯原真正價(jià)值的寥寥無幾，諾安基金的蔡總算一個(gè)，灑家算一個(gè)，其他的估計(jì)也沒剩幾個(gè)，（看懂的記得留言）。
芯片IP到底是什么？
全球芯片產(chǎn)業(yè)目前已經(jīng)基本形成了芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測試三大核心環(huán)節(jié)。
其中在三大核心產(chǎn)業(yè)鏈之上是支撐產(chǎn)業(yè)鏈，其中芯片制造和封裝的支撐產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)前雽?dǎo)體設(shè)備以及材料與耗材。對于芯片設(shè)計(jì)公司而言，它的支撐產(chǎn)業(yè)鏈則是EDA工具和IP。
如果把芯片比作一座大廈的建設(shè)過程，芯片設(shè)計(jì)的負(fù)責(zé)的內(nèi)容就是出整個(gè)大廈的設(shè)計(jì)圖紙，EDA軟件就是繪制這張圖紙的操作工具，只不過相比于建筑設(shè)計(jì)，芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度要出好幾個(gè)數(shù)量級，畢竟現(xiàn)在芯片已經(jīng)到了上百億個(gè)晶體管的集成水平。
在集成電路設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)古時(shí)代，當(dāng)時(shí)芯片結(jié)構(gòu)簡單，就幾個(gè)二極管，三極管堆一起，IC設(shè)計(jì)師可通過手動作圖滿足設(shè)計(jì)要求。隨著芯片功能越來越多，性能越來越強(qiáng)，單位面積內(nèi)集成的晶體管數(shù)量以幾何數(shù)量級上升，手工作圖不可能滿足這巨大的工作量，于是EDA自動化工具誕生，且隨著摩爾定律而不斷高速發(fā)展。通過數(shù)十年的競爭和商業(yè)并購后，目前還剩下Cadence，Synopsys，Mentor三大EDA巨頭，目前EDA工具也是中國芯片一大短板之一。
上世紀(jì)70年代可編程邏輯技術(shù)出現(xiàn)，開發(fā)人員開始了將設(shè)計(jì)流程自動化的嘗試，硬件描述語言VHDL與Verilog隨之產(chǎn)生，開發(fā)人員使用硬件描述語言完成對設(shè)計(jì)邏輯的描述后將代碼輸入電子設(shè)計(jì)自動化軟件中即可自動生成電路圖，EDA軟件開始大規(guī)模使用并商業(yè)化。
芯片的設(shè)計(jì)涉及功能、算法、協(xié)議等等。利用EDA軟件工具，IC設(shè)計(jì)工程師們能夠?qū)崿F(xiàn)從功能模塊拆解、電路設(shè)計(jì)、性能分析到輸出IC版圖的整個(gè)過程。一顆芯片上有數(shù)億到百億以上的晶體管，設(shè)計(jì)的過程要持續(xù)模擬和驗(yàn)證，有了EDA軟件，芯片設(shè)計(jì)工作的效率可以大大提高。同時(shí)，EDA軟件工具在芯片制造和封測環(huán)節(jié)也有應(yīng)用，從掩膜板制造，PDK工具，后端設(shè)計(jì)驗(yàn)證，到各種fab廠各種TCAD工具均屬于EDA范圍。
除了EDA之外， IP也是IC設(shè)計(jì)公司離不開的東西。
IP核是芯片上具有較為獨(dú)立的功能模塊的成熟設(shè)計(jì)，可編輯，可復(fù)用，IC設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通常會評估整體設(shè)計(jì)成本來進(jìn)行IP的外采。IP核的模式進(jìn)一步提高了IC設(shè)計(jì)過程的整體效率。市場上各種類型的芯片產(chǎn)品均是由大量晶體管構(gòu)成，并且具備功能分區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能，處理不同的任務(wù)。
廣義上來說，按照不同層次的授權(quán)等級，可把芯片IP分類為指令集、IP核、芯片架構(gòu)等。如果說指令集是一本“字典”，那么IP核提供了“段落”的寫作方式，芯片架構(gòu)則可被視作是“整篇文章的提綱”。
