摩爾定律再迷思：Intel的繁榮還是困境？
本文編譯自EEJournal.com，在不更改原意的前提下內容略有調整，原作者Kevin Morris。
題記：如果摩爾定律的盡頭是一堵牆，第一個撞牆的人，就是跑在最前面的那個。
近日，Intel發佈了其2020年第二季度的財報。我們很少研究“商業新聞”，但在這篇文章中，我們將會討論技術、觀點和資金之間的關係。
我們觀察到，Intel於7月23日宣佈了其季度業績，在幾天之內，他們的股票從徘徊了幾個月的每股60美元左右跌至每股50美元左右，損失超過了15%。這對於一家市值約2000億美元的公司來説，並不是一筆小數目。
這種情況每天都在發生。大公司發佈季報，市場就會做出反應，但Intel這次的情況卻顯然不同。
Intel本季度營收同比增長20%，超過了分析師的預期，並在“以數據為中心”的營收上實現了34%的大幅增長——這是該公司實現長期增長的關鍵市場機會。為什麼這樣一份聽起來不錯的報告，卻引發了其股價大幅下跌？
Intel在本季度的財報中提到，其7nm的量產被推遲了6個月。財經新聞對此進行了報道，並做出了以下解釋：“芯片上的電路寬度以納米為單位，即十億分之一米。電路越小，處理器運行速度越快，效率越高。台積電為Intel的競爭對手AMD製造芯片，正在通過批量生產5nm芯片來贏得在更小工藝節點上的競爭。”
因此，關注此新聞的非技術人員或半技術人員得出的結論大致如下：“Intel現在採用10nm工藝，而台積電採用的是5nm工藝，相比之下，兩者之間就相差了兩代工藝節點。這也就意味着Intel在製造數據中心處理器方面落後了大約四年。”
當然，這是完全錯誤的。
Intel還暗示，在此期間，他們可能會讓一些產品組使用外部(非Intel)晶圓廠為他們生產芯片。這讓Intel正走向衰敗的想法變得更加根深蒂固。
有人可能(錯誤地)得出結論：Intel不僅在技術上落後了4年，而且他們還在舉旗投降——讓台積電或三星等競爭對手為其生產芯片。
當然，這也是錯誤的。
Intel建立了一個PC處理器的帝國，後來接管並主導了數據中心處理領域。數據中心的主導地位很可能既代表着未來的機遇，也可能代表着Intel的挑戰。
Intel的至強處理器系統在數據中心擁有絕對領先的市場份額，因此增長空間很小，甚至沒有增長空間，所以需要市場自身的增長來抵消PC市場的長期下滑。他們需要繼續捍衞自己的統治地位，來對抗越來越多有能力的競爭對手。
就數據中心市場的增長而言，Intel前景看好。隨着雲服務、人工智能訓練和推理的加速，隨着數據驅動應用的爆炸式增長，數據中心擴張的驅動力是非常豐富、非常給力的。
如果Intel能夠保持其統治地位的市場份額，將迎來巨大的增長浪潮。即使他們的市場份額下滑了幾個點，但也會在全球數據中心的擴展和升級中迎接未來二十年的發展機遇，從而輕鬆獲得盈利。這種機會已經體現在了Intel的利潤中，即“以數據為中心”的業務同比增長了34%。
但是，要在目前的數據中心保持市場份額，所涉及的不僅僅是簡單地使至強處理器比最新的AMD芯片快幾個FLOPS。事實上，擁有一個稍微快一點的處理器，多幾個核心，或者稍微高一點的電源效率，已經從數據中心的核心技術問題變成了幾乎無關緊要的問題。
下一代數據中心將不會受到至強等傳統馮·諾依曼處理器的性能驅動。它將基於CPU、GPU、FPGA、AI加速器等各種類型專用芯片的異構架構，來處理更大規模也更為複雜的數據計算。
第一個是在“市場營銷”方面的保障，這一點基本上可以歸結為“沒有人會因為購買Intel而被解僱。”如果你在運營一個數據中心，而你購買的系統當中有90%都是Intel的數據中心，那麼你的職業生涯就真的沒有任何大風險。
第二種防禦是x86指令集架構，幾十年來它一直是行業標準，也是大多數軟件編譯器的默認目標，這使得大多數舊軟件都可在x86的環境下持續兼容運行。離開x86範圍，比如ARM，你總會遇到一個大問題：你要確認是否所有的軟件都能正常工作。
第三點則是他們在芯片製造上的領導地位。Intel的芯片通常比競爭對手略勝一籌，僅僅是因為它們採用了更先進的半導體工藝製造。
但現在，Intel所建立起來的優勢屏障正在被逐漸瓦解。
獨立於指令集架構的計算的興起，以及數據中心對異構計算需求的巨大增加，減少了對x86軟件環境的依賴。
Intel自身也在通過oneAPI計劃擁抱異構架構，為x86防禦系統的消亡而做出打算，oneAPI允許軟件開發並可將其輕鬆地定位到各種混合計算架構中。
當涉及到指令集時，虛擬機和容器以及其他如今流行的主流技術的普及已基本拉平了競爭環境。而且，由於下一代數據中心的異構性質，跨越多個體繫結構和指令集架構的工作負載的複雜重定向是基本要求。在新的數據中心中，x86不再像以前那樣代表“鎖定”，這種趨勢只會在未來繼續下去。
就製造和工藝技術優勢而言，摩爾定律已經走向了終結，任何一家依賴於率先生產一種新的、更密集的工藝的企業，都會逐漸發現這種優勢正在減弱。
事實上，在最近幾代工藝製程中，集成更多晶體管所帶來的回報是遞減的，工藝技術的巨大進步來自於FinFET晶體管等創新，以及其他和晶體管縮小的技術進步。
正如我們在之前的文章中所討論的，7nm、10nm、5nm等術語都是虛假的。從目前來看，越來越多的收益已經從提升製程轉向了更先進的技術，比如封裝，而在這一領域，Intel具備無可比擬的技術優勢，如嵌入式多晶片互連橋接技術（EMIB）以及Foveros 3D堆疊技術。
從功耗、性能、面積的角度來看，Intel 10nm節點與台積電7nm節點非常相似。如果Intel 7nm與台積電剛剛投產的5nm相似，那麼根據Intel最近宣佈的7nm因良品率問題而推遲量產的消息來看，Intel比台積電落後了幾個月到一年。
當然，台積電在數據中心業務上並不是Intel的直接競爭對手，但他們為AMD生產芯片，後者是Intel在數據中心傳統的主要競爭對手。
Intel似乎是未雨綢繆，宣佈他們可能依賴於其他晶圓廠——當然，這種外包製造對於Intel來説實際上不是新鮮事，因為台積電一直在生產Intel的FPGA等產品，比如Arria已經使用了好幾年。
這意味着，即使Intel的芯片工廠遇到了新的和未預料到的問題，他們仍然可以使用AMD所用的相同技術來生產芯片。
在數據中心的競爭中，AMD表示，他們預計將在2022年底前推出採用台積電5nm工藝的“Genoa”(熱那亞)處理器。Intel則表示，他們的7nm CPU要到“2022年底或2023年初”才能上市。
因此，從單純的工藝節點角度，或者CPU角度來看，他們兩者之間的時間表可能會非常接近。與此同時，Intel也正在交付其10nm Xeon處理器，所以這兩家公司在未來幾年的處理器性能可能接近相同。
通過與台積電(或三星)達成CPU生產協議，Intel對沖了他們的風險。未來，無論是台積電還是三星在更先進的節點中取得勝利，Intel都可以選擇更具優勢的晶圓廠來製造他們的CPU。
但是，正如我們在上面指出的，對於數據中心和一般計算來説，先進工藝為處理器帶來的性能提升只是整個領域的一個縮影。總而言之，這不再是納米的問題了。
未來在數據中心取勝的服務器將是那些具有支持針對不同工作負載的異構架構服務器，它們將大量內存資源放在本地，並在為這些處於雲邊端的芯片提供高帶寬。
在那個世界裏，封裝技術、芯片架構、GPU、FPGA等加速器、專用的人工智能引擎、先進的內存和存儲技術以及整個計算系統的架構將成為驅動性能的主要因素，而這種性能提升將遠遠超過由先進製程所帶來的進步。
Intel清楚地認識到這一點，並採取了更全面的方法來保護其在數據中心的地位，還大量收購了AI和FPGA相關的公司和技術，開發Optane傲騰非易失性存儲器，開發了用於嵌入式高密度互連異構芯片的嵌入式多芯片互連橋（EMIB），推出了用於3D芯片堆疊的Foveros技術，以及開展oneAPI計劃。Intel這一系列基於非納米技術的佈局，令人印象深刻。
Intel的數據中心收入會繼續快速增長嗎？同樣，這幾乎也是可以肯定的。即使Intel的市場份額縮水，但整體市場仍將以驚人的速度保持增長，在這個過程當中，最大的增長將會發生在市場份額最大的公司的身上——這很可能就是Intel。
其中，最值得關注的是數據中心架構變化所帶來的影響。這裏有兩種對立的力量在起作用。首先，大量新架構的出現為眾多新玩家打開了市場的大門，開發各種人工智能加速器的初創公司的數量猛增就可以證明這一點。而且，為了適應這些新的處理器而開放的架構將消除過去幾十年的技術“鎖定”。
數據中心最大的七個客户與其他用户之間的差別，也是一件值得關注的事。對數據中心需求量最大的七個企業是Facebook、Google、微軟、亞馬遜、百度、阿里巴巴、騰訊。
這些公司擁有充足的資金，從經濟上來説，它們幾乎可以做任何事情來獲得數據中心容量、吞吐量或效率方面的優勢。他們有能力開發自己定製的芯片和處理器，創建自己的服務器平台，並與前沿創業公司合作以獲得新技術。
數據中心市場的其他用户則正好相反。他們希望用最標準化、可互換、支持良好的平台來構建數據中心，並希望每五年左右進行一次更新。因此，即使是其中一家初創公司接到了7巨頭的訂單，這也並不意味着他們將佔領更大的數據中心市場份額。
在未來的數據中心市場中，任何擁有和控制在分散異構計算架構上運行應用程序的硬件和軟件架構的公司，以及可以在標準化的、可互換的、支持良好的平台上進行交付的企業，都將擁有巨大的影響力。
至於誰將推動行業標準，誰將擁有關鍵非摩爾技術的製造，例如在存儲器與這些尚未定義的異構計算之間遷移數據所需的高級封裝/小芯片生態系統，我們還沒有明確的方向，但很明顯，Intel正試圖在大批用户到來之前佔領這一市場，並且他們不會毫無競爭力。這很值得業界去關注。