在毅然放棄自家半導體業(yè)務并將其移交給Globalfoundries公司（此前曾擔任阿布扎比政府控股之AMD公司的前芯片制造方）之后，IBM及其多位學術與芯片業(yè)務合作伙伴發(fā)布聲明，表示其已經成功將芯片制程工藝壓縮到7納米級別，這不僅較現(xiàn)有制程水平實現(xiàn)了顯著進步，同時也讓摩爾定律找到了新的延續(xù)突破口。

這確實是半導體技術領域的一大步，而實際量產之前其相關新型技術組合還需要經過深入測試。而IBM及其合作伙伴Globalfoundries與三星電子也保持著非常謹慎的態(tài)度，各方都沒有明確表示將把新的7納米制程技術用于制造處理器乃至其它類型芯片產品。IBM及其合作伙伴推出的這項新技術利用硅鍺材料充當晶體管的組成部分，從而通過降低功耗水平來實現(xiàn)電路性能提升所必需的快速切換能力。另外，這些電路采用極紫外光刻（或者簡稱為EUV光刻）工藝，這種方式不僅難度很高、而且生產成本亦相當昂貴。EUV對于振動非常敏感，因此將如此微小的晶體管排列在硅基底板之上亦是一項高難度技術。

幾十年以來，摩爾定律提出的晶體管體積縮減設想不僅能夠讓我們在電路當中容納更多晶體管，同時也使這些電路能夠在給定功率水平之下?lián)碛懈鼜姶蟮倪\行速度以及更為低廉的使用成本。在這一指導思想的指引下，芯片制造商們開始將更多組件添加到芯片當中。這種處理方式一般能夠為處理器賦予新的功能，但有時候則會直接添加前所未有的電路結構，從而使整體設計能夠運行全新類型的應用程序。不過在過去十年當中，受到架構的物理屬性限制，系統(tǒng)發(fā)熱量成為阻礙處理器時鐘速率進一步提升的最大障礙。除了每時鐘周期指令處理數(shù)量（簡稱IPC）有所提升之外，微架構調整幾乎不會對處理器的時鐘速率與性能造成任何根本性影響。正因為這樣，CPU架構開始朝著并發(fā)方向行進，即利用更多計算核心來擴展數(shù)據(jù)吞吐能力，而非以少數(shù)計算核心為出發(fā)點通過提升時鐘速率來增強性能表現(xiàn)。

IBM公司需要向Globalfoundries方面支付高達15億美元，以委托后者接管IBM旗下分布于紐約州東費什基爾以及佛蒙特州伯靈頓的微電子業(yè)務。之所以放棄這部分業(yè)務，是因為藍色巨人意識到自身在芯片領域已經不再占據(jù)尖端地位。目前紐約州代工廠能夠生產22納米制程芯片，其主要用于Power系統(tǒng)陣營的最新POWER8處理器以及System z大型機所使用的z13芯片。IBM方面過去一直在努力開發(fā)屬于自己的14納米制程技術，作為繼任者的Globalfoundries承諾將在這一方向上繼續(xù)探索。IBM研究與微電子事業(yè)部過去還曾與Globalfoundries、三星以及多家芯片制造設備供應商保持合作關系，希望能夠與奧爾巴尼地區(qū)周邊的紐約州立大學理工學院納米科學與工程分院共同找到10納米乃至7納米制程的可行途徑。藍色巨人制定的下一個技術目標很可能是4納米制程，但目前我們還無法確定是否存在經濟角度上可行的生產方式。（為了幫助大家了解4納米的概念，這里我們舉個例子——我們細胞當中的DNA寬度為2.5納米，而4納米電路的尺寸與之基本相當。）

在服務器方面，英特爾公司已經開始在其至強處理器系列中的“Broadwell”家族中采用14納米制程，并著手準備在今年晚些時候將同樣基于14納米制程的“Skylake”臺式機與筆記本處理器投付批量生產。如我們此前曾經報道，Skylake至強處理器將于2017年年內正式投放市場，而在此之后Skylake的繼任者“Cannonlake”將進一步實現(xiàn)10納米制程。英特爾公司過去也曾經表示正在考慮研發(fā)7納米制程，但與IBM展示的方案一樣，芯片巨頭也認為需要使用復合材料而非純硅來完成這一壯舉。