隨著集成電路功能復(fù)雜化與產(chǎn)品推新周期縮短的趨勢顯現(xiàn)，半導(dǎo)體領(lǐng)域出現(xiàn)獨(dú)立IP廠商，獨(dú)立IP廠商為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)直接提供經(jīng)過驗(yàn)證的IP模塊庫，設(shè)計(jì)企業(yè)的開發(fā)者無需從頭設(shè)計(jì)，而是直接調(diào)用特定功能模塊，經(jīng)過調(diào)整后便可實(shí)現(xiàn)所需功能，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)可將其余人力物力傾斜于產(chǎn)品定義、系統(tǒng)架構(gòu)、市場營銷等環(huán)節(jié)。
芯片IP企業(yè)作為芯片設(shè)計(jì)企業(yè)的上游供應(yīng)商，通常以授權(quán)的方式，向后者收取專利費(fèi)用。而芯片設(shè)計(jì)企業(yè)通過購買不同層級的IP授權(quán)，可以設(shè)計(jì)出不同自研程度的芯片。
IP為什么這么重要？
很多芯片設(shè)計(jì)公司都依賴IP來設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一款新的SoC芯片。
SoC芯片的設(shè)計(jì)工程從某種角度而言就是尋找，驗(yàn)證及整合IP的過程。如果能夠找到滿足需求的，質(zhì)量可靠的，驗(yàn)證過的IP會極大縮短SoC的開發(fā)周期，這個(gè)模式在過去幾十年間已經(jīng)證明非常成熟可靠。
換言之，現(xiàn)在設(shè)計(jì)一款SoC芯片其實(shí)就是在定義好芯片需求和功能后，把各種需要用的，更好用的IP整合到一起的過程。
隨著芯片復(fù)雜度的提高，定制化需求越來越多，IP產(chǎn)品也有自己的開發(fā)和生命周期。是否能夠在上市時(shí)間和定制化方面更好的滿足客戶需求，也成為IP供應(yīng)商和用戶越來越關(guān)心的事情。
SoC對IP的應(yīng)用模式隨著市場需求，芯片復(fù)雜度，上市時(shí)間和成本的壓力一直在發(fā)生變化，當(dāng)然這也間接導(dǎo)致了行業(yè)內(nèi)IP的生態(tài)發(fā)生相應(yīng)的變化。從SoC視角看，對IP的使用可以簡單的分為三種情況
1、只為這一個(gè)芯片定制的IP，通常發(fā)生在公司內(nèi)部單項(xiàng)目上。
2、IP的選擇來自于IP平臺，成熟的固化 IP。有些企業(yè)內(nèi)部有自己的IP平臺，同時(shí)也會選擇第三方IP平臺的產(chǎn)品。這類IP的開發(fā)就是為了被大量的用戶重復(fù)使用以降低成本，比如開發(fā)一款MCU，你可以選擇ARM的Cortex-M0/M3系列，這類MCU IP已經(jīng)被反復(fù)使用，出貨量高達(dá)數(shù)十億顆，這被證明是相當(dāng)成熟可靠的。
3、IP的選擇來自于IP平臺，但在SoC 規(guī)格選型階段就一起規(guī)劃IP 開發(fā)，為滿足用戶的計(jì)劃清單，其研發(fā)周期幾乎與SoC同步，所以IP公司和設(shè)計(jì)公司其實(shí)是深度綁定的關(guān)系，互相成就。
對IP的選擇除了質(zhì)量因素，功能因素，價(jià)格也是重要的考量。隨著用戶數(shù)越多，這個(gè)價(jià)格會被分?jǐn)偟?，相對容易承受，對于IP公司而言，也有降價(jià)占市場的動力。比如上文提到的ARM Cortex-M0/M3系列，已經(jīng)取消了IP授權(quán)費(fèi)用，每片wafer僅抽幾美金的版稅，平均下來一片芯片只有幾美分的版權(quán)費(fèi)，但這依然讓ARM賺的盆滿缽滿。
戴偉民董事長曾在一次采訪中形象的描述芯原的定位：“在我們的平臺上，我提供IP，提供服務(wù)，（芯片設(shè)計(jì)）企業(yè)就不要養(yǎng)這么多人。我們是芯片界的藥明康德。藥明康德不做藥，但是做新藥的公司一定要依靠它的平臺，因?yàn)椴恍枰垦邪l(fā)一次新藥都去重復(fù)搞那些基礎(chǔ)的東西。”
