2016年CPU/GPU前景展望 誰會(huì)稱雄半導(dǎo)體業(yè)？

　　還有一點(diǎn)值得注意，不光Intel在推8核甚至10核處理器，AMD的Zen架構(gòu)多核并行能力也有提高，桌面版首發(fā)時(shí)至少是4核8線程起步，中高端會(huì)是8核16線程，而服務(wù)器/工作站出現(xiàn)16核32線程甚至32核64線程也不要驚訝。

　　不論是Intel的10核處理器還是AMD的16核處理器，桌面處理器在突破6核、8核之后會(huì)繼續(xù)進(jìn)入10核+時(shí)代，Intel Broadwell-E在前兩代突破8核之后已經(jīng)確定有10核20線程產(chǎn)品，AMD的Zen架構(gòu)更加激進(jìn)，8核16線程不是問題，是否會(huì)在桌面市場推出12核甚至16核的旗艦也令人期待。

　　3、PCI-E 4.0姍姍來遲，廠商自研新總線

　　伴隨著CPU、GPU計(jì)算性能的飛速增長，PCI-E總線也要有相應(yīng)的準(zhǔn)備，不過最新一代PCI-E 4.0總線技術(shù)已經(jīng)推遲了，原定于2015年上半年發(fā)布最終規(guī)范，但現(xiàn)在來看PCI-E 4.0總線可能要拖到2016年甚至2017年了。

　　新一代總線具備更高的性能，具體來說， 目前在用的PCI-E 3.0總線速率是8GT/s，Link帶寬8Tb/s，每一通道帶寬約為1GB/s，x16通道雙向帶寬32GB/s，而PCI-E 4.0在PCI-E 3.0基礎(chǔ)上保持架構(gòu)不變，速率翻倍到16GT/s，通道帶寬提升到2GB/s，x16雙向帶寬高達(dá)64GB/s。

　　不過PCI-E 4.0面臨的問題也不少，除了銅介質(zhì)速率繼續(xù)提升的技術(shù)難題之外，PCI-E 4.0最大的尷尬之處在于——桌面顯卡用不到這么高的帶寬，高性能計(jì)算領(lǐng)域PCI-E 4.0帶寬又不給力。前者很好說，因?yàn)閺腜CI-E 2.0到PCI-E 3.0時(shí)代，顯卡性能也沒有因此受益，PCI-E 3.0 x16帶寬已經(jīng)達(dá)到了32GB/s，目前的高端顯卡并不需要這么高的帶寬，而升級(jí)到PCI-E 4.0，64GB/s的帶寬對(duì)桌面顯卡來說也是浪費(fèi)。

　　NVIDIA聯(lián)合IBM開發(fā)了NVLink總線技術(shù)

　　如果用到HPC領(lǐng)域，PCI-E 4.0帶寬的64GB/s又有點(diǎn)捉襟見肘了，等不及的廠商早已經(jīng)在暗地里開發(fā)新的總線技術(shù)，其中NVIDIA跟IBM聯(lián)合開發(fā)了NVLink總線，號(hào)稱帶寬是PCI-E總線的5-12倍，AMD也在開發(fā)自家的架構(gòu)互聯(lián)技術(shù)，帶寬超過100GB/s。

　　無論AMD還是NVIDIA，他們開發(fā)的新總線技術(shù)帶寬可以輕松超過100GB/s，這對(duì)服務(wù)器產(chǎn)品很有用，但對(duì)桌面市場有什么意義呢?值得發(fā)燒友關(guān)注的就是多卡互聯(lián)技術(shù)，目前AMD、NVIDIA最多能做到的也就是4卡SLI/CF交火，有了NVLink這樣的技術(shù)，8卡SLI或者CF都是有可能的。

　　4、GPU架構(gòu)、工藝升級(jí)：不僅拼性能，效能更重要

　　說完了CPU處理器，我們也不能忽視GPU處理器。作為當(dāng)前PC中功耗最高的一部分，顯卡對(duì)游戲性能影響至關(guān)重要，但在性能越高=功耗越高這條路上，顯卡也面臨一個(gè)選擇——NVIDIA的Maxwell架構(gòu)證明了顯卡性能增長的同時(shí)，能耗也可以很低。2016年的GPU不僅要性能，更重要的是效能，我們要看到還是每瓦性能比。

　　在Maxwell架構(gòu)之后，NVIDIA將推出新一代的Pascal架構(gòu)。根據(jù)官方在GTC 2015年大會(huì)上公布的資料，Pascal顯卡將支持3D Memory顯存，容量、帶寬可達(dá)普通顯存的2-4倍，而顯卡只有標(biāo)準(zhǔn)PCI-E顯卡的1/3大小。

　　Pascal顯卡會(huì)在2016年問世

　　至于AMD，由于目前的R200、R300系列顯卡大都還在使用GCN架構(gòu)改款，制程工藝還是28nm工藝，能效方面已經(jīng)落后NVIDIA的Maxwell架構(gòu)了，所以2016年AMD也會(huì)在GPU領(lǐng)域有大動(dòng)作——推出了GCN 4.0架構(gòu)Polaris，制程工藝升級(jí)到14/16nm FinFET，同時(shí)會(huì)搭配HBM 2顯存，號(hào)稱每瓦性能比提升一倍。