為了幫助Power Systems以及System z客戶克服對新生事物的恐懼，同時吸引到眾多希望開放Power架構并將其作為數(shù)據(jù)中心內英特爾至強處理器替代方案的OpenPOWER聯(lián)盟合作伙伴，IBM公司宣布將在未來五年內斥資30億美元繼續(xù)進行基礎性芯片技術研究。同時亦有傳聞指出，IBM公司不僅有意將其System x x86服務器事業(yè)部出售給聯(lián)想集團，而且還打算徹底放棄芯片制造業(yè)務。作為Globalfoundries業(yè)務移交計劃的一部分，IBM與對方簽署了一份為期十年的Power架構及z處理器供應合同。AMD公司仍然借助Globalfoundries的代工體系生產大量芯片產品，而且將能夠從IBM、Globalfoundries以及三星電子三方合力推進的制程工藝提升當中獲得收益。三星公司也擁有自己的芯片代工基礎設施，而且同IBM及Globalfoundries一樣，這家韓國技術巨頭也需要合作伙伴幫助其分擔實現(xiàn)摩爾定律所帶來的巨大經濟負擔。

IBM公司的研究成果顯示，通過利用硅鍺材料構建晶體管通道以及EUV光刻技術，其能夠將當下最為先進的10納米晶體管技術在尺寸上再降低一半（不過只限于實驗室環(huán)境下，而非量產芯片），這意味著電路體系的能源效率也將提升50%。不過IBM方面并沒有提及新工藝是否能讓單一晶體管的制造成本得到進一步下降，而且這基本上屬于打造新制程時構建利潤空間的必需條件。

對于數(shù)據(jù)中心而言，因為這一切歸根結底將體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心環(huán)境當中，問題在于更為先進的7納米技術能夠帶來或者說推動怎樣的POWER處理器發(fā)展路線圖。IBM公司已經明確表示，其希望能讓POWER芯片在數(shù)據(jù)中心領域對抗乃至壓倒至強處理器，并將著力幫助各合作伙伴實現(xiàn)這項目標。不過需要強調的是，目前其合作體系與英特爾方面相比仍然較為落后，因此藍色巨人需要想辦法為臺積電這樣的大規(guī)模代工廠商提供較易接受的Power技術生產線投入水平，從而促使其投向IBM陣營。（臺積電目前同時為甲骨文、富士通、AMD、一系列ARM服務器初創(chuàng)企業(yè)以及多家交換機芯片制造商提供處理器代工服務，因此其在數(shù)據(jù)中心領域同樣擁有強大的話語權。）

當被問及該項研究成果對IBM處理器發(fā)展路線圖的影響著，一位IBM方面的發(fā)言人給出了較為模糊的回應。“此類芯片對于POWER以及z Systems的具體影響將取決于IBM產品的實際需求，不過我們致力于在未來將7納米制程技術納入IBM系統(tǒng)的發(fā)展路線圖當中，”其在采訪當中指出。這項技術目前作為IBM代工合作協(xié)議的組成部分被全面交付至Globalfoundries，而雙方亦將攜手探尋將該技術轉化為商業(yè)成果的具體辦法。

IBM方面對于POWER路線圖的態(tài)度同樣較為模糊，不過我們已經能夠整理出一系列數(shù)據(jù)片段。下圖所示為IBM公司自2014年推出POWER8芯片以來向商業(yè)合作伙伴及客氣展示的官方路線圖信息：

將目光投向最近，在POWER7世代當中，IBM通過45納米制程讓每塊芯片得以承載八個計算核心，而時鐘速率則在2.4 GHz到4.25 GHz之間。POWER7核心較POWER6在oomph方面實現(xiàn)了顯著提升，而藍色巨人還將嵌入式DRAM三級緩存添加到其中，以保證其在多種工作負載領域擁有更加強勁的表現(xiàn)。POWER7芯片還支持同步多線程技術，能夠使每個計算核心實現(xiàn)四條虛擬指令線程。（英特爾的超線程技術支持每核心雙線程，而AMD方面的計算核心則并不支持多線程能力，如果傳聞屬實，那么其首款支持多線程的方案將是2016年發(fā)布的Zen核心。）POWER7+將制程進一步降低為32納米，這使得IBM能夠將三級緩存擴容至80 MB（遠高于POWER7的32 MB），同時略微提升其時鐘速率水平。事實上，為了擁有如此可觀的緩存，POWER7+芯片上的晶體管總數(shù)達到了21億個。

在去年推出的POWER8芯片當中，IBM公司得以進一步壓縮制程，并借此在該芯片上實現(xiàn)了42億晶體管承載量。這使其一舉將計算核心數(shù)量增加至十二個，三級緩存則擴展到了96 MB，外加其它多種新功能。（POWER8這塊芯片的面積為675平方毫米，比POWER7以及POWER7+大20%，這也有助于其實現(xiàn)功能擴展。）在POWER8芯片中，IBM公司還將單一核心的同步多線程上限提升至八條。