戴總其實(shí)就是把IP比做成芯片設(shè)計(jì)的非?；A(chǔ)的可以重復(fù)利用的東西。
但是其實(shí)戴總只說了一半。藥明康德本質(zhì)只是代工一款生物藥而已，但其知識產(chǎn)權(quán)并不屬于藥明康德，而是屬于原藥研發(fā)團(tuán)隊(duì)；但是芯原的平臺上，誰都可以交授權(quán)費(fèi)使用芯原的各種IP，但是IP始終是屬于芯原的，這和藥明康德有本質(zhì)上的區(qū)別。
換言之，芯原的IP可以重復(fù)賣給很多人，在覆蓋研發(fā)成本之后做到毛利率等于凈利率！
同時(shí)IP越多，就像超市貨架一樣，選擇也越多。對于芯片設(shè)計(jì)公司而言，足夠多足夠好的IP庫大大方便了芯片設(shè)計(jì)的效率以及提供更多的功能性，這是一種良性的循環(huán)，更多人使用自家的IP，就能不斷完善自己IP庫，保持競爭力。
目前芯原微除了X86構(gòu)架的IP，以及eFlash之外，其他諸如數(shù)模混合及射頻等 IP ，RISC-V，DSP，均處于先進(jìn)水平， 其中公司的圖形處理器 IP、數(shù)字信號處理器 IP 分別排名全球前三，視頻處理器 IP全球領(lǐng)先。
對于芯原而言，IP的數(shù)量和質(zhì)量就是其護(hù)城河，雖然目前排名為全球第七，但是只要日后只要越多人用芯原的IP，芯原的收入越多，就有更多的錢投入研發(fā)新的IP，而IP庫也變得更好更豐富，這幾乎是一個(gè)正向循環(huán)，且增長永無止境。
特別是芯原在FD-SOI，以及RISC-V上的布局，會有一天讓世人看到什么叫金光閃閃的價(jià)值！
IP芯片化之路
按照未來芯片設(shè)計(jì)發(fā)展路徑，在后摩爾定律的Chiplet時(shí)代，IP不需要再費(fèi)勁整合到一個(gè)個(gè)SoC里面，完全可以做到用最適合的工藝直接生產(chǎn)出來，然后再用封裝技術(shù)整合到一起。以Chiplet實(shí)現(xiàn)特殊功能IP的“即插即用”，解決7nm、5nm及以下工藝中，性能與成本的平衡，并降低較大規(guī)模芯片的設(shè)計(jì)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)，從SoC中的IP到SiP中以Chiplet形式呈現(xiàn)的IP。
這就是戴總口中經(jīng)常說的“IP芯片化”。
現(xiàn)在UCLe的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)確定，最后一公里難關(guān)已經(jīng)打通，此前還要考慮做出來怎么在不同的芯粒的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通的問題，現(xiàn)在交給UCle就行了（Marvell周秀文一聲長嘆），芯原只需要根據(jù)UCle的協(xié)議要求，推出各類接口IP，IC設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)一款新的SoC中，只需要整合加入芯原的接口IP即可，最終實(shí)現(xiàn)die-to-die的直連。
戴總此前舉例：采用Chiplet架構(gòu)所設(shè)計(jì)和推出的高端應(yīng)用處理器平臺，從定義到流片僅用了12個(gè)月的時(shí)間，2021年5月工程樣片已回片并在當(dāng)天被順利點(diǎn)亮，Linux/Chromium操作系統(tǒng)、YouTube等應(yīng)用在工程樣片上已順利運(yùn)行，基于該樣片的Chromebook 樣機(jī)也已經(jīng)在各大活動中成功展示并吸引了大量關(guān)注。這個(gè)高端應(yīng)用處理器平臺還集成了芯原的很多IP，包括芯原的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器NPU、圖像信號處理器ISP、視頻處理器、音頻數(shù)字信號處理器和顯示控制器等。
