半導體風雲錄》從 PPT 廠到 AMD YES,蘇姿丰催生異構計算的未來

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 30 日 8:00 | 分類 IC 設計 , 晶片 , 科技史 Telegram share ! follow us in feedly


曾幾何時,AMD 被戲稱是 PPT 廠,因為往往都在簡報上把自己的產品吹得如何好,但實測總是被英特爾壓過一頭,優勢都只是在紙上而已。然而如今,在蘇姿丰領導下的 AMD 終於可以說 YES,我們產品的確很強。

雖然很多人認為這很大部分是台積電的功勞,若論商業手腕,可能也真的不算是蘇姿丰的強項。但能在 4 年內讓 AMD 從谷底翻身,的確是靠她身為頂尖工程師對技術的眼光及執著。大家都忘記,她其實對半導體的發展本來就卓有貢獻。更準確地來說,蘇姿丰或許並非挽救 AMD 財務危機的關鍵,但身為一個具有敏銳技術嗅覺並擔任管理職的工程師,無疑正帶領 AMD 走向成功。

蘇姿丰出生於台灣,很小就隨著數學家的父親到美國紐約定居,儘管學了十年鋼琴,但並未依母親的意思走向鋼琴家的路,而是憑著自己的興趣選擇就讀布朗克斯科學高中,一所以培養物理學人才著稱的學校。且在 25 歲時,就取得麻省理工學院電機工程博士學位,專門研究半導體,並陸續著有數十篇相關技術論文。

遊戲機女王

她早在求學時就深信銅導線才是半導體晶片的未來,在 1995 年加入了 IBM 半導體研發中心後,催生了絕緣層上覆矽(SOI)技術,奠定了現代銅晶片的製程基礎,有效提升了半導體性能。2000 年,她就開始擔任 IBM 新興產品部的總監,其親自建立的團隊更奠定了 Cell 微處理器架構,解決 Sony 想生產出超越 PS2 的次世代遊戲主機的困擾。

當時 PS2 用的可是 128 位元的 SIMD 處理器,其性能超越 PC 許多,雖然快取不大,但透過 Direct RAMBUS 技術,能將 3D 圖像高速儲存在記憶體中,較低階的獨立顯卡都無法比擬其效能,當然這也是因為它是專門為遊戲而設計的處理器。不過 64 位元 Cell 晶片卻同樣在 RISC 架構下達到了 Sony 想要的次世代性能,也因此促成了 Sony 與 IBM 的合作,最後被應用在 PS3 上。

但事實上,PS3 卻被認為是最失敗的一代硬體,甚至最後 PS4 也只能回到主流的 x86 結構。然而這不代表 Cell 真的是敗筆,若把眼光放遠來看,這反而是過於前衛,而潛力無法發揮,後來 IBM 仍持續改進其設計。Cell 架構的主要核心,是採用 64 位元 PowerPC 處理器加上異構協處理器(Coprocessor),這跨越傳統 CPU 設計的異構計算思維,帶來相當強大的理論性能。

▲ 如今無論是 Sony 或是微軟的次世代遊戲機都採用 AMD 的處理器。(Source:AMD)

挑戰異構計算

但當時這對遊戲機來講有個很大的缺點,就是過於複雜而難以進行程式優化,遊戲開發成本偏高。異構計算的概念在當時並不普遍,並未建立足夠的生態環境,人才支援跟不上,這也是最終敗給 x86 的原因,當然也成為了前車之鑑。

2007 年蘇姿丰成為了 RISC 架構處理器大廠飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)的技術長,隨後負責嵌入式通訊和應用處理器業務的全球戰略、市場行銷和工程設計,開始接手更多商業及客戶關係等管理事務,但 2012 年就由於公司重組而辭職,不過她很快在仍處於頹勢的 AMD 中找到更大的舞台。

AMD 一直看好異質系統架構(Heterogeneous System Architecture,HSA)的前景,雖尚未成熟,但相信未來肯定能更易於編程、優化,資源負載也將更平衡,並帶來高性能及低能耗的表現。而蘇姿丰剛到 AMD 就馬上被賦予重任,接手了推廣 APU 的工作,此次她聚焦在發展完整的軟體生態,推動與開發商的聯盟,並培養更多的技術人員。而在多年不斷堅持下,最終才真正讓 AMD Fusion 不再只是 PPT。

做出偉大的產品

從一開始投入半導體,蘇姿丰就認定異構計算是必須發展的方向,高性能運算(HPC)才是 AMD 的出路。儘管那時她所處的環境,無論人力、物力及財力都不足以撐起這樣的環境,APU 也才剛發芽,但她認同 AMD 那個過去曾被認為是敗筆及累贅的理想,並持續為之付出努力。

雖然 AMD 仍不斷追逐更強大的獨立 CPU 及 GPU 但從未忘記繼續探索異構計算的可能性,APU 與 GPU 實現交火(Cross Fire)也是體現。在 2013 年,蘇姿丰就確立了以客製化 APU 來搶進遊戲機市場,以站穩腳跟的商業策略,且堅持異構計算必須軟硬體並進的方針。她當時還在 IEEE 發表了一篇論文《通過異構計算建構未來》。