這不禁讓我們期待POWER8之后的次世代產品會擁有怎樣逆天的能力，而OpenPOWER高性能計算路線圖則帶來了一些額外的線索：

考慮到IBM、英偉達以及Mellanox Technologies將于2017年年末正式將“Summit”與“Sierra”超級計算機交付給美國能源部，我們得以確定POWER9芯片即將與廣大用戶見面。我們還了解到，將有一款臨時性POWER8芯片支持英偉達方面的NVLink技術，旨在將多個GPU彼此對接并同CPU緊密結合，從而實現(xiàn)更加高鏟的混合計算能力。這款臨時性POWER8芯片將于2016年年內出爐，具體情況如上圖所示。另外，我們還從IBM公司去年（當時其與GLobalfoundries間的半導體業(yè)務轉讓協(xié)議已經達成，但尚未落實到位）發(fā)布的聲明中獲悉，IBM與Globalfoundries雙方將共同打造混合型14納米技術，而POWER芯片的制造工作則全面交由Globalfoundris旗下的10納米節(jié)點負責。不過目前尚不清楚未來的POWER8芯片會繼續(xù)使用IBM開發(fā)出的現(xiàn)有22納米技術，抑或是混合14納米技術。

在過去十年當中，IBM公司基本上每三年進行一次處理器重要升級，同時在期間穿插“+”版本作為芯片衍生方案，有時候體現(xiàn)為制程，但并不一定。IBM公司對于POWER9并沒有透露太多具體信息，不過曾在2013年首次披露POWER8處理器技術規(guī)格時提到，其已經在POWER9技術概念方面投入相當長的研發(fā)時間。目前尚不清楚OpenPOWER聯(lián)盟的誕生以及谷歌與英偉達等廠商的加入是否會對POWER9發(fā)展規(guī)劃造成影響。

我們很難準確估量IBM具體會使用哪種制程，因為其制造節(jié)點亦在不斷升級當中。即將于明年推出的POWER8+芯片作為首款擁有NVLink能力的IBM處理器，很可能會采用已經投付運行的14納米生產線，而POWER9估計也會選擇同樣的制程工藝。當然，隨著10納米技術的逐步上線，POWER9進一步實現(xiàn)制程縮減也并非不可能，不過具體要取決于IBM及其OpenPOWER合作伙伴是否希望借此在高性能計算與超大規(guī)模業(yè)務市場上采取更為積極的態(tài)度、從而奪取更為可觀的企業(yè)級系統(tǒng)份額。而且從歷史角度來看，很可能會出現(xiàn)POWER9+芯片，其上市日期可能會定于2018年或者2019年，并使用10納米制程。接下來的POWER10芯片則繼續(xù)沿用10納米制程。如果真的選擇了10納米制程工藝，那么在假設芯片尺寸不變的前提下，POWER9所承載的晶體管總量將高達100億個，為POWER8芯片的二倍。（當然，這只是我們的計算結果，并未得到IBM官方證實。）

目前，IBM公司及其合作伙伴已經能夠在這樣一款芯片之上添加更多eDRAM三級緩存以及計算核心，或者納入更多直接指向非易失性記憶體以及其它加速機制的傳輸通道。有了如此充裕的晶體管調撥預算，藍色巨人的設計選項還是相當豐富的?？紤]到英特爾可能即將推出22核心Broadwell至強E5處理器（我們預計其將其2016年年初發(fā)布，而非如很多人所猜測的今年年底）以及28核心Skylake至強E5（也許會在2017年夏季推出，不過僅僅是猜測），IBM及其OpenPOWER盟友們顯然需要讓POWER9芯片擁有能夠與之匹敵的更多計算核心數(shù)量。但如果有必要，新制程技術的存在為POWER9預留了充足的24核心施展空間。

值得認真考量的是，7納米制程到底會帶來何等驚人的成果。IBM公司表示其能夠在服務器級芯片之上容納200億個晶體管——幾乎相當于當前POWER8芯片的四倍，同時擁有較現(xiàn)有POWER8更小的芯片尺寸。這樣的晶體管數(shù)量簡直超乎想象。相比之下，英特爾公司即將推出的72核心“Knights Landing”至強Phi處理器只擁有80億個晶體管。這款Knights Landing芯片采用英特爾的現(xiàn)有14納米制程工藝，同樣的工藝還服務于當前面向超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的至強D處理器以及未來的Broadwell至強E5及E7系列產品。

這一切最終意味著，IBM及其OpenPOWER盟友將在2020年之后推出POWER10芯片乃至POWER11芯片。但實際結果如何還要看此次公布的7納米制程是否能夠順利實現(xiàn)商業(yè)化，并在經濟性與制造周期層面為Globalfoundries提供可行性。