對于芯原而言，業(yè)內(nèi)通行的標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)總線之后，其實(shí)對IP公司而言是巨大的利好，因?yàn)樽约旱腎P庫的價(jià)值更大了。芯片設(shè)計(jì)人員就像去超市買菜一樣，想要什么，就拿什么，然后確定好方案，就可以讓芯原進(jìn)行一站式流片服務(wù)，直接把芯片生產(chǎn)出來拿來賣，之前二級市場炒的火熱的什么預(yù)制菜概念，按照這個(gè)邏輯芯原就是芯片設(shè)計(jì)預(yù)制菜的No.1！
最關(guān)鍵的是，芯原這個(gè)業(yè)務(wù)模式能幫助各個(gè)芯片設(shè)計(jì)初創(chuàng)公司定制一款天使輪估值高達(dá)20億的PPT融資方案，叫一聲“中國芯片設(shè)計(jì)基石”不過分吧。
因?yàn)橛辛薝Cle總線，一切都有了標(biāo)準(zhǔn)，有了標(biāo)準(zhǔn)過去很多難題都迎刃而解，die-to-die的直連成為可能。UCIe的發(fā)布打通了Chiplet未來發(fā)展障礙，對于推動Chiplet有歷史性的意義。芯原可以基于自身先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)能力，致力于“IP芯片化”“芯片平臺化”的發(fā)展。
這就是后摩爾時(shí)代的新時(shí)代下，未來芯片設(shè)計(jì)的景象。
芯原則成為這個(gè)生態(tài)圈最底層的存在，所有IC設(shè)計(jì)公司都將站在芯原打好的地基上眺望詩和遠(yuǎn)方。
中國的芯路
傳統(tǒng)摩爾定律確實(shí)已經(jīng)走到盡頭，但是后摩爾時(shí)代才剛剛開始。在追求更高集成度、更高性能、更多功能、更小面積、更低功耗的路上永無止境，這也是人類科技在信息時(shí)代不斷進(jìn)步的基石。
在這條通往遠(yuǎn)方的芯路上，中國有自己獨(dú)特的產(chǎn)業(yè)鏈定位，即下游應(yīng)用主動權(quán)在中國，各種豐富的需求對芯片設(shè)計(jì)提出更高的要求，即快速響應(yīng)，特色定制，成本可控。有了UCle的互聯(lián)總線，芯片設(shè)計(jì)就可以靈活響應(yīng)市場提出的高性能，多功能，以及低成本三個(gè)要求。
灑家總結(jié)總結(jié)至少對比傳統(tǒng)SoC設(shè)計(jì)方案，用chiplet思路能減少三分之二的設(shè)計(jì)用時(shí)，三分之一的制造成本，且保持性能和功能性符合客戶需求。
盡管UCle標(biāo)準(zhǔn)并非中國公司制定，但是英特爾已經(jīng)把蛋糕放在桌子上，就看各位怎么利用，至少對芯原來講有了更廣闊的發(fā)揮平臺。
結(jié)語
全文到這里，希望各位看官基本能理解對于芯片而言，內(nèi)部與外部的信號互聯(lián)的“芯路”有多重要。摩爾定律背后是芯片不斷提高集成度，從而不斷提高性能，縮小體積，降低功耗，以及擴(kuò)展更多的功能，這些都離不開芯片構(gòu)架的更新，離不開更好的總線技術(shù)，離不開制造工藝的進(jìn)步，更重要的是IP公司有了更大的勇武之地，芯片設(shè)計(jì)公司才能很好對應(yīng)市場端不斷變化的新需求。
集成電路領(lǐng)域能有今天令人嘆為觀止的成果，是過去幾十年全球分工協(xié)作，共同努力的結(jié)果。但是近年來夾雜太多政治因素后，整個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)信任被切割的支離破碎，逼迫各國必須建立一套自己的體系，中美之間，日韓之間，都在建立本國的整套產(chǎn)業(yè)體系。
進(jìn)入后摩爾時(shí)代，芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域和過去有很大的變化，面對多樣性，靈活性以及成本控制的挑戰(zhàn)，Chiplet+先進(jìn)封裝軟硬結(jié)合的道路成為未來的關(guān)鍵。更多的IP庫，能讓芯片設(shè)計(jì)人員能夠保持靈活性以及高效應(yīng)對市場端的訴求，UCle總線為異構(gòu)架芯片的集成提供了信號高速互聯(lián)的基礎(chǔ)，而3D 堆疊封裝則賦予異構(gòu)架的肉體。