　　2016年AMD的GCN 4.0架構(gòu)會(huì)大幅提升每瓦性能比

　　AMD還實(shí)際演示了Polaris顯卡的能效優(yōu)勢，之前使用用Polaris架構(gòu)的一款中端顯卡跟NVIDIA的GTX 950做了對(duì)比，同樣是在1920x1080 60fps的性能上，Polaris顯卡的整機(jī)功耗是86W，而GTX 950整機(jī)功耗是140W，可見功耗優(yōu)勢非常非常大。

　　5、新一代高帶寬內(nèi)存：HBM向左，HMC向右

　　2016年GPU要想提高性能、降低功耗，除了架構(gòu)改進(jìn)之外，新一代內(nèi)存技術(shù)也功不可沒，其中AMD在去年的Fury顯卡上首次使用的HBM內(nèi)存就是代表，NVIDIA所說的3D顯存其實(shí)也是HBM技術(shù)，不過是HBM 2代技術(shù)。與HBM競爭的則是美光主導(dǎo)的HMC內(nèi)存技術(shù)。

　　HBM技術(shù)帶寬更高，功耗更低

　　對(duì)于HBM技術(shù)，我們之前做過詳細(xì)介紹：AMD詳解HBM顯存：性能遠(yuǎn)超GDDR5，功耗降50%，面積小94%。簡單來說，HBM就是在GDDR5顯存無法繼續(xù)大幅提升頻率的情況下?lián)Q了一種思路，通過提高總線位寬來提高帶寬，第一代HBM顯存的頻率只有500MHz，等效1GHz，遠(yuǎn)低于目前的GDDR5顯存，但帶寬高達(dá)128GB/s，4顆芯片總計(jì)可以帶來512GB/s的帶寬，遠(yuǎn)高于主流GDDR5顯存。

　　2016年HBM 2代也來了，JEDEC已經(jīng)正式批準(zhǔn)了HBM 2顯存規(guī)范，相比第一代HBM，HBM 2可堆棧的層數(shù)更多，單顆容量最高可達(dá)8GB，頻率也翻倍到2Gbps，帶寬從128GB/s提高到256GB/s，這樣一來布置4組HBM 2顯存就可以實(shí)現(xiàn)32GB容量、1TB/s的帶寬了，次之也有16GB容量，1TB/s帶寬，這正好與NVIDIA之前宣稱的數(shù)據(jù)相符。

　　HMC內(nèi)存技術(shù)

　　HBM內(nèi)存技術(shù)已經(jīng)得到了SK Hynix、三星等廠商的支持，另一個(gè)內(nèi)存技術(shù)大腕美光的選擇不同——顯存市場他們繼續(xù)推改良版的GDDR5X，3D堆棧內(nèi)存上則選擇了HMC(Hybrid Memory Cube)，它跟HBM一樣都需要使用TSV工藝連接多層DRAM芯片。

　　性能方面，HMC閃存相比DDR內(nèi)存依然有足夠多的優(yōu)勢，普通DDR3-1600內(nèi)存雙通道帶寬不過12.8GB/s，美光之前宣稱HMC的性能是DDR3內(nèi)存的20倍，單通道帶寬就有128GB/s(跟HBM 1代相同)，同時(shí)功耗比DDR3減少70%，占用面積比DDR3減少95%。

　　HMC陣營實(shí)際上也有Intel、三星等其他公司參與，但目前力推HMC的基本上只有美光公司，他們現(xiàn)在推出了2/4GB容量的HMC內(nèi)存，有兩種封裝，896-Ball BGA封裝的帶寬為160GB/s，666-Ball BGA封裝的帶寬是120GB/s。

　　Xeon Phi加速卡上的16GB板載緩存就是HMC技術(shù)的

　　具體應(yīng)用方面，HMC在Intel的新一代Xeon Phi加速卡上露過面了，代號(hào)Knights Landing的Xeon Phi加速卡配備了16GB板載緩存，號(hào)稱5倍帶寬、5倍能效于DDR4內(nèi)存，它就是美光提供的HMC內(nèi)存。

　　不過總體來看，HMC相對(duì)HBM來說還有點(diǎn)滯后，HBM在新一代顯卡上站穩(wěn)腳跟沒問題，未來也會(huì)進(jìn)入服務(wù)器等市場，HMC受到的支持力度不如HBM，不過3D內(nèi)存技術(shù)現(xiàn)在還是新興事物，現(xiàn)在給HBM、HMC作出最終判決還有點(diǎn)為時(shí)過早。

　　總之，2016年半導(dǎo)體/處理器技術(shù)的進(jìn)步首先要依賴工藝升級(jí)，雖然10nm及7nm工藝還有點(diǎn)遠(yuǎn)，但2016年我們可以預(yù)期新一代處理器全面升級(jí)14/16nm FinFET工藝，這比去年的28nm、20nm工藝已經(jīng)有很大進(jìn)步了。不論是AMD、Intel的CPU還是AMD、NVIDIA的GPU，F(xiàn)inFET工藝都會(huì)帶來20%以上的性能提升，30-40%的功耗降低，最終的CPU/GPU不僅性能更強(qiáng)，功耗也會(huì)大幅降低。