▲ 時任 AMD 副總裁的蘇姿丰在 2013 年發表關於異構計算的演講。(Source:ISSCC)

到了 2014 年,蘇姿丰正式上任 CEO 後,更正式奠定了異構計算做為市場差異化的主要方向,並不隨波逐流往行動裝置領域發展。當時推出使用台積電 28 奈米製程,支持 HSA 標準的 Kaveri 核心,更達到了 APU 的新高度,低價不再是 AMD 的唯一特色。同年 AMD 發表的 hUMA 統一尋址技術令 PS4 性能戰勝 Xbox One,Sony 當然也加入了 HSA 基金會。

雖然這時,AMD 的規模與英特爾相較仍小。但當時蘇姿丰表示,AMD 做為一家純粹以 6 千多名工程師為核心資產的 IC 設計公司,她相信員工們也希望他們的領導同樣是個工程師,並做出偉大的產品。雖然公司仍需步步為營,但 AMD 卻擁有完整的 CPU 及 GPU 智慧財產,有望定義下一代高性能運算。

走向小晶片

至今,終於令 AMD 迎來揚眉吐氣的一日。過去 AMD 之所以能苟延殘喘免於破產,可能還真不完全只是其單方面的努力,英特爾憊於創新也是原因,若非摩爾定律障壁出現,否則鐘擺戰略仍壓著 AMD 喘不過氣。但相對而言,AMD 有了如蘇姿丰一般,真正想做出偉大產品的工程師來擔任企業領導,與習慣玩弄商業策略,被輿論稱為「牙膏廠」的英特爾相較下,出現了一線勝機。

雖然 AMD 當年畫出的 HSA 大餅,如今看來或許還不盡人意,但的確吸引了不少大廠投入,2012 年 HSA 基金會成立時的創始會員除了 AMD 外還包括 Arm、德州儀器、Imagination、三星電子、高通及聯發科等大廠,無不看好異構計算的潛力。如今雖然有意見認為 HSA 標準已死,終將被 Chiplet 取代,但 AMD 也未就此止步不前。

Chiplet 早期的技術困難也是由 AMD 團隊來提出有效的解決方案,避免集成線路進入死鎖。所以在 Zen 架構大獲成功後,AMD 很快就在 7 奈米 Zen2 架構上採用了 Chiplet 設計,令記憶體延遲更低,有效提高晶片性能,擊敗英特爾。EYPC 系列的成功,也才真正為 Chiplet 時代,拉開序幕。

▲ AMD 早已認為整合 CPU 及 GPU 的 Chiplet 晶片網路,將會是未來趨勢。(Source:AMD)

三分天下

如今的晶片架構正從單核、同構多核、邁向異構多核的時代,馮·諾伊曼瓶頸正被打破,異構計算已是當仁不讓的主角。除了 AMD 的 HSA 基金會外,全球異構計算領域還有 Nvidia 所在的 OpenPOWER 聯盟及英特爾的超異構計算。AMD 的異構生態對 ARM 有所影響,OpenPower 令 Nvidia 與 IBM 達成共同的應用,英特爾雖然獨樹一幟,但超異構計算的確也有看頭。

異構計算原本就不僅止於 CPU 與 GPU,早已成為現代高性能計算(HPC)系統的基礎,超異構的野心更延伸至 CPU、GPU、FPGA、ASIC、DSP 等諸多計算單元,甚至是不同指令集的整合。當然談這個可能還早,就跟當初 AMD 的 PPT 一樣。不過 CPU + FPGA 的組合的確為英特爾在資料中心市場帶來優勢。

而同樣垂涎異構應用已久的 AMD 當然也不會放過這個趨勢,近期 AMD 宣布將以 300 億美元併購 FPGA 龍頭賽靈思,就是要與英特爾一較高下。事實上,兩家之前就多有合作,Xilinx 在英特爾合併掉 Altera 後,為維持競爭優勢就積極找 AMD 合作,甚至想過要併購 AMD。但現今 AMD 正如日中天,頓時主客逆轉。

不過 AMD 自發表劃時代 EPYC 處理器後,就已在使用 Xilinx 的深度學習解決方案,雙方合力進軍資料中心,原本就是隆中對,早有預期異構計算的未來將三分天下。不過要互相擊敗對手所建構的強力生態系,並不那麼容易。不僅與英特爾仍有距離,有了 Arm 加持的 Nvidia CUDA 甚至是更大的威脅。

如今已再無獨立的 FPGA  大廠,未來競爭將非常激烈。值得一提的是,這些陣營並非是指在技術上壁壘分明,Altera 加入過 OpenPOWER,據傳 AMD 也計畫效仿 Arm 的 big.LITTLE,異構計算未來的走向還很難料,不過推出 CPU、GPU 及 FPGA 的異構整合已是大廠們的共識。

(首圖來源:AMD)

延伸閱讀: