CPU早已经不只是CPU了！Intel酷睿Ultra详解

谈到电脑、手机等硬件的升级，近几年我们都会用“挤牙膏”来形容新一代产品的性能表现。

确实在一年一更新的节奏下，通常产品的性能提升维持在10%～20%之间，鲜有就突破性进展。但每次技术上的跃迁，必标志着我们的世界又进入了一个崭新时代。

随着今年AI在个人用户中的爆发式增长，不仅服务端出现了前所未有超强算力的AI GPU加速卡，而且在终端上，电脑的CPU也实现了技术上的全面跃迁。

CPU早已经不只是CPU

提到CPU，我们的惯性思维，会认为他就是我们电脑的运算核心，我们会非常注重它的性能表现。但实际上，从十年前开始，我们电脑里的那个“黑疙瘩”，早已不单纯地只具有CPU的功能。

早在2011年，英特尔第二代酷睿处理器（代号Sandy Bridge）就已经将GPU及相关显示输出接口电路与CPU芯片集成在一个Die上。

此外，视频编解码器、信号处理器等各种专用加速单元也被集成入CPU，形成“系统级芯片”，这大幅提升了CPU的处理效率，并减少了对外围芯片的依赖。

不过随着芯片制造的工艺制程向着越来越精细的尺寸迭代升级，在物理特性上越来越逼近现有材料的性能极限，技术实现越来越困难，芯片制造成本急剧增加。为了能够集成更多电路，同时又能有效控制良率和生产成本，就出现了Chiplet技术。

Chiplet技术是将一个大芯片拆分为多个小芯片(Chiplet)，再通过先进封装集成到一起。相比之下，SoC技术是在一块晶圆上制造整个系统。而Chiplet可利用不同厂商的制造技术,让各芯片独立优化，再组装，完美结合性能与成本。被业界视为继SoC之后，新一代系统级芯片解决方案。

虽然Intel最新的酷睿Ultra处理器不是第一款采用Chiplet设计的产品，但这次升级，标志着PC处理器正式进入了一个新的时代。

酷睿Ultra四芯合一

Intel最新Meteor Lake架构酷睿Ultra处理器主要集成了四颗不同制程工艺的小芯片，包括Compute Tile、Graphics Tile、SoC Tile和I/O Tile。

其中Compute Tile部分基于EUV技术的Intel 4制程工艺制造，而Graphics Tile、SoC Tile和I/O Tile则全部由积电代工，采用台积电5nm和6nm制程工艺生产，最后通过英特尔Foveros 3D封装技术将他们连接到一起。

相比历代的单一制程单一晶圆制造，Intel酷睿Ultra不仅在核心架构上实现了异构整合，而且首次采用了多源晶圆制造的方式。可以说是英特尔在工艺技术和芯片设计上的双重突破。

作为全球最大的半导体公司，Intel一直坚持自主可控的芯片工艺技术。早期的摩尔定律推动其处理器性能稳步增长，垂直一体化的封闭生态也成为其支配PC产业的基石。

但是，在芯片制造进10纳米后，Intel工艺技术开始明显落后竞争对手。光刻机物理极限、介电层难题等障碍大幅拖累其迭代速度。

而TSMC等专注晶圆制造的专业代工厂在7nm/5nm节点上不断突破。这迫使Intel开始推动策略性转型，提出了“四年五个制程节点”计划。即通过在四年内推进Intel 7、Intel 4、Intel 3、Intel 20A和Intel 18A五个制程节点，于2025年重获制程领先性。

在该计划的顺利推动下，酷睿Ultra处理器中Compute Tile部分使用了Intel 4制程工艺。同时全新的小芯片设计，在多个制程工艺优势的协同整合下，为Intel重回制程领先争取到宝贵的时间。而chiplet模式也预示着半导体产业将呈现跨厂商、跨国界的高度协作与共生格局。

Intel历代处理器使用的工艺制程和关键技术：

1971年4004使用10微米PMOS工艺

1978年8086使用3微米HMOS工艺

1985年80386使用1.5微米HMOS工艺，首次引入32位

1989年80486使用1微米工艺，集成晶体管数突破100万

1993年Pentium使用0.8微米BiCMOS工艺

1997年Pentium II使用0.35微米CMOS工艺

2000年Pentium III使用0.18微米Coppermine工艺

2006年Core 2使用65纳米工艺，高K金属栅极

2011年第2代酷睿，32纳米工艺，CPU集成GPU

2012年第3代酷睿，22纳米工艺，三栅级FinFET技术

2017年第8代酷睿，14纳米++工艺，Tick工艺节点出现了较大的延迟

2019年第10代酷睿，10纳米、14纳米混用

2021年第12代酷睿，Intel 7（10纳米）工艺，CPU采用性能混合架构，大小核设计

2024年酷睿Ultra，Intel 4（7纳米）工艺，分离式模块化设计，首次采用多源晶圆制造