當(dāng)然在這條路上，中國也有自己的方案。2021年5月，中國計(jì)算機(jī)互連技術(shù)聯(lián)盟（CCITA）在中電標(biāo)協(xié)立項(xiàng)了chiplet標(biāo)準(zhǔn)，即《小芯片接口總線技術(shù)要求》，由中科院計(jì)算所、工信部電子四院和國內(nèi)多個(gè)芯片廠商合作展開標(biāo)準(zhǔn)制定工作。
中國留有后手，萬一遇到麻煩，也能有Plan B的方案。
而在這條通往遠(yuǎn)方后摩爾時(shí)代的“芯”路上，中國也有燎“原”的火種！
作者有話說
老實(shí)說，以我的專業(yè)水平（作者文科生，非半導(dǎo)體科班畢業(yè)），是很難駕馭這么宏大的歷史進(jìn)程和技術(shù)細(xì)節(jié)，只能是邊看邊學(xué)，所以筆者水平有限，如其中有錯(cuò)誤，望各位大佬多指正，不甚感激。
去年12月底，筆者有幸與戴總面對面暢談兩小時(shí)，學(xué)習(xí)到了很多寶貴的知識和經(jīng)驗(yàn)，從張江出來的路上開始構(gòu)思整篇文章，隨后一邊工作一邊學(xué)習(xí)一邊碼字，前后花了足足三個(gè)多月時(shí)間。因?yàn)橐婚_始就立了flag，所以中間被人催稿無數(shù)次……搞的我頭皮發(fā)麻，最終還是硬著頭皮寫完了這34000多字，原計(jì)劃是3月初完成，結(jié)果硬是又多用了一個(gè)月時(shí)間，和久等的人說聲抱歉。
寫作過程中，本著不懂就問，按打破砂鍋問到底的風(fēng)格，期間騷擾了無數(shù)行業(yè)大佬，搞的人家以為我要去開發(fā)芯片了……，紛紛投來好奇的目光，得知我是要學(xué)習(xí)芯片知識寫篇大文的時(shí)候表示，你丫的要不要這么卷，你們投資人都這么精通了，我們以后還怎么融資？？?
網(wǎng)上搜過太多的資料，已經(jīng)完全記不清了，所以結(jié)尾不能把所有的參考資料列明，萬分抱歉。
——by 猛練自然強(qiáng) 2022.3.27
參考資料：
知乎大佬夏晶晶：談一下UCle，聊一聊CXL等；
SIP多樣化應(yīng)用于先進(jìn)封裝發(fā)展趨勢；
英特爾：2021-2025展望；
一文看盡英特爾50年發(fā)展歷史；
PC 處理器 50年發(fā)展歷史；
顯卡發(fā)展風(fēng)云歷史；
臺積電工藝開發(fā)歷史；
制程之爭，臺積電是如何一步步崛起；
AMD：回顧Zen構(gòu)架開發(fā)歷史；
UCLe，下一個(gè)芯片發(fā)展風(fēng)口——chiplet；
多Die封裝：chiplet研究報(bào)告；
繞開先進(jìn)制程封鎖，中國小芯粒標(biāo)準(zhǔn)草案即將公示；
萬字總結(jié)CPU構(gòu)架；
顛覆SoC構(gòu)架， Marvell Mochi模塊化芯片設(shè)計(jì)；
AMD 7nm Zen2 構(gòu)架解析；
芯片設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)重重，如何解決IP重用與集成難題？
硅仙人，Jim Keller的芯片研發(fā)之道；
超詳細(xì)解讀先進(jìn)封裝；
淺談先進(jìn)晶體管技術(shù)；
PCLe 體系結(jié)構(gòu)簡介；
2022年全球半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展10大技術(shù)趨勢；
芯片是怎么設(shè)計(jì)的？；
對話戴偉民：從IP芯片化到芯片平臺化；
蘇豐姿，AMD歷史上首個(gè)女性CEO；
格羅方德近年發(fā)展歷程梳理；
臺積電官網(wǎng)資料；
AMD官網(wǎng)資料；
英偉達(dá)官網(wǎng)資料；
英特爾官網(wǎng)資料；
格羅方德官網(wǎng)資料；
芯原微官網(wǎng)資料；
……
編輯于 2023-03-17 14:26?IP 屬地未知
芯片（集成電路）
半導(dǎo)體
